两类生物炭的元素组分分析及其热稳定性

通过元素分析、红外光谱和热重分析探讨了4种不同来源生物炭(玉米芯、香蕉杆、草海底泥、泥炭土)的理化性质及热稳定性.结果表明,生物炭的制备是一个逐渐从"软质碳"向"硬质碳"过渡的过程,制备过程中生物炭含碳量增加,芳香性增强,形成致密的碳结构,其中的含氧官能团被大量烧失,极性减弱,憎水性增强,不易被土壤中的微生物利用,有利于增加生物炭在土壤中的稳定性.热重实验显示,沉积物生物炭拥有比植物生物炭更好的热稳定性,这是因为沉积物中无机矿物对有机质起到了保护作用.     

生物炭材料在海洋石油类污染修复中的应用研究进展

时有发生的溢油事故以及沿海陆源输入性的石油污染会对海洋生态系统造成短期或长期的危害.生物炭是一种原料来源广、低成本、环境友好的富含碳的材料,是解决全球废弃物碳足迹问题的重要措施.近年来,基于生物炭的海洋石油烃修复材料被广泛关注.因此,本文将详细介绍生物炭的制备及生物炭材料在海洋石油烃修复中的应用.生物炭的制备过程中,其理化性质主要受原料类型、热解速率、热解温度和热解时间的影响.生物炭的高孔隙率和丰富的表面官能团,使其具有溢油吸附的巨大潜力.为提高溢油吸附效率,酸改性、磁改性和疏水改性等方法常用来改善生物炭的性质.此外,生物炭基气凝胶因其独特的吸附性能,也得到了广泛的研究和关注.除在水环境适用外,利用生物炭还可对沉积物中的石油烃进行封存和修复,以减少其扩散和生物利用度.多孔、富含营养元素的特点使生物炭可以作为固定化材料来固定石油烃降解菌,以减少海洋环境条件对微生物的冲击,保证菌剂的降解效率.综上,生物炭具备的各种优异性质使其在海洋石油污染修复中具有广阔的应用前景.因此,生物炭实际应用的不足及自身存在的某些性质问题,是此后生物炭的研究重点,应当给予更多的关注.     

热解温度对生物炭循环伏安曲线特性的影响

随着生物炭在农业和环境领域的应用逐渐增多,生物炭对环境中生物化学过程的影响也日益加深.本文利用循环伏安曲线,探究了不同热解温度下生物炭的电子传递方式.结果发现,在热解温度为400℃时,生物炭的电导率较低,而循环伏安曲线上存在明显的氧化还原峰,这表明生物炭的电子传递方式以官能团的氧化还原反应过程为主.随着热解温度升高,以含氧官能团为主的氧化还原活性物质含量降低,氧化还原峰的峰电流降低;同时,生物炭比表面积增大、导电性增强,循环伏安曲线形状逐渐变为梭形,响应电流也逐渐增大;这表明生物炭的电子传递方式逐渐转变为主要依靠生物炭导电性的方式.总之,循环伏安曲线可以定性地分析生物炭的电子传递方式,为探究生物炭不同电子传递方式对生物化学过程的影响提供了一定的研究基础.     

生物炭及氧化石墨烯/生物炭复合材料对水中抗生素吸附性能研究

以水稻秸秆、牛粪和氧化石墨烯为原料,制备4种不同类型生物炭：水稻秸秆生物炭、牛粪生物炭、氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭和氧化石墨烯/牛粪生物炭;以水中常见的四环素类抗生素和磺胺类抗生素中的土霉素、四环素、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲恶唑为目标污染物,探讨不同类型生物炭对水中抗生素吸附特性。实验结果表明,抗生素在不同类型生物炭上吸附在12h均能达到吸附平衡,4h时抗生素在生物炭、氧化石墨烯/生物炭复合材料中的吸附量是平衡吸附量的47.96%—98.65%,抗生素在生物炭上吸附符合准二级动力学方程。等温吸附方程Freundlich拟合得到的可决系数R²值要高于Langmuir和D-R方程,拟合效果更好。抗生素在氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭复合材料和在氧化石墨烯/牛粪生物炭复合材料中吸附量分别是在原生物炭中吸附量的1.67倍和1.59倍,在水稻秸秆制备的植物源生物炭中吸附量要略高于在牛粪制备的动物源生物炭中吸附量。有机碳归一化分配系数Koc值显示,四环素类抗生素的K_oc值要略大于磺胺类抗生素。由Pearson相关性分析结果可知,抗生素在生物炭及其复合材料中吸附速...     

