不同原料生物炭的理化特性及其作炭基肥缓释载体的潜力评价

生物炭作炭基肥缓释载体的能力与其理化性质密切相关,因此在制备炭基肥前有必要对不同原料和热解温度制备的生物炭的理化性质进行评价.以苹果枝条、棉秆和杜仲枝条为原料,通过生物质干馏设备在400、 500、 600和700℃热解温度下制备生物炭,并对生物炭的pH、比表面积及孔隙结构、表面官能团和矿物组成等理化性质进行表征和灰色关联度分析,结合生产成本评价生物炭用于炭基肥缓释载体的潜力.结果表明,3种原料制备的生物炭的产率均随热解温度的升高而降低,其中400℃制备的苹果枝条生物炭的产率最高（37.4%）.所有生物炭的pH值均>10,表现出强碱性.在400～500℃热解温度范围内,苹果枝条、棉秆和杜仲枝条生物炭的比表面积和总孔容随温度的升高增大,最大比表面积分别为265.262 7、 107.449 1和316.185 4 m²·g^-1;当热解温度>500℃时,比表面积和总孔容减小.FTIR和XRD图谱分析表明,所有生物炭具有丰富的芳香结构,其中苹果枝条和棉秆生物炭含有较多的矿物组分,杜仲枝条生物炭为非晶生物炭.灰色关联分析表明当热解温度为5...     

农业废弃物基生物炭对水溶液中镉的吸附效果与机制

以畜禽粪便（牛粪、鸡粪、猪粪）为原料分别在300℃和700℃下制备生物炭,以作物秸秆（小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆）为原料分别在300℃和500℃下制备生物炭,利用比表面积和孔径分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪和CHN分析仪等对农业废弃物基生物炭的理化性质、表面结构和元素组成进行表征,研究生物炭理化性质差异和其对镉吸附效果和机制.结果表明,不同农业废弃物基生物炭对Cd²⁺的等温吸附符合Langmiur方程,拟合结果发现随着热解温度的升高,牛粪、鸡粪和猪粪基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量分别从83.40、19.65和96.74 mg·g^-1增加至106.54、 268.89和164.53 mg·g^-1;而不同热解温度下制备的秸秆基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量差异不显著.农业废弃物基生物炭呈碱性,除牛粪生物炭外,灰分含量随热解温度上升而增加.随着热解温度的上升,生物炭孔隙结构变丰富,含氧官能团增加,出现芳香结构.通过定量分析,发现生物炭Cd²⁺总...     

生物炭的制备及其性能研究

以生物质(小麦秸秆、稻壳和木屑)为原料,KOH为浸渍剂,采用控制热分解的方法制备生物炭,并利用差热/热重分析、Boehm滴定、红外光谱、X射线衍射、碘吸附及亚甲基蓝吸附等方法对原料和生物炭的结构及性质进行了表征。实验结果表明:木屑在热解过程中质量损失最大,其次是稻壳和小麦秸秆;不同原料在相同炭化温度下制得的生物炭所含表面含氧官能团种类和总量相近,均含有烷基、芳香基及一些含氧官能团,但pH值和吸附能力差别较大,其中小麦秸秆制备的生物炭pH值最大,木屑制备的生物炭吸附能力最强;随着炭化温度的升高,生物炭表面含氧官能团总量减少,pH值升高,芳构化程度增加;生物炭吸附性能总体呈上升的趋势。     

生物炭的制备及其在强化电子传递和催化性能等方面的研究进展

生物炭作为一种重要的碳质固体材料,其来源广、成本低、性质优良,在土壤改良和环境治理等领域得到广泛应用.该文主要分析总结了不同原料和制备条件对生物炭性质的影响以及生物炭在电子传递与催化等方面的重要作用.结果表明:生物炭的性质、产率等与制备原料和热解参数（热解温度、反应停留时间和加热速率等）等密切相关;相比快速热解,高温慢速热解更有利于生物炭产率和性能的提升;通过化学或物理方法对生物炭修饰改性可定向改变生物炭的比表面积、催化性能或吸附能力;生物炭中大量的表面含氧官能团、持久性自由基使其具备独特的氧化还原特性（如电子传递、催化氧化等）,广泛应用于能源回收以及污染物降解去除等环境领域.该文从生物炭性能的优化提升、环境应用效能的影响因素和关键作用机制,以及生物炭的回收和再生利用等经济效益方面进行了总结和展望,为后续生物炭在环境领域的进一步应用提供了思路,具有重要的科研价值和现实意义.      

