生物质炭添加量对BDE-47在土壤中吸附和解吸行为的影响

研究了添加生物质炭对2,2’,4,4’-四溴联苯醚(BDE-47)在土壤中吸附和解吸行为的影响。结果表明,在受试天然土壤中添加不同量的生物质炭,土壤对BDE-47吸附能力的变化程度也将不同,当生物质炭添加量为2.0%(质量分数,下同)以下时,随着生物质炭添加量的增加,土壤对BDE-47吸附能力的提高程度越明显,BDE-47的解吸滞后性则呈现先上升后下降的趋势。当生物质炭添加量为0.1%、0.5%时,土壤单点分配系数分别为原土壤的0.98~1.39、1.02~1.50倍;当生物质炭添加量为1.0%、2.0%时,土壤单点分配系数分别为原土壤的1.44~1.68、3.25~3.27倍;生物质炭添加量为1.0%时,BDE-47的解吸滞后性最显著。     

玉米芯生物炭对河岸带土壤中乙草胺和阿特拉津的吸附性能

为改善农药对河岸带土壤污染状况,进而防控农业面源污染,以玉米芯为原料制备生物质炭,利用模拟实验研究其对河岸带土壤中乙草胺和阿特拉津的吸附性能影响,并探讨了其吸附机理。结果表明:河岸带土壤中添加生物炭可使乙草胺和阿特拉津的吸附容量显著增强,其吸附热力学过程与Freundlich和Langmuir模型拟合均有较好的相关性。与对照土壤相比,添加质量分数为1.0%生物炭的土壤对乙草胺的最大吸附量从13.28μg·g~(-1)升高到769.23μg·g~(-1);添加质量分数为0.3%生物炭的土壤对阿特拉津的最大吸附量从70.92μg·g~(-1)升高到333.33μg·g~(-1)。伪二级动力学速率方程对河岸带土壤吸附乙草胺和阿特拉津的过程拟合效果较好,优于一级动力学速率模型的拟合结果,吸附量以及吸附速率均与土壤中生物炭投加量成正比。玉米芯生物炭可作为河岸带土壤的修复剂,降低乙草胺和阿特拉津的迁移性。     

椰纤维生物炭添加对海南花岗岩砖红壤吸附Pb(Ⅱ)的影响

海南花岗岩砖红壤与300、500和700℃3种不同裂解温度下的椰纤维生物炭(分别记为YA300、YA500和YA700)混合培养30 d,进行批量等温吸附和解吸实验,研究不同裂解温度椰纤维生物炭添加对土壤吸附Pb(Ⅱ)性能的影响和机理,为生物炭对重金属污染土壤修复的研究提供理论依据。采用Langmuir和Freundlich吸附模型分析处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附差异,用吸附和解吸量推算方法研究处理土壤对Pb(Ⅱ)的静电吸附和非静电吸附差异。结果表明:经过30d的培养,椰纤维生物炭的添加显著提高了土壤的p H值和阳离子交换量(CEC值),提升幅度为YA700、YA500、YA300;生物炭的添加也提高了处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力,同时也提高了土壤对Pb(Ⅱ)的非静电吸附,提升幅度也为YA700、YA500、YA300;Langmuir模型可以更好地拟合处理添加YA300、YA500土壤和对照土壤对Pb(Ⅱ)的等温吸附。基础土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为3.53 mg·g-1,添加YA300、YA500和YA700培养后土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别增加为4.49、4.92和6.03 mg·g-1。由于基础土壤的p H值和CEC值较低,椰纤维生物炭添加培养主要提高了处理土壤的p H值、CEC值以及土壤的负表面电荷,增强了土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力和非静电吸附百分比,从而降低Pb(Ⅱ)在土壤中的活性。     

