生物炭固定耐镉菌群对Cd2+的吸附及作用机制

从广西某硫化尾矿中分离出一耐镉菌群,将其固定在生物炭上制成固定化菌剂.同时,探究了生物炭种类、添加量、溶液pH、Cd²⁺初始浓度对固定化菌剂吸附Cd²⁺性能的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线、16S rDNA、SEM、FTIR、XPS等分析测试手段研究了固定化菌剂对Cd²⁺的吸附过程和作用机制.结果表明,竹生物炭制备的固定化菌剂(ZBCM)对Cd²⁺的吸附效果最佳,在Cd²⁺浓度为20 mg·L^-1、pH=6、生物炭投加量为3 g·L^-1的条件下,ZBCM对Cd²⁺的吸附率达89.49%,较生物炭和单菌群的吸附率分别提高了54.6%和53.51%.从属水平上看,菌群主要由梭状芽孢杆菌、毛梭菌和产己酸菌构成,ZBCM吸附Cd²⁺后优势菌变为副梭菌、毛梭菌和贪铜菌,贪铜菌丰度的增长增强了ZBCM对Cd²⁺的络合和生物积累作用.ZBCM对Cd²⁺的吸附...     

微纳米粒径生物炭的结构特征及其对Cd2+吸附机制

为探究不同微纳米粒径生物炭的结构特性和对Cd²⁺吸附性能的影响.通过筛分法和球磨法制备不同粒径（180~250、50~75和≤20 μm,分别表示为BC-1、BC-2和BC-3）玉米秸秆生物炭,利用元素分析、激光粒度分析、SEM、BET、FTIR和XPS等手段对生物炭的结构进行了表征,采用静态吸附实验研究了不同初始Cd²⁺浓度、吸附时间和pH条件下生物炭对Cd²⁺的吸附行为与机制.结果表明,随粒径减小,生物炭表现为pH值和Zeta电位均下降、芳香性和极性降低、比表面积和孔体积增大.不同粒径生物炭对Cd²⁺的吸附动力学符合准二级动力学模型,以化学吸附为主,其平衡时间依次为：BC-1（540 min）>BC-2（360 min）>BC-3（80 min）.Langmuir模型能更好拟合Cd²⁺在不同粒径生物炭上的吸附等温过程（R²>0.97）,Cd²⁺最大吸附量随粒径减小而增大,表现为：BC-3（74.43 mg ·g^-1）>BC-2（45.71 mg ·g^-1）>BC-1（44.59 mg ·g^-1）.生物炭吸附Cd²⁺主要机制有静电吸引、表面络合和阳离子-π作用.     

猪骨/竹共热解生物炭对氨氮、Cd2+和Cu2+的吸附特性研究

为使用吸附法高效处理氨氮、Cd²⁺和 Cu²⁺混合污染废水,文章以猪骨、竹子为原料,采用共热解法制备骨竹生物炭;通过间歇吸附实验,研究混合比例、热解温度对共热解生物炭吸附性能的影响,同时探究了溶液条件对吸附过程的影响。结果表明,竹粉与骨粉质量比 1∶3,550 ℃制备的共热解生物炭 MC2 性能最优。MC2 对氨氮及 Cd²⁺、Cu²⁺的单一吸附数据 Langmuir 模型拟合最优,分别具有 13.97、108.11、153.54 mg/g 的吸附容量。动力学模型拟合表明,MC2 吸附 3 种污染物的过程符合准二级动力学模型。3 种污染物共存时,Cu²⁺竞争性大于 Cd²⁺,氨氮对 2 种金属离子无竞争性。     