胺硫改性生物炭对水溶液中不同重金属离子的吸附特性及吸附稳定性

以玉米秸秆为原料热裂解制备生物炭,利用二乙烯三胺和二硫化碳,通过酸化氧化,曼妮希反应胺基改性、二硫化碳巯基取代对生物炭进行胺硫双基团改性,研究胺硫改性生物炭(BC-SN)对Pb2+、Ni2+及Cd2+在单一和三元体系下的吸附特性和吸附稳定性.表征分析证实了生物炭表面胺硫双基团改性成功,且具有比表面积大、表面官能团丰富的...     

生物炭结构性质对氨氮的吸附特性影响

氨抑制现象在富含有机氮底物的沼气工程中普遍存在,采用生物炭吸附法可固定发酵液中氨氮.为探究生物炭理化结构与氨氮吸附特性之间的相关关系,在不同热解温度(350、450和550℃)下制备以玉米秸秆、稻壳为原料的生物炭,通过元素分析、FTIR和BET等分析生物炭结构及其理化性质,并结合批式吸附实验,研究不同理化性质生物炭对氨氮的吸附特性影响.结果表明随着热解温度的升高,生物炭中碳及灰分含量增多; 450℃制备的玉米秸秆生物炭(CS450)与550℃制备的稻壳生物炭(RH550)对氨氮的吸附分别遵循准二级和准一级动力学模型.Freundlich吸附模型能更好地描述CS450和RH550生物炭对氨氮的等温吸附过程;玉米秸秆炭吸附量与其表面官能团间具有显著相关性;而与稻壳炭的吸附量相关性最显著的为生物炭的比表面积,其次是表面官能团,最后是灰分.其中,RH550吸附性能最好,最大吸附量为12. 16 mg·g~(-1).     

玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能

为探明玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能,研究了其对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N的吸附动力学过程;并用等温吸附模型对NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程进行拟合,探讨制得生物炭对无机氮的吸附机理.结果表明,400℃和600℃制得玉米秸秆和玉米芯生物炭均呈碱性,表现为400℃ < 600℃;同种原材料,与400℃制得生物炭相比,600℃制得生物炭碱性含氧官能团数量较多,而酸性含氧官能团数量较少.400℃制得生物炭对NH₄⁺-N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭的平衡吸附量分别为4.22和4.09mg/g);而600℃制得生物炭对NO₃^--N和NO₂^--N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO₃^--N的平衡吸附量分别为0.73和0.63mg/g;对NO₂^--N的平衡吸附量分别为0.55和0.35mg/g).与NO₃^--N和NO₂^--N相比,玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH₄⁺-N的吸附能力更强,4种生物炭对NH₄⁺-N的平衡吸附量是NO₃^--N/NO₂^--N的4.29~20.2倍.等温吸附模型拟合研究表明,玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程均可用Freundlich模型描述,其在生物炭表面的吸附是多分子层吸附.     

陈化处理对棉花秸秆生物炭理化性质的影响

为探讨陈化处理对秸秆生物炭理化性质的影响,采用冻融和干湿方法分别对不同热解温度(350、500和650℃)下制备的棉花秸秆生物炭进行陈化处理,对比分析新鲜和陈化生物炭的理化性质.结果表明,热解温度、环境温度、湿度和陈化时间是影响生物炭理化性质的主要因素.陈化处理可以加速生物炭表面发生氧化反应,增加生物炭表面的酸性官能团,进而降低生物炭的pH值.生物炭经过陈化处理后,其C含量减少,O含量增加,这也归因于生物炭的氧化反应.陈化处理可以增加生物炭的比表面积和微孔体积,且新鲜和陈化生物炭的孔隙结构主要以介孔为主.陈化处理还可以破坏生物炭表面较完整的形状,降低生物炭的稳定性.     

