生物炭去除土壤重金属的研究进展

生物炭作为一种新型的吸附材料,具有比表面积大、官能团丰富、稳定性高等特点,施入土壤后可影响重金属在土壤中的迁移性和生物有效性。从生物炭对重金属的吸附机制、生物炭还田应用效果进行了概述,在此基础上分析了生物炭推广应用的限制因素,并从生物炭与土壤的相互作用、生物炭的制备工艺完善等方面进行了展望。生物炭施入土壤后可通过阳离子-π作用、离子交换、络合、共沉淀、氧化还原和静电吸附作用降低重金属有效态含量,减少作物对重金属的累积。但生物炭在实际应用中仍存在作用效果不稳定、价格高昂难以大面积推广应用等问题,未来有必要进一步探明生物炭与土壤互作关系、完善生物炭制备工艺,为生物炭的广泛高效利用提供支撑。     

改性污泥基生物炭的性质与重金属吸附效果

为提高污泥基生物炭在高钙溶液体系中对重金属阳离子的吸附能力,将Fe₂O₃、MnO₂、ZnO与市政污泥以质量比1 ∶10（以过渡金属元素质量计）混合共热解,制备改性生物炭;表征改性生物炭的组成、官能团分布和表面性质,考察其对典型重金属阳离子Cd²⁺的吸附效果.过渡金属氧化物可促进污泥的热解,改性生物炭的H/C原子比均低于0.31,碳链裂解脱氢更彻底.改性生物炭中Fe、Mn保留较好,分别主要以单质和氧化物形态存在;而Zn流失较多.改性生物炭中的孔隙以介孔为主,平均孔径约3.8 nm,比表面积在50 m²·g^-1以上.初始浓度约200 mg·L^-1的Cd²⁺溶液中,Ca²⁺初始浓度从0 mg·L^-1升高到约200 mg·L^-1,Fe改性生物炭对Cd²⁺的吸附容量从43.17 mg·g^-1降至27.88 mg·g^-1,但仍较未改性生物炭高10 mg·g^-1以上,在含钙溶液体系中表现出了对Cd²⁺更强的吸附性能.Fe₂O₃较MnO₂和ZnO对市政污泥基生物炭吸附重金属的强化效果更好.     

生物炭去除土壤重金属研究进展

针对生物炭作为新型土壤改良剂的研究进展,介绍了生物炭制备方法,分析了生物炭与土壤重金属作用机制,探讨了生物炭联用技术.分析认为:原料、热解温度、热解时间等制备条件对生物炭去除重金属效果有不同程度的影响,热解温度影响程度最高,可以通过优化热解温度等条件制备生物炭;生物炭与土壤重金属间有直接和间接两种作用方式,不同生物炭与...     

生物炭修复土壤重金属的研究进展

生物炭是由废弃生物质在缺氧条件下热解而成的一种含碳丰富的产物。由于具有精细的孔隙结构和独特的表面特性,生物炭对重金属污染物有着良好的吸附能力,从而影响污染物的迁移。从生物炭的基本特性、吸附机理以及对土壤中重金属的修复效果等方面进行综述,最后提出生物炭未来在环境修复方面的研究方向。     

磁性铁基改性生物炭去除水中氨氮

氨氮的过度排放是水体富营养化的一个重要原因.然而,随着环境法规的日益严格,传统方法处理效果难以达到要求.吸附法因高效、安全等优点近年来开始应用于去除水中的氨氮.本研究中以共沉淀法将磁性铁基材料负载到市政污泥生物炭上,结果表明其对水中氨氮有良好的去除效果.80℃下合成的材料(MB80)在293 K下对氨氮的饱和吸附量可达...     

矿物改性污泥生物炭对土壤重金属浸出的影响

为研究凹凸棒石-污泥共热解生物炭对重金属污染土壤的淋溶性的影响,该文在350℃下将污泥、污泥和凹凸棒石混合热解制备2种生物炭,将2种不同生物炭施用于重金属污染土壤中进行钝化实验。钝化完成后土壤开展模拟酸雨土柱淋溶实验,研究重金属随着雨水淋溶的迁移规律,评价材料的钝化效果。结果表明：在淋溶过程中,重金属的累积淋失率呈现前期快速增长,后期持续缓慢增长的趋势,Cd、Zn、Cu、Cr、Ni 5种重金属的累计淋失率整体呈现对照>污泥生物炭>凹凸棒石-污泥共热解生物炭的趋势,共热解生物炭处理后,重金属的累积淋失率降低了11.13%～48.02%,各重金属的累积淋失率随时间的动力学方程拟合结果显示,Elovich修正方程与重金属的释放累积过程拟合相关性最好,R²为0.918～0.995,一级动力学方程的拟合相关性最差,说明重金属在土壤中的释放过程主要受到非均质表面的化学吸附影响,生物炭能够对土壤中的重金属起到较好的固定作用,从而降低重金属的淋失迁移性。凹凸棒石与污泥的共热解显示出了优于单一材料的重金属钝化效果。表明凹凸棒石-污泥共热解生物炭是一种潜在的土壤重金属钝化...     

腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响机制研究

以污泥生物炭作吸附剂处理水中Cr(Ⅵ),研究了共存腐殖酸对生物炭吸附性能影响.结果表明,腐殖酸能显著促进生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附,大幅提高吸附量以及缩短吸附平衡时间,生物炭吸附过程符合准二级动力学模型.在溶液初始pH4.0,生物炭浓度20 g·L-1,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800 mg·L-1范围下,Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等温吸附行为.加入腐殖酸(20 mg·L-1)后拟合得到的理论饱和吸附量达10.10 mg·g-1,较未加入腐殖酸的吸附量5.56 mg·g-1提高近1倍.在pH 2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小.腐殖酸浓度上升,生物炭吸附能力进一步提高.红外光谱显示,生物炭表面的羟基、羧基、酯基、芳香环上C—H和环状结构上的CC等化学活性官能团与Cr(Ⅵ)的吸附有关.结合XPS分析结果,推断腐殖酸共存促进生物炭吸附的机制是:腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集浓度,有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的直接吸附和还原,而腐殖酸本身具有的吸附能力增加了对溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的去除.     

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.      

污泥生物炭制备吸附陶粒

以城市污泥热解产生的生物炭(BC)与高岭土(KL)为原料制备吸附陶粒(SKC),研究其对环丙沙星(CIP)的吸脱附性能,开展吸附动力学和等温吸附特性研究,结合形貌、孔结构、物相组成、表面电位探讨其吸附机制,利用TCLP法研究重金属浸出特征.结果表明BC与KL以6∶4的质量比混合造粒,经1 050℃烧结5 min得到的SKC对CIP有明显的吸附效果,去除率达65.34%;SKC对CIP的吸附符合二级动力学模型,在不同质量浓度下的吸附特性适用于Freundlich等温吸附模型,吸附过程同时存在物理和化学吸附.SKC具有良好的孔隙结构,物相组成以硅铝氧化物、铁氧化物和金属磷酸盐为主,既能降低重金属的浸出毒性又具有良好的CIP吸附去除效果,有望为处理废水中高浓度CIP提供一种低成本可回收的吸附材料,也为BC的规模化安全利用提供了新思路.     

生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用

生物炭是由植物或动物废弃生物质在完全或部分缺氧条件经裂解炭化产生的一类高度芳香化、抗分解能力极强的碳质固体物质,是一种富含碳元素的有机连续体。生物炭比表面积大、疏松多孔,含有羟基、羧基、羰基等活性官能团,对多种重金属离子具有吸附固定作用,可以用来去除或削减水体中的有毒有害重金属。此外,利用酸、碱、石墨烯等物质对其进行修饰或改性,可提高对重金属的吸附能力。根据当前研究现状,综述了不同生物炭对水溶液中重金属离子的去除作用,并比较了一些生物炭改性前后与重金属的作用效果差异,同时归纳了生物炭与重金属的相互作用机理及其影响因素。在此基础上,展望了生物炭在去除水体环境中有毒有害重金属的研究方向,以期望生物炭得到更好应用。     

生物炭对土壤有效态重金属的作用机制进展

为了深入探究生物炭对土壤有效态重金属变化的影响,研究重点从生物炭的直接和间接作用两个方面对重金属有效态的影响机制进行了归纳概述。直接作用是指生物炭利用自身较大比表面积、疏松孔隙、丰富官能团和矿物质来吸附固定重金属,进而影响重金属形态转化的过程,包括物理吸附、静电吸引、官能团络合、离子交换、阳离子-π、化学沉淀等多种机理;间接作用是指生物炭通过改变土壤理化性质或者微生物群落多样性来影响有效态重金属含量变化的过程,以化学和微生物机制为主。最后提出结论与展望,以期为土壤重金属污染生物炭修复技术的潜在应用提供理论基础。     

生物炭吸附水中磷酸盐的研究进展

生物炭作为1种环境友好型吸附材料,可有效去除并回收水体中的磷,由此也成为当前的研究热点之一。综述了目前国内外生物炭吸附磷酸盐及磷素回收研究现状,主要总结了控制生物炭吸附磷酸盐的4种主要机制,阐述了影响生物炭吸附除磷过程中的主要影响因素,介绍了目前应用研究的方向并提出生物炭在实际应用中所面临的问题并对未来研究方向进行了展望,以期为未来研究及推广应用提供理论支撑。     

