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。     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

不同热解条件下合成生物炭对铜离子的吸附动力学研究

为了揭示生物质炭对铜离子的吸附动力学特性,研究了以不同条件下合成的生物质炭作为吸附剂吸附铜离子的动力学过程.用生活中常见的玉米芯和龙爪槐为原材料,以限氧升温炭化法制备生物炭.表征了其结构和表面特征,又通过一系列批实验,研究不同热解温度(300、400、500、600和700℃)和不同热解时间(1、2、4、6、8 h)的玉米芯与龙爪槐生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学特征与机理.结果表明,生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学数据随时间的变化能很好的用准二级动力学方程进行拟合,可见生物炭对Cu~(2+)的吸附是复杂的,不是单一的单层吸附.同时用颗粒内扩散模型、班厄姆方程和Boyd外扩散模型进行分析,结果表明颗粒内扩散不是两种生物炭吸附铜离子的唯一速率控制步骤,液膜扩散和颗粒内扩散均在吸附过程中起到重要影响,且液膜扩散是主要的限速因素.     

钢渣-蒙脱石复合吸附剂对水中Cd~(2+)的吸附去除

研究了钢渣-蒙脱石复合吸附剂对废水中Cd2+的吸附性能,并探讨了影响吸附的因素和吸附机理.结果表明,钢渣蒙脱石质量比为1∶1的复合吸附剂对Cd2+的吸附效果优于钢渣及蒙脱石对Cd2+的单一吸附.当温度为25℃,废水pH=6~7时,1.2 g钢渣-蒙脱石复合吸附剂对100 mL Cd2+溶液(100 mg·L-1)吸附60 min后,Cd2+的去除率可达到96.99%.钢渣-蒙脱石复合吸附剂对镉离子的吸附反应符合二级动力学方程,可决系数为0.9991;符合Langmuir方程,可决系数为0.9725.对Cd2+的理论饱和吸附量为12.45 mg·g-1.溶液中Pb2+、Cu2+的存在会降低复合吸附剂对Cd2+的吸附量,且Cd2+受Cu2+的影响较大.吸附饱和的钢渣-蒙脱石颗粒材料用1 mol·L-1的氯化钠溶液再生效果好.     

Cd2+与环丙沙星共存时在石英砂中的吸附特征及作用机理

为探讨重金属与兽药抗生素共存时在土壤及地下水砂层中的吸附行为及机理,以重金属镉（Cd）和环丙沙星（Ciprfloxacin,CIP）为研究对象,石英砂为介质,通过批平衡实验法,研究不同Cd²⁺浓度、pH及离子强度等因素下Cd²⁺与环丙沙星共存时在石英砂上的吸附行为及其交互影响.结果表明：①环丙沙星在石英砂上的吸附可分为两个阶段,6 h内为快速吸附,6~24 h为慢速吸附,24 h后达到吸附平衡;Cd²⁺在石英砂上的吸附表现为瞬时吸附,且吸附行为不受环丙沙星浓度的影响;环丙沙星在石英砂上的吸附动力学过程用伪二级动力学模型拟合效果最优,其次是伪一级动力学方程,颗粒内扩散方程拟合效果最差.②不同Cd²⁺浓度对环丙沙星吸附的影响不同,当Cd²⁺浓度较低（5、20 mg·L^-1）时,Cd²⁺的存在对吸附起促进作用;当Cd²⁺浓度为100 mg·L^-1时,Cd²⁺的存在对吸附起抑制作用;pH越高,离子强度越大,石英砂对环丙沙星的吸附量越低,而石英砂对Cd²⁺的吸附则表现为pH越高,吸附量越大,离子强度越高,吸附量越小;不同Cd²⁺浓度、pH及离子强度对CIP吸附的影响程度与CIP浓度有关,CIP浓度越低,影响越显著;除了pH为7的条件外,CIP对Cd²⁺在石英砂上的吸附基本没有影响.③Freundlich方程能较好地拟合不同条件下CIP在石英砂中的吸附曲线,R²均大于0.949,且大部分n值在0.326~0.651之间,说明石英砂对CIP的吸附是非线性的.④Cd可与CIP中的羧基（—COOH）和羰基（C=O）发生络合作用形成络合物而被石英砂所吸附.     

Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

为高效利用生物质能源,以常见农林废弃物柠条为原料,在650℃、3h条件下,采用限氧热裂解法制备生物炭,通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭,进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型）和4种吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型）以及pH值、添加量影响试验,探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时,使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理,并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明：柠条生物炭（NB）对P的吸附量很低,Al改性柠条生物炭（Al-NB）最佳改性比例为0.2：1,对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程;Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型,说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g,平衡时间为24h.随着添加量的增大,Al-NB对P的吸附量不断减小,去除率逐渐增加,2.5g/L为最佳添加量;最适pH为4～10,当pH=7时,达到最大;吸附P后,溶液的pH值向中性范围倾靠,有一定缓冲作用.吸附机理包括：静电吸附作用,配体交换（羟基）,P与阴离子（NO₃^-）交换,颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.     

壳聚糖交联沸石小球对Cu2+、Ni2+及Cd2+的吸附特性

以壳聚糖和人造沸石为原料,采用滴加成球法制备了一种新型重金属吸附剂——壳聚糖交联沸石小球,通过吸附实验考察了pH值、时间及重金属离子浓度对吸附Cu2+、Ni2+、Cd2+的影响.结果表明,制得的壳聚糖交联沸石小球的平均粒径为3.2 mm,密度为1.08 g·cm-3,含水率为80％.在pH=5、温度25℃条件下,壳聚糖...