液化黑藻基炭微球水热制备及吸附诺氟沙星的过程与机制

以沉水植物轮叶黑藻为原材料,采用生物质液化和水热合成技术制备黑藻基炭微球(PCSs),并以磷酸为活化剂对所制备的炭微球进行活化以提升其吸附性能.对PCSs的结构和化学性质进行了表征和分析,同时采用扫描电镜对所制备PCSs的表面形貌进行了观察.并系统研究了PCSs用量、溶液温度及pH值对诺氟沙星(NOR)吸附效果的影响.结果表明,PCSs的BET比表面积、平均孔径、总孔容和等电点分别为67.92 m~2·g~(-1)、6.52 nm、0.11 cm~3·g~(-1)和3.0.PCSs用量、溶液温度及pH值对PCSs吸附去除NOR具有显著的影响,在PCSs用量0.6 g·L~(-1)、溶液温度30℃和pH=6时,10 mg·L~(-1)NOR的吸附去除率可达99.3%.动力学实验表明NOR在PCSs上的吸附行为符合准二级动力学模型,等温吸附曲线符合Langmuir方程,PCSs对NOR的最大单分子层吸附量为36.95 mg·g~(-1).热力学参数表明PCSs对NOR的吸附是一个熵增加的自发吸热反应.     

改性豆饼生物质炭对铅的吸附特性

以豆饼为前驱体制备生物炭,并对其进行KOH刻蚀改性,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)、X-ray能谱仪(EDS)、多晶X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对豆饼生物炭(SYB)和改性豆饼生物炭(SYBK)进行表征,比较SYB和SYBK对Pb~(2+)的吸附性能,并研究时间、Pb~(2+)溶液初始浓度和pH对吸附效果的影响规律。结果表明,SYBK含有更丰富的官能团,且比表面积大大增加,SYB和SYBK对Pb~(2+)的等温吸附曲线均符合Langmuir吸附模型,SYBK对Pb~(2+)的实际最大吸附量达711.0 mg·g~(-1),明显高于SYB(293.0 mg·g~(-1))。对比SYB和SYBK的XRD谱图可知,吸附过程中SYB和SYBK表面形成了碱式碳酸铅沉淀,且吸附后溶液中含有大量矿物阳离子Ca~(2+)、Mg~(2+)等。上述结果可为高效吸附环境中Pb的生物炭的修饰或改性方法的研究提供参考。     

膨化活性生物炭高效吸附双酚A的机理研究

物理和化学改性方法会引起生物炭理化性质和微观结构的改变,从而影响其对污染物的吸附.通过对玉米粒进行微波膨化制备出膨化生物炭,再用氢氧化钠和磷酸分别对膨化生物炭进行改性制备膨化活性生物炭.利用SEM、BET、FT-IR和XRD等手段对生物炭材料进行表征.通过吸附试验探究了膨化和活化过程对生物炭吸附双酚A(BPA)的影响.结果发现,膨化后炭材料比表面积增大,吸附量增加.膨化结合酸活化的生物炭比表面积最大(856.34 m2·g^-1),对双酚A的吸附量也最大(220.73 mg·g^-1),吸附量较未经膨化和活化的生物炭提升了7倍.膨化结合碱活化的生物炭孔结构更加发达,平均孔径为6种材料中最大(2.25 nm). Langmuir模型能够较好地拟合6种生物炭对BPA的吸附等温线,说明吸附过程以单层吸附为主.吸附位点能量分析表明,BPA在低浓度时优先占据碳材料表面的高能位点,高浓度时转为占据较低能量的位点.内扩散模型分析说明膨化和活化均能提高扩散过程速率.     