铅锌矿区土壤中有效态重金属的稳定化研究

为研究铅锌矿区土壤中重金属的稳定化方案,实地采集了四川省攀枝花市米易县某铅锌矿区污染土壤,采用稻壳、秸秆-木材和动物粪便3种不同来源的生物炭对土壤中弱酸提取态Pb、Zn、Cd、Cu和水溶态Zn进行了静态实验,并在此基础上选择动物粪便炭添加到污染土壤中进行了35 d的培育实验。结果表明:动物粪便炭对矿区污染土壤中弱酸提取态Zn、Cd、Pb、Cu稳定化性能最好,去除率分别为13.16%、15.68%、96.33%、65.39%,3种来源生物炭对水溶态Zn去除率均>90%;培育实验中施用30%动物粪便炭的土壤中弱酸提取态Pb降低了97.36%,水溶性Zn也得到了有效降低。因此动物粪便炭的施加可降低矿区污染土壤中重金属的迁移能力,对于铅锌矿区土壤重金属污染的防范与治理提供了参考。     

淋滤技术去除剩余污泥重金属研究进展

微生物淋滤能够去除剩余污泥中的重金属,并具有成本低、效率高和改善污泥脱水性能等优点,在国内外得到广泛关注。生物淋滤法在硫杆菌等微生物的作用下,将污泥中难溶的金属硫化物氧化成金属硫酸盐溶出;而厌氧酸化淋滤作为新技术,在厌氧酸化阶段通过质子交换和非离子态金属盐溶解使重金属浸出释放,相较于微生物淋滤法无需外加药剂和前处理,具有发展潜力。对包括生物淋滤和厌氧酸化淋滤在内的国内外相关研究进行了归纳,重点介绍了污泥中重金属的存在形态,两种工艺的去除机理以及环境因素对各自淋滤效果的影响,并对淋滤技术在环境污染治理方面的应用前景进行了展望。     

活性炭吸附法处理重金属废水研究进展

重金属废水成分复杂、毒性大且难降解,随着国家相关法律政策要求日益严格,使之成为废水治理的重点和难点。目前,活性炭吸附法在重金属废水处理方面也逐步开始工业化应用,取得较好的效果,本文对现有活性炭处理重金属废水技术进行了综述,详细讨论了该技术的各项参数,包括：活性炭的选择及预处理、废水的pH值、停留时间、活性炭用量和吸附柱的运行条件等,并简要介绍了活性炭吸附处理重金属废水的吸附机理。     

抗生素与重金属复合污染的生态毒理效应研究进展

随着越来越多的污染物进入环境,复合污染已经成为各类环境介质中普遍存在的现象,也是当前环境污染研究的重点方向之一。抗生素和重金属在环境中均具有持久性和毒性,且都对生态环境产生潜在长期的危害。重点论述了抗生素与重金属复合污染的生态毒理效应,以期为今后探索抗生素与重金属复合污染环境风险评价和污染治理提供一定参考,并对未来该领域需要进一步研究的问题和方向进行了展望。     

生石灰在污泥重金属钝化中的应用

城市污水处理厂的剩余污泥中含有很多对环境有害的重金属,如何降低这些重金属的析出风险,是污泥土地利用前必须解决的关键问题之一。通过BCR提取法分析了生石灰投加前后污泥中重金属的形态分布。结果表明,生石灰能钝化污泥中的重金属,明显降低污泥中不稳定态重金属的含量。     

生物炭与膨润土对镉吸附性能比较

比较了松木生物炭(PN-B)、花生壳生物炭(PT-B)及膨润土(Bent)对镉的吸附能力及机理,模拟其吸附等温模型和吸附动力学,并讨论p H、初始投加量对实验的影响,对吸附前后的吸附剂进行电镜扫描、傅里叶红外光谱及X射线衍射分析,探讨其吸附机理。结果表明:2种生物炭和膨润土对Cd~(2+)的吸附都符合Freundlich模型; 3种材料吸附动力学均符合标准二级反应动力学方程;其中pH=6、投加量为0. 1g时吸附效果最高,PN-B、Bent、PT-B最大吸附量及最大吸附率分别为16. 56 mg/g(95%)、15. 07 mg/g(91. 06%)、15. 52 mg/g(89. 4%);生物炭对Cd~(2+)的吸附机理主要为—OH、—C O及—CH_2与Cd~(2+)发生表面吸附、离子交换和络合反应共同作用,膨润土对Cd~(2+)的吸附机理主要为离子交换反应。研究表明,松木生物炭对镉的吸附效果最好。