生物质炭对污染土壤中的镉生物有效性及阿特拉津消解的影响

通过室内土培实验,研究添加1%在300℃和700℃制备的甘蔗叶生物质炭(BCst-300、BCst-700)和蚕沙生物质炭(BCse-300、BCse-700)对复合污染土壤中镉生物有效性和阿特拉津消解的影响;从土壤p H值、阳离子交换量、有机碳和微生物生物量碳、氮的变化初步探讨添加生物质炭影响土壤镉生物有效性和阿特拉津消解的机理。研究表明,添加生物质炭显著降低了土壤镉的生物有效性,同时加快了阿特拉津的生物降解,培养结束(60 d)时,添加BCst-300、BCst-700、BCse-300和BCse-700土壤中有效镉含量分别比对照降低了23.03%、31.43%、47.84%和38.69%,阿特拉津消解率分别比对照提高了12.45%、7.85%、49.10%和40.76%,其中蚕沙生物质炭对降低土壤镉的有效性以及促进阿特拉津生物降解效果优于甘蔗叶生物质炭,且BCse-300的效果最为显著。相关性分析结果表明,土壤镉的生物有效性与土壤p H值和阳离子交换量呈极显著负相关性,说明提高土壤p H值和阳离子交换量是外源生物质炭降低土壤镉的生物有效性的重要机制;阿特拉津残留量与土壤p H值、阳离子交换量、微生物生物量碳、氮均呈极显著负相关性,表明生物质炭可以通过改变土壤p H值、阳离子交换量、微生物生物量碳、氮从而促进土壤中阿特拉津的降解。     

基于有效去除铅(Ⅱ)的中孔炭乙二胺改性与影响因素分析

通过硝酸氧化和乙二胺聚合成功在蔗渣基生物质中孔炭孔道内修饰多胺基团,以铅(Ⅱ)为探针,通过L9(34)正交实验探讨了硝酸浓度、氧化时间、乙二胺用量和反应时间等对多胺生物质炭吸附性能的影响,获得适宜的改性条件是硝酸浓度17.5%、氧化时间5 h、乙二胺用量125 m L、乙二胺改性时间48 h,根据正交实验数据分析了不同胺化条件下生物质炭对铅(Ⅱ)的吸附特性与机制。结果表明,乙二胺改性条件对生物质炭对铅(Ⅱ)吸附性能影响显著,不同条件下制备的胺化改性生物质炭铅(Ⅱ)吸附量相差35%;硝酸浓度对多胺生物质炭铅(Ⅱ)吸附性能的影响最大,高于乙二胺用量与改性时间,说明调节生物质炭孔道内羧酸基含量是调控胺化改性介孔炭的铅吸附性能的关键因素。胺化改性后生物质炭对铅(Ⅱ)的吸附行为更加符合Langmuir模型,表明改性后多胺生物质炭表面能量分布更加均衡,对铅(Ⅱ)的吸附更趋向于单分子层的均质吸附。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

稻壳生物质炭对水中氨氮的吸附

以稻壳生物质为原材料,在350℃和500℃2种温度条件下制备生物质炭(BC350和BC500),采用扫面电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对稻壳生物质炭进行了表征。通过实验考查了稻壳生物质炭对氨氮的吸附等温线、影响因素和动态吸附。结果表明,稻壳生物质炭的平衡吸附量随着平衡浓度的增大而增大后趋缓,Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述稻壳生物质炭吸附氨氮的行为,BC500比BC350具有更大的吸附氨氮的能力,其最大吸附量分别为5.82 mg/g和6.51 mg/g。p H和离子强度影响BC500对氨氮的吸附效果。动态吸附实验表明,BC500对氨氮的平均吸附量为1.78 mg/g。可见,稻壳生物质炭可以用作高效吸附剂去除废水中的氨氮。     