皮克林乳液法制备ZIF-8@聚苯乙烯中空微球及其吸附阿莫西林性能

研究采用ZIF-8纳米粒子稳定皮克林乳液,制备了ZIF-8@聚苯乙烯中空微球(ZIF-8@PS),并用于溶液中阿莫西林(AMOX)的吸附去除.用傅里叶变换红外光谱(FI-TR)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附脱附(BET)等方法研究了ZIF-8@PS中空微球的理化性质.通过静态吸附实验结合吸附等温线模型和吸附动力学模型等考察了ZIF-8@PS对AMOX的性能.结果表明,ZIF-8@PS具有良好的中空多孔结构,比表面积为380.4 m~2·g~(-1).pH值为7.0、308 K时有最佳吸附效果.ZIF-8@PS对AMOX的吸附过程用Langmuir模型和准一级动力学模型能更好地拟合,对AMOX的吸附倾向为单层吸附.308 K时Langmuir模型计算的最大吸附量为0.6232 mmol·g~(-1).材料具有良好的再生能力,经3次吸附-解吸附后吸附量约损失11.15%.     

纳米氧化铝/氧化锰-硅藻土复合物对磷酸根阴离子的吸附

为改善纳米金属氧化物颗粒在硅藻土表面的负载特性,在保留硅藻土大孔结构的同时提高纳米颗粒的分散性,本研究通过原位合成/负载法,制备出一种具有多级孔结构的纳米氧化铝/氧化锰-硅藻土复合物(Dt-Al-Mn).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮气吸脱附等温线分析等手段对其进行物相、形貌及孔结构等表征,并通过吸附实验来探究其对磷酸根离子的吸附特性.结果表明,硅藻土表面均匀负载了铝-锰双金属氧化物颗粒薄膜,该颗粒薄膜以无定形存在.Dt-Al-Mn不仅保留硅藻土的大孔结构,并且形成了大量的微孔和介孔结构,其比表面积和孔容为352.4 m~2·g~(-1)和0.535 cm~3·g~(-1),远高于硅藻土(Dt)和硅藻土负载氧化铝材料(DA).Dt-Al-Mn对磷酸根的最大吸附量为67.9 mg P·g~(-1),其吸附等温线较好地符合于Langmuir模型.综上所述,Dt-Al-Mn有望成为一种具有应用前景的富营养化水体修复材料.     

油茶籽壳炭微球及其改性物对水中全氟辛烷磺酸盐(PFOS)的吸附

基于废弃油茶籽壳制备了4种炭材料,并应用于对水中全氟辛烷磺酸盐(PFOS)的吸附性能研究.以油茶籽壳生物质为碳源,首先通过水热碳化法制备了胶质炭微球并进一步对炭微球分别进行了退火、KOH浸渍扩孔和KOH研磨扩孔改性,然后将所制备的4种炭材料应用于水中PFOS的吸附去除,并对其吸附机理进行了探讨.吸附动力学结果表明,4种炭材料对PFOS吸附均符合拟二级动力学模型(R2≥0.994),吸附平衡时间分别为2 h、1 h、6 h和2 h.溶液p H值对KOH研磨炭材料的吸附性能影响较小,而对其它3种材料影响较大,4种炭材料对PFOS吸附的最佳p H值分别为2—3、3、2、2—10.4种炭材料对PFOS的吸附均符合Langmuir吸附模型(R2≥0.988),最大吸附量分别为14.4、17.8、223.7、3658.9 mg·g-1.4种炭材料对PFOS的吸附均倾向于单分子层的化学吸附过程,材料的比表面积为影响吸附量的最主要因素,其对PFOS的吸附主要依赖静电作用和疏水作用.     

金属有机骨架材料MOF-5催化吸附SO_2

采用溶剂热法制备金属有机骨架材料MOF-5催化剂,应用于SO_2的净化处理.采用XRD、SEM、TGA和N2吸脱附等表征手段对催化剂的结构和形貌进行表征.结果表明,溶剂热法所制备的MOF-5,具有规则的立方体结构,尺寸在2—3μm左右,且比表面积可达1024 m~2·g~-1,孔容可达0.65 cm~3·g~(-1).系统考察了不同温度条件下MOF-5催化剂对SO_2的吸附能力,表明在200℃以下,MOF-5催化剂对SO_2均具有较好的吸附能力,并且具有较好的使用寿命;25℃时MOF-5催化剂对SO_2的最大吸附量为4.3 mmol·g~(-1).吡啶吸附和CO_2-TPD分析表明溶剂热法制备的MOF-5晶体具有较多的酸性活性位和碱性活性位,有利于SO_2的吸附氧化及存储.运用in situ FTIR系统研究了SO_2在MOF-5催化剂表面的反应行为,表明MOF-5催化剂表面的主要生成产物为硫酸盐,特别是双齿双核硫酸盐居多.进一步对MOF-5催化剂吸附储存SO_2的反应机理进行了深入的探讨.     