热解条件对生物炭性质和氮、磷吸附性能的影响

以橡木为原料,在不同的热解终温、升温速率和恒温时间下制备生物炭.对生物炭产率、p H、元素组分、工业组分、比表面积、红外光谱等理化特征进行分析,并考察生物炭对水溶液体系中NO-3-N、NH+4-N、PO3-4-P的吸附性能.结果表明:生物炭的产率受热解终温影响最大(极差:54.57%),恒温时间次之(极差:1.16%),升温速率最小(极差:0.42%).随热解终温、升温速率和恒温时间的增加,所得生物炭的p H和C含量增加,而H和O含量降低.热解终温对生物炭表面官能团影响较大,升温速率和恒温时间基本无影响.生物炭对氮、磷的吸附性能主要受热解终温影响.NO-3-N的吸附量最大可达2.80 mg·g-1(600℃),且随热解终温的升高呈指数增加.比表面积、表面碱性官能团和表面金属氧化物与NO-3-N吸附有关.随热解终温的增加,NH+4-N吸附量降低,最大吸附量为3.12 mg·g-1(300℃).阳离子交换量(CEC)是影响NH+4-N吸附的主要因素.PO3-4-P吸附量随热解终温的增加呈先增后减的趋势(在500℃达到最大,为9.75 mg·g-1),且吸附过程主要受生物炭表面碱性官能团和表面金属氧化物的影响.     

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

农作物残体制备的生物质炭对水中亚甲基蓝的吸附作用

将稻草、稻壳、大豆秸秆和花生秸秆低温热解制备生物质炭,用平衡吸附实验和淋溶实验研究了制备的生物质炭对阳离子染料亚甲基蓝的吸附及对水体中亚甲基蓝的去除效果.结果表明,生物质炭对亚甲基蓝有很高的吸附能力,但不同生物质炭之间存在较大差异,4种生物质炭吸附亚甲基蓝能力的大小顺序为:稻草炭>大豆秸秆炭>花生秸秆炭>稻壳炭,这一顺序与生物质炭表面负电荷数量和生物质炭比表面的大小顺序基本一致.但亚甲基蓝在生物质炭表面主要发生专性吸附,因为亚甲基蓝的吸附量随介质离子强度的增加而增加,而且亚甲基蓝吸附使生物质炭颗粒的Zeta电位向正值方向位移.Langmuir方程对吸附等温线的拟合效果较好,可以用Langmuir方程描述生物质炭对亚甲基蓝的吸附.由Langmuir方程预测的亚甲基蓝在稻草炭、大豆秸秆炭、花生秸秆炭和稻壳炭表面的最大吸附量分别为196.1、169.5、129.9和89.3 mmol.kg-1.淋溶实验表明,156 g稻壳炭可以将30 L水中亚甲基蓝浓度为0.3 mmol.L-1的染料几乎全部除去,累积吸附量达57.7 mmol.kg-1.生物质炭可以用作高效吸附剂去除染料废水中的亚甲基蓝.     

Adsorption of Cr(Ⅲ) from acidic solutions by crop straw derived biochars

Cr（Ⅲ） adsorption by biochars generated from peanut, soybean, canola and rice straws is investigated with batch methods. Adsorption of Cr（Ⅲ） increased as pH rose from 2.5 to 5.0. Adsorption of Cr（Ⅲ） led to peak position shifts in the FFIR-PAS spectra of the biochars and made zeta potential values less negative, suggesting the formation of surface complexes between Cr^3＋ and functional groups on the biochars. The adsorption capacity of Cr（Ⅲ） followed the order： peanut straw char 〉 soybean straw char 〉 canola straw char 〉 rice straw char, which was consistent with the content of acidic functional groups on the biochars. The increase in Cr^3＋ hydrolysis as the pH rose was one of the main reasons for the increased adsorption of Cr（Ⅲ） by the biochars at higher pH values. Cr（llI） can be adsorbed by the biochars through electrostatic attraction between negative surfaces and Cr^3＋, but the relative contribution of electrostatic adsorption was less than 5%. Therefore, Cr（Ⅲ） was mainly adsorbed by the biochars through specific adsorption. The Langumir and Freundlich equations fitted the adsorption isotherms well and can therefore be used to describe the adsorption behavior of Cr（Ⅲ） by the crop straw biochars. The crop straw biochars have great adsorption capacities for Cr（Ⅲ） under acidic conditions and can be used as adsorbents to remove Cr（Ⅲ） from acidic wastewaters.     