壳聚糖改性生物炭的制备及其对水溶液中Cd2+的吸附机制

以猕猴桃枝为原料,壳聚糖作为胺基表面改性剂,制备了一种绿色环保、对环境中重金属有良好吸附效果的功能性生物炭材料.采用批量吸附实验研究了改性前后生物炭的吸附性能.借助SEM-EDS、FTIR 和XPS表征方法,分析了改性前后生物炭的形貌结构和官能团变化,探究了其对溶液中Cd²⁺的吸附机制.结果表明,改性后的生物炭表面,引入了羟基（—OH）、羰基（—C=O）和氨基（—NH₂）等基团,显著提高了吸附性能,对Cd²⁺的吸附量较改性前增加107.12%.Lagergren准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程能较好地描述吸附过程,说明吸附速率由材料表面活性位点决定,吸附过程以化学吸附为主.对Cd²⁺的吸附机制主要是配位作用、表面沉淀作用、离子交换作用和阳离子—π键作用,吸附过程为自发的吸热过程.经过5次吸附-解吸循环后,改性后生物炭对Cd²⁺的吸附容量仍保持在初始吸附量的80%以上,表现出良好的可重复利用性.研究成果体现绿色化学的理念,所制备的壳聚糖改性生物炭可应用于镉污染水体和土壤的修复.     

稻草秸秆生物质炭对重金属Cd2+的吸附性能研究

以稻草秸秆为原料,分别通过水热炭化和热解炭化制备生物质炭(分别记为RS-HC和RS-BC),并采用不同的洗涤剂(蒸馏水、乙醇、四氢呋喃)对水热炭进行洗涤,分别记为RS-HC₁、RS-HC₂和RS-HC₃.探究了吸附时间、Cd²⁺初始浓度和溶液pH值对4种生物质炭吸附性能的影响.结果表明:4种生物质炭对Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程,表明吸附过程主要受化学吸附速率控制;RS-HC对不同浓度下Cd²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,但对于RS-BC,Langmuir方程和Freundlich方程的拟合效果都比较好(R²>0.93),说明水热炭对Cd²⁺的吸附多为单分子层吸附,而Cd²⁺在热解炭上的吸附则是多分子层吸附和单分子层吸附共同作用的结果;4种生物质炭的平衡吸附容量排序为:RS-BC>RS-HC₃>RS-HC₂&g...     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对Cd2+吸附及作用机制分析

分别在300、500、700℃下限氧热解稻草、小麦和玉米秸秆制备生物炭,并以制备的生物炭为载体固定化硫酸盐还原菌(SRB),对比不同类型生物炭固定化SRB对Cd²⁺的吸附效果,筛选出吸附效果最佳的固定化SRB菌剂,并采用SEM、FTIR和BET对其进行表征分析;同时,研究溶液pH、吸附时间、生物炭添加量、Cd²⁺浓度对吸附效应的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探究其对Cd²⁺的吸附过程及作用机理.结果表明,700℃限氧热解小麦秸秆生物炭固定化SRB菌剂(IBXM700)对Cd²⁺的吸附效果最佳;在pH=8、生物炭添加量为0.6 g(每50 mL溶液)、吸附时间为8 h、Cd²⁺初始浓度为40 mg·L^-1条件下,IBXM700对Cd²⁺的吸附效果最佳,其吸附符合拟一级动力学模型,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,且符合Langmuir模型,表明是单分子层吸附;离子交换、沉淀可能是IBXM700吸附Cd^2+...     

磁性生物炭及其老化后对Cd2+的吸附性能影响

磁性生物炭（FBC）是一种具有良好吸附性能且可实现磁分离的吸附材料,但制备过程磁性前驱体用量及老化作用是否影响其结构和吸附重金属的能力却鲜有研究。以水稻秸秆和铁盐为原料制备不同铁炭质量比（1∶4、1∶2和1∶1,记作FBC-4、FBC-2、FBC-1）的FBC,比较其表面形态、官能团等理化性质,以及对Cd²⁺的吸附性能的差异;利用自然老化和高温老化2种物理方法研究老化作用对磁性生物炭理化性质和吸附性能的影响。结果表明：与普通生物炭（BC）相比,FBC具有更大的比表面积和孔容,含氧官能团数量增多,并且出现Fe—O的特征峰,FBC-4、FBC-2、FBC-1的饱和磁化强度随着单位生物炭载铁量增加而增大,分别为0.64、2.21和17.69 A·m²/kg;BC和FBC对Cd²⁺吸附等温线和动力学曲线均符合Langmuir方程和准二级动力学方程,拟合出的平衡吸附量和理论最大吸附量关系为FBC-1>FBC-4>FBC-2>BC,即磁改性可以提高对Cd²⁺的平衡吸附量,且FBC-1对Cd²⁺的吸附能力最强;FBC-1经过2个月的自然老化和高温老化后,比表面积分别下降45.8%和36.4%,平均孔径分别增加72.7%和43.2%,饱和磁化强度分别增加至33.53和26.65 A·m²/kg;老化作用会降低磁性生物炭对Cd²⁺的吸附能力,其平衡吸附量由老化前的36.97 mg/g减小至30.97 mg/g（自然老化）和28.22 mg/g（高温老化）,理论最大吸附量由63.80 mg/g分别下降至46.68和40.29 mg/g,相比于自然老化,高温老化作用对磁性生物炭Cd²⁺的吸附性能的抑制作用更明显。