生物炭修饰材料对嘉陵江(川渝段)沿岸土吸附Cu2+的影响

为了探索生物炭修饰材料对嘉陵江流域沿岸土吸附Cu~(2+)的影响,采用生物炭(B)、磁化生物炭(MB)以及50%和100%CEC十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰MB(分别以50%BS-MB和100%BS-MB表示)作为炭修饰材料,分别将其以1%(质量比)加入嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土中,共计形成20个混合土样(以原土作为对照),批处理法研究各样品对Cu~(2+)的等温吸附和热力学特征,并对比不同温度、pH值和离子强度下的吸附差异.结果表明,不同混合土样对Cu~(2+)吸附等温线均呈"L"型且符合Langmuir模型,最大吸附量q_m保持在62.20—308.88 mmol·kg~(-1)之间.相同生物炭修饰材料添加下Cu~(2+)吸附量表现为JLNBCXHC的趋势.20—40℃范围内,各混合土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而增加,表现为增温正效应.离子强度从0.01 mol·L~(-1)增加到0.1 mol·L~(-1),各混合土样(除HC外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势.pH值升高有利于混合土样对Cu~(2+)的吸附.各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的反应过程,且CEC和比表面积是决定混合土样对Cu~(2+)吸附效果的关键.     

甘氨酸改性TiO_2材料的合成及其对染料的吸附性能

本文以钛酸异丙酯为钛源,以甘氨酸(gly)为改性材料,通过水解法在比较温和的条件下合成了二氧化钛(TiO_2-gly)吸附剂,同时以亚甲基蓝(MB)和酸性红G (ARG)两种染料为处理对象,考察了合成的TiO_2的吸附性能,并将之与P25材料进行对比.结果表明,经过甘氨酸改性的TiO_2吸附剂的比表面积大幅提升到354.2 m2·g~(-1);改性TiO_2对亚甲基蓝(100 mg·L-1)和酸性红G (100 mg·L-1)两种染料的吸附能力得到较大提高,最大吸附量分别为49.25 mg·g~(-1)和43.98 mg·g~(-1),远高于P25对二者的吸附容量(分别为28.24 mg·g~(-1)和16.40 mg·g~(-1)); P25的吸附主要受物理吸附作用控制,而改性TiO_2吸附剂20 min即可达到吸附平衡,并展现出准二级动力学和Langmuir吸附等温线特性,这表明吸附剂与染料分子之间主要为化学吸附.另外,通过吸附影响因素实验发现通过延长吸附时间、控制p H都能提高该吸附剂的吸附性能,而改性TiO_2-gly吸附剂经过5次再生循环实验后仍展现出较好的吸附性能.     

模板法合成介孔硅酸钙及其对重金属离子的吸附性能

以硝酸钙和硅酸钠为原料,采用模板法制备了介孔硅酸钙.探讨了不同模板剂(十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲溴化铵、P123和十六烷基三甲溴化铵-四甲基氢氧化胺)对介孔硅酸钙孔径和表面形貌的影响,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、BET表面分析和红外光谱(FT-IR)等对其结构进行了表征,考察其对含Pb~(2+)和Cu~(2+)模拟废水的吸附性能和解吸再生性能,并与活性炭的吸附性能进行比较.结果表明,采用十六烷基三甲溴化铵模板剂为模板合成的硅酸钙具有介孔结构,为狭缝孔,孔径主要介于4—50 nm之间,比表面积达158.13 m~2·g~(-1);在298 K下,对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附容量分别为1.833 mmol·g-1和6.557 mmol·g-1,远比在相同吸附条件下活性炭的吸附容量高.介孔硅酸钙吸附重金属离子为放热反应,主要是表面羟基与重金属离子间配位化学作用.经过5次洗脱再生,对Pb~(2+)的平衡吸附量和吸附率仅分别降低了0.102 mmol·g-1和4.2%,表明其具有优良的吸附/再生性能,有望成为优良的重金属离子吸附材料.     