生物炭对土壤吸附邻苯二甲酸二乙酯的影响

选择花生壳为原材料,采用限氧升温法在450、700℃温度下分别热解2、4、6 h制备6种生物炭,在对其表面性质和元素组成进行分析的基础上,重点考察生物炭对土壤吸附邻苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate,DEP)的影响。结果表明:生物炭的比表面积和总孔体积随着热解温度的升高而增加,热解时间的延长也会提高比表面积和总孔体积,而4 h是较为适宜的热解时间;生物炭中元素组成主要受热解温度的影响,热解时间的作用很小,热解温度的升高使生物炭的芳香性增强,极性降低;添加生物炭能显著提高土壤对DEP的吸附能力;Langmuir模型和Freundlich模型均能较好地拟合添加生物炭土壤对DEP的吸附特征;在不同的平衡浓度条件下,生物炭对土壤吸附DEP的贡献率介于82.07%~99.49%之间,表明生物炭对土壤中DEP的吸附发挥着主导作用。相关分析发现,吸附参数ΔKoc与生物炭的比表面积和总孔体积具有显著相关性,提高比表面积和改善孔隙结构可以增强生物炭对DEP的吸附能力。     

KOH活化花生壳生物质炭对亚甲基蓝吸附性能研究

以花生壳生物质炭(P-BC)为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制得活化生物质炭(K-BC),通过考察对亚甲基蓝的吸附性能,研究了花生壳生物质炭的最佳活化条件,并利用N2吸附-脱附实验、SEM等对最佳活化条件下的生物质炭进行表征。结果表明,K-BC活化的最佳条件为碱炭比为1.5∶1,活化温度为800℃,活化时间为90 min,此时K-BC的比表面积达到597.93 m2/g,总孔容达到0.76 cm3/g。并考察了亚甲基蓝初始浓度、pH等对K-BC吸附亚甲基蓝的影响,随着初始浓度的增加,吸附平衡时间显著延长,亚甲基蓝去除率显著降低;当pH=6时,K-BC对亚甲基蓝的吸附量最大;K-BC对亚甲基蓝的吸附动力学曲线符合伪二阶动力学模型,吸附平衡时K-BC对亚甲基蓝的吸附能力为80~149.95 mg/g。     

NaOH活化栗苞生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能

以栗苞炭化料(C-BC)为原料,以NaOH为活化剂制备栗苞活化生物质炭(Na-BC),研究其对水中亚甲基蓝的吸附行为。选取炭碱比、活化温度和活化时间为影响因素,通过正交试验确定了最佳活化工艺,即炭碱比为1∶4,活化温度为800℃,活化时间为30 min,此时Na-BC的最大吸附量为609.38 mg·g~(-1)。对最优条件下制备的生物质炭进行SEM、BET等表征,比表面积达1 563.78 m~2·g~(-1),总孔容达1.452 cm~3·g~(-1)。吸附实验结果显示,吸附反应能较好用Langmuir模型和准二级动力学方程模型进行模拟,Na-BC对亚甲基蓝的吸附为自发吸热反应。通过热法与碱法再生处理饱和吸附生物质炭,再生后的Na-BC对亚甲基蓝具有较好的吸附能力。     

铁铜改性稻壳炭对双氯芬酸钠吸附性能

以稻壳为原料制备铁铜改性生物炭(FCBC300),采用扫描电子显微镜、元素组成分析仪、X-射线衍射光谱仪、傅里叶红外光谱仪对其进行了系列基础理化性质表征,通过批量吸附实验研究了FCBC300在不同pH和干扰离子及有机物腐殖酸(HA)等条件下对双氯芬酸钠(DCF)的去除效果和吸附机制。结果表明,改性后稻壳炭表面负载Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃和CuO,芳香性增强、亲水性降低,对DCF的吸附性能大幅度提升。pH=5～9条件下,改性稻壳炭对DCF的吸附量约是未改性稻壳炭的20倍,吸附机制以静电作用为主;PO₄^3-的存在对吸附几乎无影响,SO₄^2-、Cl^-和HCO₃^-对DCF的去除虽有轻微抑制作用,但去除率下降幅度均低于5%,HA存在则明显抑制吸附能力;FCBC300对DCF的吸附过程,更符合准一级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,预测最大吸附量为4...     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