     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

造纸污泥生物炭对四环素的吸附特性及机理

以造纸污泥为原料,在限氧条件下,通过控制热解温度(300,500和700℃),制备生物炭(SBC300、SBC500和SBC700),比较了3种生物炭的基本理化性质;以四环素(TC)为目标污染物,研究了造纸污泥生物炭(SBC)对TC的吸附特性及机理.结果表明,SBC对TC的吸附以化学吸附为主,吸附平衡时,SBC300对TC的去除率最低,为38.8%,SBC700的去除率最高,为54.1%;同时Langmuir模型能更好地描述此吸附过程,且最大吸附量依次为SBC700(63.8mg/g)>SBC500(50.6mg/g)>SBC300(40.0mg/g).热力学分析表明,SBC对TC的吸附为自发且吸热的过程.pH值影响TC的存在形态及SBC的表面带电情况,对吸附过程有较大影响.通过吸附等温线分解法定量描述了表面吸附作用及分配作用的贡献率,结合FTIR分析,表明SBC对TC的吸附可能是分配作用、静电作用、氢键作用、π-πEDA作用及离子交换作用等共同作用的结果.     

不同生物质制备的生物炭对菲的吸附特性研究

以不同来源的生物质(荔枝树枝、小麦和水稻秸秆)为原料,在限氧条件下制备生物炭,对其进行表征,并进行吸附实验研究生物炭对菲的吸附特性。结果表明:生物炭的结构和理化性质随着生物质来源和热解温度的不同而呈现出明显的差异;荔枝树枝生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)要明显大于小麦秸秆和水稻秸秆制备所得的生物炭,说明木本植物来源的生物炭与草本植物来源的生物炭在结构性质上有着明显的差异;不同温度(300,400,500,600℃)制备的荔枝树枝生物炭对菲的吸附研究表明,随着热解温度的升高,生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)明显增强,吸附等温线的线性程度降低。生物炭吸附菲的可能机制有疏水效应、孔隙填充效应以及π-π共轭反应等。     

木耳菌糠生物炭对阳离子染料的吸附性能研究

为了有效处理印染废水,以废弃木耳菌糠(AG)为原料,采用限氧热解法在350、550、750℃的温度下制备木耳菌糠生物炭(AGBC),处理含有孔雀石绿(MG)、番红花红T(ST)的有色废水.考察了不同初始pH值、吸附时间、初始浓度对AGBC吸附MG、ST的影响,讨论了吸附动力学及等温吸附特性.并利用傅里叶变换红外光谱(F...     

制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响

生物炭作为新型环境功能材料,在环境污染修复、土壤改良、温室气体减排、强化污水生物脱氮方面应用前景广阔。为探究不同制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响,以竹粉为原料在不同温度条件下制备生物炭,并对其得失电子能力（EEC）、表面官能团及元素组成等进行表征。结果表明：当热解温度从300℃升高到700℃的过程中,电子供给能力（EDC）总体呈先升高再降低的规律,其中300,400℃下热解得到的生物炭EDC最高,分别为0.33,0.35 mmol e^-/g,具有更高的强化生物脱氮潜能;600℃下制备的生物炭EDC最低,为0.07 mmol e^-/g。由元素含量计算所得的平均氧化度C_ox与EDC的结果相对应。随着制备温度的升高,热解所得生物炭的平均氧化度由负值变为正值,300,400℃下热解得到的生物炭的C_ox为负值,表明300,400℃条件下比500~700℃下所得生物炭还原性更强,氧化性更弱,即电子供给能力（EDC）更大,电子接收能力（EAC）更小。傅里叶红外光谱结果显示,300,400℃下热解所得生物炭羟基含量最高,与其EDC的结果相吻合。     