MgCl2改性碳材料的制备及其CO2吸附性能

本文以对氯甲基聚苯乙烯微球为前驱体制备了多孔碳材料C_(CMPS),并利用MgCl_2对其进行表面修饰制得了在较低CO_2浓度环境中具有高效CO_2吸附性能的吸附剂MgCl_2(n)/C_(CMPS).探究了吸附时间,MgCl_2含量和气体流速对CO_2吸附性能的影响,并对CO_2吸附动力学进行了研究.研究表明,MgCl_2(n)/C_(CMPS)的CO_2吸附动力学符合Bangham模型.吸附时间为10 min,气体流速为10 mL·min~(-1)时,CO_2吸附量可达158.4 mg·g~(-1).循环10次,吸附量保持稳定.     

不同菌糠生物炭对水体中Cu2+、Cd2+的吸附性能

以菌糠废弃物为原料,采用限氧裂解法在500℃条件下制备香菇菌糠、猴头菇菌糠和平菇菌糠生物炭(LEBC、HEBC和POBC).利用SEM、XRD和FTIR等方法对吸附剂进行了表征;通过吸附动力学、等温吸附、生物炭酸化实验探究了3种菌糠生物炭去除水溶液中Cu~(2+)、Cd~(2+)的效果及机理.结果表明,在溶液初始pH 2—3时,3种菌糠生物炭对溶液中Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附量急剧增加.LEBC、HEBC、POBC对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附符合准二级动力学模型,对Cu~(2+)的吸附速率分别为10.15×10~(-3)、7.08×10~(-3)、0.69×10~(-3) mg·g~(-1)·min~(-1),对Cd~(2+)的吸附速率分别为6.53×10~(-3)、5.19×10~(-3)、0.26×10~(-3) mg·g~(-1)·min~(-1).不同浓度下LEBC、HEBC、POBC对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir模型,最大吸附量依次为56.74、11.98、77.32 mg·g~(-1);而Cd~(2+)的吸附符合Freundlich模型,最大吸附量依次为74.26、36.49、70.2 mg·g~(-1).LEBC在较短的时间内能达到较大的吸附量,可作为去除水体中Cu~(2+)、Cd~(2+)的优质吸附剂.XRD和FTIR等分析结果表明生物炭对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附机制包括物理吸附、阳离子-π作用、官能团络合及沉淀.3种生物炭经酸化处理后,对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附能力显著下降,表明生物炭中碳酸盐引起的Cu~(2+)、Cd~(2+)表面沉淀在吸附过程中起重要作用.     

咪唑类离子液体在β沸石上的吸附

采用硅铝比(SiO_2与Al_2O_3的物质的量之比)为31.66和190.73的两种β沸石分子筛,吸附氯化1,3-二甲基咪唑([DMIM]Cl)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)及氯化1-辛基-3-甲基咪唑([OMIM]Cl)等3种不同分子量大小的咪唑类离子液体,研究不同硅铝比的β沸石对分子大小不同的离子液体的吸附差异.实验结果表明,β沸石对离子液体的吸附等温线符合Freundlich吸附模式,[DMIM]Cl、[BMIM]Cl和[OMIM]Cl在β_1沸石上的吸附容量分别为0.62 mmol·g~(-1)、0.67 mmol·g~(-1)和0.73 mmol·g~(-1),在β_2沸石上的吸附容量分别为0.23 mmol·g~(-1)、0.38 mmol·g~(-1)和0.55 mmol·g~(-1).β_1沸石的吸附效果比β_2沸石要好,且随着离子液体阳离子上烷基侧链碳原子数目增加,针对同一种吸附质,β_1和β_2沸石吸附容量之间的差异逐渐减小.吸附动力学显示[DMIM]Cl、[OMIM]Cl在β沸石上的吸附符合二级动力学,β_1沸石吸附速率高于β_2沸石,且吸附平衡所需时间更短.[DMIM]Cl和[OMIM]Cl在β_1沸石上的吸附速率常数分别为0.0248 g·mg~(-1)·min~(-1)和0.0109 g·mg~(-1)·min~(-1),在β_2沸石上的吸附速率常数分别为0.0171 g·mg~(-1)·min~(-1)和0.0033 g·mg~(-1)·min~(-1).β沸石对离子液体[BMIM]Cl及[OMIM]Cl的吸附容量比目前已报道文献中的活性炭的更高,是去除水体中离子液体的一种潜在优质吸附剂.     