3种生物质炭对活性艳蓝KN-R的吸附简

选择由玉米秸秆、稻壳和稻草秸秆在825℃制成的生物质炭作为吸附剂,通过模拟实验,研究其对溶液中活性艳蓝KN-R的吸附特性,考察了pH值、时间、溶液初始浓度和生物质炭用量对吸附效果的影响。结果表明,当pH为2.0时,玉米秸秆炭和稻壳炭对活性艳蓝的吸附量均达到最大,而pH对稻草秸秆炭的影响不大;三者达到吸附平衡的时间分别为180、300和360 min,最大吸附量分别为114.05、54.60和68.19 mg/g。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述;动力学实验表明,吸附过程更符合拟二级动力学模型;热力学数据分析发现,吸附过程是自发进行的吸热过程。     

尿素改性生物质炭吸附水中氨氮研究

利用尿素对小麦秸秆生物质炭进行改性,用于吸附水中氨氮。研究了尿素添加量、pH、改性生物质炭投加量、共存阳离子等因素对改性生物质炭吸附氨氮的影响,并研究了吸附的热力学和动力学机制。结果表明,1.00g未改性生物质炭中添加2.4g尿素时制备得到的改性生物质炭UBC-4对氨氮吸附能力最好,零电荷点相比改性前明显降低。处理20mL 60mg/L的氯化铵溶液,UBC-4最佳投加量为0.20g,最适pH为8。实际废水处理中应考虑Na+、Mg2+等共存阳离子对UBC-4吸附氨氮的竞争吸附作用。Langmuir方程能较好地拟合UBC-4对氨氮的吸附等温过程,准二级动力学模型能较好地描述其动力学过程。吸附为自发的吸热过程,主要机制是物理吸附。     

生物质炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

以玉米秸秆、稻壳在350~500℃制成的生物质炭作为吸附剂,研究其对溶液中Cd2+的吸附特性。通过模拟实验,考察了初始p H、生物质炭用量、吸附时间和Cd2+的起始浓度对吸附的影响。结果表明,2种生物质炭对Cd2+的吸附反应适应p H范围较宽(4.0~7.0);玉米秸秆炭和稻壳炭对Cd2+的吸附速度较快,分别在10和20 min时达到吸附平衡;玉米秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附遵循Langmuir等温线模型,而稻壳炭对Cd2+的吸附遵循Freundlich等温线模型。在实验设定的条件下,玉米秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附能力强于稻壳炭。     

生物质基炭膜的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附

以生物质二层牛皮为原料,在控制热分解条件下制备了生物质基炭膜。利用TG/DTG、XRD、FT-IR、SEM、TEM和低温N_2吸附-脱附等方法对在不同炭化温度下(550~950℃)制备的生物质基炭膜形貌特征、孔隙结构及其表面化学性质进行了表征。考察了炭化温度、反应时间、溶液pH、加入量等因素对炭膜吸附溶液中铅离子的影响。表征结果表明:随着炭化温度的升高,生物质基炭膜碳微晶趋于石墨化发展,总孔容积持续增大,孔隙结构变得更加发达。实验结果表明:随炭化温度升高,生物质基炭膜对铅离子的吸附效果明显变好;在初始铅离子质量浓度为50 mg·L~(-1)、溶液pH为5.5、吸附剂加入量为1.5 g·L~(-1)、吸附时间为6 h的条件下,950℃下所制炭膜对铅离子有较好去除效果,去除率可达99.9%,吸附容量为32.76 mg·g~(-1)。     

土壤铜形态和生物有效性对施用生物质炭的响应

采用改进的Tessier方法对土壤Cu形态进行分级,研究了添加生物质炭对土壤重金属Cu形态、生物有效性和小麦生长及生理指标的影响。结果表明,石灰性土壤中Cu主要以碳酸盐结合态、氧化态和残渣态形式存在,三者占土壤Cu的90%以上。添加生物质炭后,土壤中的碳酸盐结合态铜、氧化态铜含量有所减少,但不显著;有机物结合态铜含量增加了131.25%,达到极显著水平,其中主要增加了紧有机结合态。添加生物质炭在培养一定时间后(30 d后)土壤有效态铜含量降低,120天时最大降低幅度达50.66%,添加生物质炭提高了冬小麦的根系重、茎秆干重、籽粒干重和灌浆期旗叶叶绿素含量,降低了根系、茎秆和籽粒的含铜量以及超氧化物歧化酶(SOD)活性,并随着生物质炭施用量的增加有显著性差异。综合看来,生物质炭对土壤铜污染具有钝化作用。     