Removal of Cu(II) from acidic electroplating effluent by biochars generated from crop straws

The removal efficiency of copper(Cu(Ⅱ)) from an actual acidic electroplating effluent by biochars generated from canola,rice,soybean and peanut straws was investigated.The biochars simultaneously removed Cu(Ⅱ) from the effluent,mainly through the mechanisms of adsorption and precipitation,and neutralized its acidity.The removal efficiency of Cu(Ⅱ) by the biochars followed the order:peanut straw char > soybean straw char > canola straw char > rice straw char a commercial activated carbonaceous material,which is consistent with the alkalinity of the biochars.The pH of the effluent was a key factor determining the removal efficiency of Cu(Ⅱ) by biochars.Raising the initial pH of the effluent enhanced the removal of Cu(Ⅱ) from it.The optimum pyrolysis temperature was 400°C for producing biochar from crop straws for acidic wastewater treatment,and the optimum reaction time was 8 hr.     

生物炭对水中五氯酚的吸附性能研究

利用小麦秸秆和花生壳在300,400,600℃条件下制备生物炭,运用元素分析仪、扫描电镜和比表面积仪对生物炭的理化性质进行表征,同时探讨其对水中五氯酚(PCP)的吸附特性.结果表明,随炭化温度升高,生物炭芳香性增加,极性降低.花生壳生物炭对水中PCP的吸附效果优于小麦秸秆生物炭,3种温度制备的生物炭对PCP吸附量表现为400℃>600℃>300℃.随着生物炭添加量增大,水中PCP去除能力由81.79%提高至89.02%,生物炭的吸附量由30.32减小至5.54mg/g.生物炭对PCP的吸附动力学更符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Freundlich方程.吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中PCP的吸附.     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

植物根际分泌有机酸对生物炭吸附Pb (Ⅱ)的影响

本研究采用室内模拟实验的方法,考察了生物炭（热解温度200,300,400,500℃）对Pb（Ⅱ）的吸附行为,并以草酸和柠檬酸为代表,探讨有机酸对生物炭吸附Pb（Ⅱ）的影响.结果表明：Langmuir模型较Freundlich模型更适合于对两类生物炭（花生壳生物炭、松木生物炭）吸附Pb（Ⅱ）的数据进行拟合,200℃制备的花生壳生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附容量最大;生物炭吸附Pb（Ⅱ）的过程为自发过程,且花生壳生物炭强于松木生物炭,低温生物炭强于高温生物炭;柠檬酸浓度为2.60×10^-2mmol/L及草酸浓度为7.65×10^-2mmol/L以下时,其在生物炭表面的吸附为Pb（Ⅱ）提供了更多的吸附位点,从而促进了Pb（Ⅱ）吸附;有机酸浓度增大以后,占据生物炭的内部孔隙,竞争重金属吸附位点,从而抑制了Pb（Ⅱ）在生物炭上的吸附.本研究将为系统认识生物炭的环境效应提供重要的基础信息,有助于全面评估有机酸影响下生物炭在环境修复中的功能.     