硼掺杂微介孔碳球对镉的吸附特性及机理

含镉(Cd~(2+))废水不仅来源广泛且毒性强,易对生态环境及人类健康造成极大危害,因此研究水中Cd~(2+)的去除具有重要意义。以蔗糖为碳源,硼酸为掺杂剂,利用水热和化学活化相结合的方法制备了硼掺杂微介孔碳球(boron-doped micro-mesoporous carbon spheres,B-MMPC),并首次研究了硼掺杂量、吸附时间、pH、吸附剂质量、初始质量浓度与温度对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,硼掺杂有利于提升碳材料对Cd~(2+)的吸附效果,B-MMPC-3吸附Cd~(2+)的最佳pH=5,12 h基本达到吸附平衡,温度升高对吸附有利。当碳投加量为40 mg,p H=5,Cd~(2+)初始质量浓度为110 mg·L~(-1),取50 mL Cd~(2+)溶液,在298 K下吸附12 h后,B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附量高达41.9 mg·g~(-1);且在相同实验条件下,温度升高到308 K和318K时,B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附量分别是42.9mg·g~(-1)和43.3mg·g~(-1)。利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积(BET)、红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)表征吸附Cd~(2+)前后B-MMPC-3的形貌结构证实,B-MMPC-3为具有微介孔结构的碳球,直径为1-6μm,样品中硼、碳和氧的质量分数分别为6.46%、90.43%和3.11%,比表面积和孔体积分别为672.3m2·g~(-1)和0.36cm3·g~(-1),表面存在着丰富的含氧和含硼官能团。而且,提出了B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附机理主要有静电吸引、孔隙吸附以及O-B-O、C=O、-OH等官能团络合。B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附取得了较好的效果,有利于促进B-MMPC-3在其他重金属废水(铅、铜、铬、砷等)或印染废水(亚甲基蓝、橙黄G、甲基紫等)领域中的应用。     

凹凸棒石和海泡石对镉离子的吸附效果

采用静态批试验方法研究了凹凸棒石和海泡石对溶液中Cd~(2+)的吸附特性,并通过考察一定离子强度下,不同初始浓度、固液比、吸附时间和pH值对吸附镉的影响。结果显示:在0.01 mol·L~(-1)NaNO_3离子强度下,高品位海泡石、凹凸棒石和低品位凹凸棒石对溶液中Cd~(2+)的吸附量与初始浓度呈正比,与固液比呈反比;根据Langmuir等温吸附方程拟合结果,在给定离子强度25℃条件下黏土矿物Cd~(2+)的理论饱和吸附量从大到小依次为高品位凹凸棒石(33.67 mg·g~(-1))、高品位海泡石(25.55 mg·g~(-1))、低品位凹凸棒石(11.52 mg·g~(-1))和低品位海泡石(5.24mg·g~(-1));Cd~(2+)在海泡石、凹凸棒石上的吸附受pH值的影响较大,在pH值为2~4时吸附效果最好;凹凸棒石对Cd~(2+)的吸附较为稳定,在3 h时基本达到吸附平衡;在离子强度为0.01 mol·L~(-1)NaNO_3、Cd~(2+)初始浓度为625 mg·L~(-1)、黏土矿物添加量为15 g·L~(-1)和pH值为2~4时,去除效果从大到小依次为高品位海泡石、高品位凹凸棒石、低品位凹凸棒石和低品位海泡石。     