热解温度对生物炭提升厌氧氨氧化性能的影响

为探究生物炭对厌氧氨氧化工艺中硝酸盐积累的缓解作用,通过批次实验考察了不同热解温度（300,500,700℃）生物炭对厌氧氨氧化系统脱氮性能的影响.结果表明,300,500,700℃生物炭的添加使体系总氮去除率较空白组分别提升了14.6%、7.1%、3.3%,其主要原因是生物炭作为电子介导体促进了硝酸盐的还原,还原产物亚硝酸盐继续进行厌氧氨氧化反应,进一步减少了11.2%、9.1%、5.8%的剩余氨氮.300℃生物炭表面具有丰富的酚类、醛类和酮类等失电子基团,其供电子能力为2.64mmol e^-/g,高于500℃（1.92mmol e^-/g）和700℃（1.32mmol e^-/g）的生物炭,故其更好地强化了体系中的电子转移.微生物群落和功能蛋白分析表明,生物炭的添加增强了Ca.Kuenenia、Pseudomonas、Thauera等丰度,有利于厌氧氨氧化和反硝化菌的富集,同时,生物炭通过促进NapA（EC：1.9.6.1）和NarG（EC：1.7.5.1）等功能基因的表达,强化了反硝化过程的氮代谢水平.     

孔隙堵塞效应降低生物质炭-磁铁矿混合物对镉的吸附能力

利用吸附实验,通过吸附等温模型,研究了磁铁矿、生物质炭和生物质炭-磁铁矿混合物对Cd的吸附能力;在此基础上,使用X射线光电子能谱（XPS）和BCR连续提取法对吸附介质上Cd的结合形态进行分析.Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型拟合结果表明,无论单一的磁铁矿和生物质炭或是二者的混合物对Cd的吸附均为单层吸附.磁铁矿和生物质炭对Cd单独吸附的吸附量分别为18.9、14.0 mg·kg^-1,而生物质炭-磁铁矿混合物对Cd的吸附量为12.0 mg·kg^-1,低于其单独吸附Cd的吸附能力.当加入胡敏酸（HA）时,磁铁矿和生物质炭对Cd的吸附量分别为23.0、14.7 mg·kg^-1,混合物对Cd的吸附量为13.3 mg·kg^-1,混合后材料对Cd的吸附能力均降低.粒径、孔隙度和形貌表征结果显示,生物质炭粒径（10~100 μm）远大于磁铁矿粒径（1~10 μm）,混合后部分磁铁矿纳米颗粒堵塞生物质炭的微孔,使混合后材料孔隙度明显降低（88.5%~74.5%）,从而导致混合材料吸附能力下降.XPS分析中,与磁铁矿混合或加入HA都对生物质炭表面C—O官能团含量有影响,从而影响吸附效果.从XPS结果还可以看出,吸附后的Cd全部以Cd²⁺形式存在,BCR连续提取也证明吸附剂上的Cd主要以可交换态存在.磁铁矿和生物质炭除去Cd主要依赖表面吸附、络合及共沉淀.吸附的Cd较不稳定,随着环境变化容易发生解吸作用,重新释放到环境中.     