花生壳基和木屑基生物炭对离子型染料和Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

采用花生壳和木屑为原材料分别在300、600℃限氧条件下热裂解制备4种生物炭,研究了其对阳离子型染料亚甲基蓝(MB)、阴离子型染料刚果红(CR)和重金属Pb(Ⅱ)的吸附等温线和吸附动力学效应以及生物炭上Pb(Ⅱ)的解吸再生效应。结果表明,相比Freundlich方程,生物炭对MB和Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir方程。其中,生物炭对MB的吸附受到表面含氧官能团和平均孔径影响,对Pb(Ⅱ)的吸附机制以离子交换或共沉淀为主。相比Langmuir方程,生物炭对CR的吸附等温线更符合Freundlich方程,吸附机制主要以疏水作用为主。300℃热裂解花生壳制备的生物炭对MB吸附效果最好,最大吸附量达28.0 mg/g;600℃热裂解制备的生物炭对CR吸附效果最好;300、600℃热裂解花生壳制备的生物炭对Pb(Ⅱ)吸附效果均较好,最大吸附量分别为63.7、73.2 mg/g。生物炭对MB、CR和Pb(Ⅱ)的吸附基本在24 h内达到平衡,相比准一级动力学模型,吸附过程均更符合准二级动力学模型。0.1 mol/L盐酸能有效解吸4种生物炭吸附的Pb(Ⅱ)。生物炭的吸附效果和吸附机制与生物炭制备时的热裂解温度和原材料种类关系密切。     

生物炭对水中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特征

选取花生壳和玉米秸秆为原材料,在不同温度下制备生物炭,与市售的银杉木炭一起作为吸附剂探究其对水溶液中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附能力和特性。用FTIR和扫描电镜表征生物炭表面性质。实验考察了吸附时间、溶液初始pH、初始浓度对吸附的影响。结果表明,在室温25℃和pH 5.0条件下,生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量随时间的增加而增大,在24 h后基本达到平衡,并且生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附动力学符合准二级动力学方程;溶液初始pH显著影响生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附,其中对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的最佳吸附pH分别为5.0和6.0;花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的等温吸附符合Langmuir模型和Freundlich模型,而对Zn(Ⅱ)的等温吸附Freundlich模型拟合效果更佳;银杉木炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的等温吸附更适用于Langmuir模型。另外,随着生物炭制备时热解温度的升高,生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附量增加,且各生物炭对Pb(Ⅱ)的最大吸附量远大于其对Zn(Ⅱ)的最大吸附量。不同生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力有明显差异,表现为:花生壳生物炭玉米秸秆炭银杉木炭,而对Zn(Ⅱ)的吸附力差异不明显。     

硝酸改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附的影响

在通过成功制备2种不同介孔结构的生物质炭AC-1与AC-2的基础上,研究了硝酸氧化改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附特性的影响与等温吸附特性。低温氮吸附测试表明,生物质炭AC-1与AC-2的微孔孔容相近,而介孔孔容相差较大,分别为0.319和0.535 cm3·g-1。改性后AC-2-HNO3的介孔孔容与表面含氧酸官能团含量均高于AC-1-HNO3。吸附数据表明,硝酸改性可增强介孔生物质炭对水中铅的吸附去除能力,特别是改性前吸附量较低的AC-2,由于具有较大的介孔孔容和介孔尺寸,经硝酸改性后对铅的吸附性能与去除率均高于微孔孔容相近的生物质炭AC-1,这表明增大介孔孔容与介孔尺寸不仅有利于在介孔炭上接枝活性吸附位,并可缩短被吸附重金属铅离子到吸附活性点的路径,增大硝酸改性生物质炭活性位点对水中铅离子的捕捉机率,从而增大改性生物质炭对铅的吸附性能。Freundlich模型能很好地描述改性前后4种炭对铅的吸附行为,说明上述生物质炭的吸附位主要是非均匀孔隙或表面。