绣球花状掺锶碳羟基磷灰石对Pb~(2+)的吸附

以NH_4H_2PO_4、Ca(NO_3)_2·4H_2O、Sr(NO_3)_2和尿素[CO(NH_2)_2]为原材料,通过水热法合成了一种单分散、由纳米片自组装而成的绣球花状三维(3-D)掺锶碳羟基磷灰石(Sr-CHAp),并用于吸附酸性水溶液中的铅离子(Pb~(2+)).研究了溶液p H、吸附时间、初始浓度对Sr-CHAp材料吸附Pb~(2+)的影响及在其在不同p H条件下的吸附机理.采用XRD、SEM、FI-IR和BET等技术对材料及吸附产物进行表征.结果表明,该吸附剂材料表面具有介孔结构,平均孔隙宽度是11.10 nm,具有较大的比表面积(43.54 m~2·g~(-1)),在pH3时对Pb~(2+)具有较高的饱和吸附量(985.1 mg·g~(-1));其等温线吸附数据符合Langmuir模型,动力学吸附数据符合伪二级动力学模型;在酸性溶液中其对Pb~(2+)的吸附主要表现为溶解/沉淀机理,溶液p H值的大小影响吸附后的产物,强酸性条件下有利于PbHPO_4的生成,而p H值为3—6时主要生成Pb_(10)(PO_4)_6(OH)_2.     

纳米铁去除水体中镉的反应动力学、吸附平衡和影响因素

镉(Cd)具有致癌、无生物降解性和生物累积性特点,日益严重的镉环境污染问题已引起人们广泛关注。纳米铁是一种能有效去除多种有机和无机污染物的吸附剂。采用批实验方式研究纳米铁(nZVI)吸附镉的动力学和去除效率,可为深入研究纳米铁在重金属Cd污染修复的可行性方面提供理论支撑。利用透射电镜和扫描电镜等对实验室合成的纳米铁颗粒进行了表征,结果表明,纳米铁颗粒平均BET比表面积为49.16 m~2·g~(-1),粒径为20—40 nm。探讨了多种影响因素对纳米铁颗粒吸附镉的影响,如溶液pH、反应时间、初始浓度和纳米铁投加量。同时研究了Cd2+的准一级和二级反应动力学,应用Freundlich、Langmuir和Temkin等温吸附模型进行平衡吸附研究。结果表明,纳米铁对水溶液中镉吸附是化学吸附。颗粒内扩散模型表明粒内扩散不是控制反应速率的唯一步骤。吸附动力学研究表明,nZVI吸附Cd2+过程符合准二级反应动力学模型。平衡吸附数据能够很好地符合Langmuir、Freundlich和Temkin模型(r~20.95)。通过Langmuir模型获得室温下吸附剂单层Cd吸附量为256.4 mg·g~(-1)。在pH 7和(25±1)℃条件下,纳米铁能够有效吸附镉。当nZVI颗粒投加量为1.00 g·L~(-1),Cd~(2+)初始质量浓度为74.51 mg·L~(-1)时,24 h之内,Cd2+去除率达到98.62%。纳米铁可作为一种用于水体镉去除的非常有应用前景的材料。     

老化玉米秸秆生物炭对碱性农田土壤氨氧化作用的影响

为探明老化(自然老化、高温老化、冻融循环老化)玉米秸秆生物炭对黄土高原碱性农田土壤氨氧化作用的影响,以玉米秸秆粉末和新鲜玉米秸秆生物炭为对照,在分析不同材料基本特性的基础上,将其按2%(质量比)与土壤充分混匀,开展为期85 d的室内静态土壤培养实验,研究土壤氨氧化速率、氨氧化细菌数量、无机氮含量和p H的动态变化。结果表明,将玉米秸秆400℃热解制成生物炭后,其p H增大4;与新鲜玉米秸秆生物炭相比,老化作用(自然老化、高温老化和冻融循环老化)使生物炭的p H分别降低0.30、0.50和0.99,表面羧基数量分别增加0.031、0.236和0.376 mmol·g~(-1),比表面积分别增大3.43、2.19和0.99 m~2·g~(-1)。室内培养实验表明,碱性农田土壤的氨氧化作用主要源自微生物氧化。土壤培养1周以后(稳定期),同一采样时间点,与玉米秸秆粉末和新鲜玉米秸秆生物炭相比,自然老化、高温老化和冻融循环老化玉米秸秆生物炭均提高了土壤的氨氧化速率(分别介于95.4~138.1、112.6~152.0和137.8~167.8 nmol·g~(-1)·h~(-1))和氨氧化细菌数量(分别介于3.16×10~5~6.65×10~5、3.55×10~5~7.06×10~5和3.35×10~5~8.01×10~5 g~(-1)),促进程度表现为冻融循环老化生物炭高温老化生物炭自然老化生物炭。在整个培养过程中,各处理土壤NH_4~+-N含量随培养时间延长呈降低趋势,NO_3~--N和NO_2~--N含量呈增加趋势。该研究有助于加深理解老化玉米秸秆生物炭还田对碱性农田土壤氨氧化作用的影响,对土壤氮肥生物有效性的提高有指导意义,可为生物炭在黄土高原地区的农业工程应用提供理论借鉴。     