过氧化氢氧化对生物炭表面性质的改变及其对双酚A吸附的影响

本研究以H_2O_2作为氧化剂模拟生物炭在土壤中的化学老化过程,并通过其被氧化前后表面性质和对双酚A吸附能力的差异,来评估生物炭在土壤中的稳定性及其老化后与双酚A的相互作用。结果表明,经过为期7 d的氧化,H_2O_2的氧化使200℃下制备的生物炭结构片段流失,其吸附性能降低以及生物炭总量减少;而500℃下制备的生物炭虽然碳损失率较低,但由于其极性增强和芳香性减弱导致其吸附性能减弱。2种生物炭在土壤中长期暴露后都可能导致其吸附双酚A能力下降,相对于200℃下制备的生物炭,500℃下制备的生物炭老化后吸附双酚A的能力下降程度更大。     

生物炭理化性质对其反应活性的影响

生物炭作为一种富炭材料,由于其具有固碳、增强土壤肥力、促进植物生长等特性,在固碳减排及土壤改良方面的应用价值受到广泛关注.同时,生物炭具有较大的比表面积和较高的孔隙率,常被作为吸附剂用于污染物的去除.研究发现生物炭在吸附有机污染物的过程中可降解有机污染物,因此生物炭的反应活性成为近年来研究的热点.生物炭的反应活性主要由其制备过程中生成的环境持久性自由基(EPFRs)和自身的氧化还原能力贡献.生物炭的EPFRs活性与官能团种类、过渡金属含量和EPFRs种类有关,其中官能团和过渡金属通过影响EPFRs的生成及稳定从而影响EPFRs的浓度和种类,进而影响EPFRs活性,而EPFRs种类直接影响EPFRs活性.生物炭的氧化还原活性与官能团、芳香性和导电性有关,其中官能团影响氧化还原活性基团(RAMs)的生成,芳香性和导电性影响基质电导(EC_(BC))结构的生成及导电活性,从而影响氧化还原活性.本文总结了生物炭的反应活性机理和影响因素,旨在为生物炭处理有机物污染物等方面的应用提供理论支撑和技术参考.     

生物炭对土壤重金属形态及生物有效性影响的研究进展

考察生物炭施入土壤后重金属形态以及生物有效性的变化是土壤学近年来的研究热点.重金属形态变化是衡量其生物有效性的一个较为重要的指标.将生物炭添加到土壤-动植物系统中,并评估重金属生物有效性有利于推进生物炭应用于土壤改良及重金属修复.因此,本文首先收集了大量关于生物炭对土壤重金属形态含量变化的数据.统计发现,生物炭添加下土...     

生物炭吸附有机污染物的研究进展

生物炭(biochar)是指生物质在缺氧条件下热裂解产生的一种产物.由于其精致的孔隙结构和独特的表面化学性质,对环境介质中的有机污染物有超强的吸附能力,进而影响污染物的迁移与归宿.近年来生物炭对有机污染物的吸附特性及机理研究已成为环境科学领域的研究热点之一.本文从生物炭的典型性状、吸附有机污染物的机理、影响因素以及对土壤中有机污染物生物可给性的影响等方面进行了综述,并提出生物炭吸附有机污染物未来的研究方向.     

玉米秸秆生物炭对沉积物中BDE-47生态毒性的影响

生物炭对于污染沉积物的原位修复具有很大的潜力,但关于生物炭对沉积物中有机污染物生态毒性影响的研究则较少报道。为评价生物炭对沉积物中BDE-47生态毒性的影响,以底栖动物铜锈环棱螺为测试生物,采用28 d慢性沉积物生物测试研究了不同添加比例的玉米秸秆生物炭(CSB)与BDE-47联合作用对BDE-47生物积累、肝胰脏细胞DNA损伤以及氧化胁迫生物标志物的影响。结果表明,在慢性暴露情况下,CSB对铜锈环棱螺不具有毒性;CSB通过显著降低沉积物间隙水中BDE-47的浓度而降低其在铜锈环棱螺体内的生物积累。在实验浓度范围内(1%～7%),CSB添加比例越高,降低BDE-47生物积累的效果越显著。不同添加比例的CSB均可以显著降低BDE-47对铜锈环棱螺DNA损伤的毒性,较高比例(4%和7%)CSB的效果更为显著,但BDE-47的氧化胁迫毒性不随CSB添加比例的升高而下降。因此,从降低BDE-47生态毒性的角度考虑,沉积物中CSB的合适添加比例为4%左右。     

施用生物炭对土壤微生物的影响

作为生物质材料的热解产物,生物炭被认为是很有前景的环境污染治理与生态修复材料.多方面的研究说明,生物炭的多孔、大比表面积、丰富的官能团等性能,使其具有"锁定"碳,固定土壤污染物,改善土质等功能,从而从土壤物理化学的角度证实了生物炭在土壤污染治理与改良方面的作用,但至于生物炭对土壤微生物的影响及其长期效应尚处于起步阶段.本文总结分析了近年来国内外生物炭与土壤微生物相关的研究成果,得出生物炭能通过改变土壤资源储备(如可利用C、营养物质、水分等)、非生命成分(如p H、CEC等)等理化性质,加快土壤细菌和真菌的生长与繁殖,影响土壤微生物群落结构和功能.可见,生物炭土地利用的优点不容置疑,为了实现其规模化应用,生物炭的施用剂量、生物炭-微生物-污染物的作用机理等问题亟待深入地研究,生物炭对土壤微生物及养分循环的长期影响还有待于系统地展开.     