裂解温度对新疆棉秆生物炭物理化学性质的影响

生物质的裂解温度影响其所生产的生物炭炭的物理和化学性质,进而影响其田间应用效果。棉花秸秆是干旱区特别是新疆地区的主要农业生物质资源,其生物炭利用途径有望克服现有秸秆利用途径的不足,但对棉秆生物炭理化性质及其变化的认识还很缺乏。本文在不同的裂解温度下对新疆棉秆生物炭物理和化学性质进行研究,发现随着裂解温度的升高,生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低,p H、电导和持水性能提高,Na+、K+趋势不明显,Cl-和SO2-4等盐碱化离子以及Ca~(2+)、Mg~(2+)营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等均提高,NH+4-N在550℃碳化条件下含量最高。因此在田间应用中,应针对土壤特点和解决的问题,调控碳化温度,从而达到趋利避害的目的。     

磷酸改性生物炭负载硫化锰去除废水中重金属镉

采用磷酸作为活化剂对黍糠生物炭进行改性,得到富含活性官能团的功能性生物炭（fCBC）,并将其作为硫化锰（MnS）的载体,最终成功制备出硫化锰负载的磷酸改性生物炭（MnS-fCBC）,可用于水体中镉（Cd）的高效去除.系统评价了初始浓度、初始pH值以及MnS-fCBC投加量对于吸附反应的影响. MnS-fCBC表现出优越的吸附Cd的能力,在初始Cd浓度为200mg/L、pH=6和投加量1g/L的条件下,MnS-fCBC对于Cd的吸附容量最大,达145.15mg/g.吸附反应受pH值影响显著,在偏酸性条件下能取得较好的去除效果.通过X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪（Raman）对MnS-fCBC进行结构表征分析,结合批次试验探讨了Cd的去除机理.结果表明,表面络合和化学沉淀是Cd去除的主要机理.材料的回用性能试验显示,在5次循环使用后,材料依然有较高的Cd去除能力,表明其具有较高的可重用性.因此,MnS-fCBC可作为一种高效的Cd吸附剂,应用于含Cd废水处理.     

硅改性生物炭吸附水中Cd(Ⅱ)机理的量化分析

以纳米二氧化硅为硅源制备硅改性生物炭,利用吸附动力学、吸附等温线及SEM-EDS、XRD、FTIR、XPS等表征研究硅改性生物炭对水中Cd(Ⅱ)的吸附机理,并定量分析各种吸附机制的贡献率.结果表明,当添加SiO₂质量比为0.5%时制备的生物炭(0.5SiBC)吸附Cd(Ⅱ)效果最佳,最大吸附量为132.64 mg·g^-1,是未改性生物炭(BC)的1.56倍;0.5SiBC对Cd(Ⅱ)吸附过程符合拟二级动力学和Freundlich模型,其吸附过程属于化学吸附;XRD、FTIR和XPS等结果表明,0.5SiBC吸附Cd(Ⅱ)的机理主要有矿物质沉淀、离子交换作用和络合作用,各种机理贡献率依次为：矿物质沉淀(46.61%)>离子交换(33.79%)>其他机理(18.36%)>络合作用(1.24%);0.5SiBC对Cd(Ⅱ)的离子交换和矿物质沉淀量比BC分别提高133.80%和41.46%,硅改性主要通过提高生物炭的离子交换和矿物质沉淀能力来提高吸附Cd(Ⅱ)的能力.研究表明,硅改性生物炭作为去除水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附剂具有较好的...     

醋糟生物炭对水体中Pb(Ⅱ)吸附的影响

以醋糟为原料在700℃绝氧条件下制得醋糟生物炭,对比研究了醋糟炭化前后对水体中Pb(Ⅱ)的吸附效果与特性。采用比表面分析仪、傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对吸附质进行表征,并通过吸附试验测定了吸附质对Pb(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,在温度为298 K,p H为3~6的条件下,醋糟生物炭与醋糟对Pb(Ⅱ)达到吸附平衡的时间均为30 min,最佳投加量均为3.3 g/L。两种物质对Pb(Ⅱ)的吸附均高度拟合准二级动力学方程,吸附过程符合Langmuir模型,推测其主要为单分子层的化学吸附。与醋糟相比,醋糟生物炭具有更大的吸附容量,为68.027 mg/g,且在常温下即可表现出优异的吸附效果。由SEM和FTIR分析结果可知,醋糟生物炭孔隙结构较醋糟更为发达,且表面含有丰富的含氧官能团和芳香类化合物。