民用燃料燃烧碳质组分及VOCs排放特征

选取北京市地区典型生物质燃料（玉米芯、玉米秆、黄豆秆、草梗、松木、栗树枝、桃树枝）以及民用煤（烟煤、蜂窝煤）在实验室内进行了模拟燃烧实验,对燃烧产生的颗粒物及气体样品进行采集,采用Model 2001A热/光碳分析仪对不同粒径段颗粒物中的有机碳、元素碳进行测定,采用AgilentGC-MS 5977/7890B气质联用仪对燃烧烟气中的挥发性有机物进行分析.研究表明：除蜂窝煤OC、EC的排放因子在2.5~10μm粒径范围内达到最大,其他8种固体燃料燃烧产生的OC、EC的排放因子最大值均在0~2.5μm粒径范围内.薪柴（栗树枝、桃树枝、松木）、秸秆（玉米芯、玉米秆、黄豆秆、草梗）和民用煤（蜂窝煤、烟煤）3类物质燃烧排放VOCs的物种分类差异较大.薪柴和民用煤燃烧排放的卤代烃以及含氧有机物的质量分数明显高于秸秆的质量分数;在同一类别中VOCs物质分布趋势一致.3种薪柴平均总VOCs的排放系数为2.02g/kg,4种秸秆平均总VOCs的排放系数为6.89g/kg,2种民用煤平均总VOCs的排放系数为2.03g/kg,秸秆类的排放因子最大.玉米芯、玉米秆、黄豆秆和草梗的臭氧生成潜势较高,而栗树枝、桃树枝、松木、烟煤以及蜂窝煤的臭氧生成潜势较低,且分布类似.烯烃类、烷烃类、芳香烃类是固体燃料燃烧臭氧生成潜势贡献较大的VOCs物质.     

含生物质炭城市污泥堆肥中溶解性有机质的光谱特征

以外源添加生物质炭的城市污泥堆肥过程中溶解性有机质(DOM)为研究对象,讨论了其紫外-可见和荧光光谱特征变化.结果表明:与对照组相比,外源添加生物质炭的处理其堆肥DOM的芳香性和腐殖化程度更高,有利于提高堆肥的腐熟度,且外源添加花生壳炭的处理较添加小麦秸秆炭的处理更有利于堆肥腐熟度的提高.外源添加花生壳炭的处理在堆肥21d后,其堆肥腐熟度可能达到峰值,而外源添加小麦秸秆炭的处理其堆肥腐熟度则随着堆肥时间的进行而增加.对照组和处理组堆肥DOM的FI>0.7,BIX>0.8,表明其来源为自生源,可能与微生物对有机物的降解有关.因此,通过对城市污泥堆肥过程中DOM的光谱特征分析,能较好地评估城市污泥堆肥腐熟度的情况.     

薪柴和经济作物秸秆燃烧VOCs排放特征

薪柴及经济作物秸秆在中国农村地区仍普遍使用,其燃烧是挥发性有机物(VOCs)的重要排放源,当前对其排放特征研究仍比较薄弱.本研究选取了3种薪柴(白杨树、杉木和柑橘枝)和6种经济作物秸秆(黄豆秆、芝麻秆、玉米棒、棉花秆、花生秆和玉米秆),通过实验室模拟燃烧和稀释通道采样系统,采用Tedlar袋和Agilent 7820A/5977E气相色谱/质谱联用法采集和分析了烟气中102种VOCs组分组成,并对不同类型生物质燃烧排放VOCs的臭氧生成潜势进行分析.结果表明,不同类型的生物质燃烧排放的VOCs组分存在差异,乙烷(11.1%)、反-2-戊烯(15.4%)、乙烯(8.3%)和二氯甲烷(11.9%)是白杨树和杉木燃烧排放的主要VOCs组分;甲苯(49.8%)是柑橘枝燃烧排放的VOCs含量最丰富的物种;乙烯(11.8%～17.5%)和丙酮(9.2%～14.7%)是秸秆类燃料燃烧的主要VOCs组分.玉米秆、花生秆和柑橘枝具有相似的VOCs源成分谱,分歧系数小于0.1.本研究及已有报道中的生物质燃烧排放苯/甲苯比值范围是0.030～6.48,在开展源解析研究中,采用苯/甲苯比值大于1认定为受到生物质燃烧排放影响值得商榷.烯烃、含氧VOCs和芳香烃对生物质燃烧排放VOCs的臭氧生成潜势的贡献分别为30.6%～80.3%、 6.5%～21.0%和3.8%～56.5%,对臭氧生成潜势贡献比例超过10.0%的组分为乙烯、丙烯、反-2-戊烯、顺-2-戊烯、甲苯和丙醛.