镁改性芦苇生物炭对水环境中磷酸盐的吸附特性

为了实现湿地水生植物资源化利用,加强对水环境中磷污染的控制,以中国东北地区湿地典型水生植物芦苇(Phragmitesaustralis)为生物质材料,在700℃条件下制备成生物炭,用六水合氯化镁作为改性剂对生物炭进行改性,通过SEM和能谱分析对芦苇生物炭改性前后进行表征,发现未改性的芦苇生物炭的电镜呈明显的孔隙结构,孔壁薄,孔隙排列有序,Mg元素含量仅为0.17%;而镁改性芦苇生物炭的孔隙负载了一些针状结构,且Mg元素的含量达到5.04%。说明镁离子成功负载在生物炭的表面。通过SEM、EDS、FTIR、XRD等技术对镁改性芦苇生物炭吸附磷酸盐前后进行表征,发现磷酸盐主要以Mg HPO_4和Mg_3(PO_4)_2的形态吸附在镁改性生物炭上。吸附动力学实验结果表明,镁改性生物炭对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附机理是由物理吸附和化学吸附共同作用的。通过颗粒内扩散模型的分析发现吸附速率由表面吸附、液膜扩散和颗粒内扩散等共同决定。镁改性生物炭对磷酸盐的吸附热力学可以用Langmuir方程描述(R~2=0.938 6),表明该吸附行为主要是单分子层吸附。共存离子实验表明,HCO_3~-和CO_3~(2-)能明显抑制镁改性生物炭对磷酸盐的吸附。经过3次解吸,镁改性生物炭吸附后的磷可全部释放。当温度为308 K,改性剂浓度为2 mol·L~(-1),改性生物炭投加量为2.0 g·L~(-1),p H为7.0时,吸附效果最佳,吸附量可达到2.37 mg·g~(-1)。     

4种温度条件下制备的稻草炭对环丙氨嗪的吸附特征

在200、400、600和800℃条件下利用稻草厌氧热解制备稻草生物质炭,测定稻草炭的矿物结构、表面性质和元素组成,研究稻草炭对废水中环丙氨嗪的吸附特征,为环丙氨嗪废水处理和农作物秸秆的资源化利用提供参考.结果表明,稻草炭含有石英、方解石和氯化钾晶体等矿物成分,主要元素为C、O、Si.傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和比表面积测定结果表明,稻草炭具有明显的多孔结构和丰富的含氧有机官能团,高温制备(≥600℃)的稻草炭比表面积较大.随着烧制温度的增加,稻草炭对环丙氨嗪的吸附量明显增加.Langmuir方程拟合得到200、400、600和800℃条件下制备的稻草炭对环丙氨嗪的最大吸附量分别为4 200、6 365、144 865和167 084 mg· kg-1,接近于商品活性炭的最大吸附量(177 305 mg·kg-1),600和800℃条件下制备的稻草炭对环丙氨嗪的最大吸附量分别是等量稻草秸秆的16.8和20.1倍.稻草炭对环丙氨嗪的吸附过程符合一级动力学方程,环丙氨嗪初始质量浓度为100和200 mg·L-1时,高温制备的稻草炭达到吸附平衡的时间分别为5和8h左右.环丙氨嗪初始质量浓度为500 mg·L-1时,pH值为5～ 10范围内,支持电解质为1～100 mmol·L-1 NaNO3条件下,环丙氨嗪在600和800℃制备的稻草炭上的吸附没有受到pH值和离子强度的明显影响.