生物质炭微生物矿化稳定性机制研究进展

生物质炭在碳封存和土壤改良等方面的应用潜力取决于其在土壤中的微生物矿化稳定性.明确生物质炭在土壤中微生物矿化稳定性是推进生物质炭在土壤固碳、改良等领域应用的关键.基于生物质炭在土壤中的微生物矿化稳定性研究进展,本文系统总结了不同类型生物质炭的微生物矿化速率和在土壤中的平均驻留时间,探讨了不同因素(生物质炭特性、土壤特性...     

厌氧生物滤池-好氧生物炭滤池联合处理生活污水

在春季低温条件下,利用厌氧生物滤池、好氧生物炭滤池处理生活污水,比较两者的性能,探讨低成本处理生活污水的方法.结果表明,厌氧生物滤池停留时间为14h,COD的去除率可达83%;在滤速为0.4-1.2m·h-1范围内,好氧生物炭滤池的TOC去除率高于厌氧生物滤池, TN去除率低于厌氧生物滤池.     

生物炭和堆肥产品施用对水稻体系中汞生物有效性的影响

我国是水稻生产和消费大国,但近年来在受汞(Hg)污染严重的区域中检测Hg的浓度严重超标,给粮食安全带来极大的威胁.生物炭和堆肥产品是良好的土壤改良剂,不仅可以增加土壤肥力,还可以固定重金属,减少对植物的毒害.通过水稻盆栽实验探究生物炭、堆肥产品以及二者协同作用下对土壤理化性质以及水稻体系中汞生物有效性的影响,结果显示:...     

改性生物炭对水体中抗生素的去除研究进展

随着社会经济的不断发展,抗生素造成的水体环境污染问题已不容忽视.利用生物炭去除水体中的抗生素是解决这一问题的有效手段之一.然而,原始生物炭对水体中抗生素等有机污染物的去除存在一定局限性,因此对生物炭进行改性以提升其吸附能力尤为必要.生物炭的吸附性能受生物质类型、碳化条件和改性方法等因素影响较大,导致目前虽然开展了许多相...     

生物炭的环境效应及其应用的研究进展

作为新型环境功能材料,生物炭以其优良的环境效应和生态效应成为环境科学等学科研究的前沿热点.本文介绍了生物炭结构和基本特性,对其在土壤肥力改良、碳的增汇减排以及受污染环境修复的应用和机理方面的研究进展进行了综述,并扼要分析了生物炭研究的前景和方向,为生物炭技术的应用和推广提供一定的思路.     

生物炭的土壤环境效应及其机制研究

近年来,随着土壤污染的逐渐加重以及食品安全问题的频出,生物炭作为重要的土壤改良剂以及对污染土壤修复表现出的巨大潜力引起人们的广泛关注.本文首先对国内外生物炭的土壤环境效应方面的研究以及成果进行分析总结.生物炭具有疏松多孔的性质以及巨大的表面积和阳离子交换量(CEC),可以改善土壤理化性质,能强烈吸附土壤中的污染物,降低其生物有效性和迁移转化能力;生物炭的碱性对于改良酸性土壤降低土壤中污染物的生物毒性具有很大的潜力;生物炭还可以为微生物提供生长繁殖的场所,有利于微生物对污染物的降解,但同时又可以保护被吸附的有机物免受微生物的降解,对不同的微生物影响不同;生物炭可以对蚯蚓等土壤动物的生存产生影响.在此基础上,依据生物炭的基本理化性质,对其土壤环境效应机制进行了分析.最后,从当前工作中存在的不足对今后的研究重点和方向进行了展望.     

生物炭和熟石灰对土壤镉铅生物有效性和微生物活性的影响

以南京近郊某蔬菜基地土壤为研究对象,采用盆栽试验方法,研究熟石灰和生物炭两种钝化剂对镉铅复合污染土壤修复效果以及对土壤微生物活性的影响.结果表明,施加熟石灰和生物炭能够增加土壤pH和有机碳等养分含量,促进Cd、Pb由酸溶态向还原态和残渣态转化,降低Cd、Pb有效态含量.与对照处理相比,熟石灰和生物炭5.0%用量下,Cd有效态含量(DTPA、TCLP和CaCl_2等3种提取态)分别下降37.74%—41.46%和22.22%—31.71%,Pb有效态含量分别下降45.59%—52.82%和35.47%—41.94%.生物炭的施用提高了土壤微生物量碳氮和微生物群落功能多样性,促进微生物对碳源的利用能力,其中生物炭5.0%用量下土壤微生物活性最高.熟石灰和生物炭的添加显著降低小白菜可食部位和根部对Cd、Pb的富集,与对照处理相比,可食部位Cd、Pb含量分别下降7.14%—47.62%和45.93%—74.82%,但所有添加钝化剂处理小白菜可食部位含量均超出国家安全食用标准.