生物炭对氮磷物质的吸附作用机制研究

为探究生物炭对氮磷物质吸附作用机制,该文通过研究生物炭对氮磷纯溶液pH和可溶性物质(TDS)的影响规律,分析生物炭对氮磷吸附效果及作用机制。结果表明:添加生物炭的氮溶液pH和TDS高于未添加生物炭,生物炭对氮磷溶液pH和TDS的影响受溶液浓度和炭添加量共同影响。杨木炭对正磷酸盐去除率随溶液浓度增大而增大,生物炭对铵态氮去除率随炭添加量的增加而增大,较高的溶液浓度和生物炭量不利于生物炭对硝态氮的吸附。生物炭对氮磷吸附受溶液特性、炭特性、溶液浓度和炭添加量等多种因素影响,竹炭可用于对可溶性氮的吸附去除,杨木炭可用于对可溶性氮和正磷酸盐的吸附去除。     

生物炭对黄绵土水分入渗和持水性能的影响

基于室内一维土柱入渗试验,定容重条件下研究了生物炭粒径(1—2 mm和≤0.25 mm)和添加量(10 g?kg~(-1)、50 g?kg~(-1)、100 g?kg~9-1)和150 g?kg~-1))对扰动黄绵土的水分入渗过程及持水能力的影响。结果表明:生物炭明显降低了黄绵土的入渗能力,黄绵土的湿润锋深度与累积入渗量随着生物炭添加量的增加而降低,且小粒径生物炭对黄绵土入渗能力的降低作用强于大粒径;生物炭明显增加了黄绵土的持水能力,且随添加量增大而增大,小粒径生物炭的促进作用优于大粒径;添加生物炭后黄绵土湿润锋深度与时间关系可用幂函数描述;Kostiakov、Philip、Horton入渗模型均能较好模拟生物炭添加后黄绵土累积入渗量随时间变化,其中,Kostiakov模型拟合精度更高;van Genuchten公式可以用来描述添加生物炭后黄绵土持水特征。该研究结果为添加生物炭后的黄绵土适宜性评价提供了土壤水分方面的参考依据。     

KOH改性生物炭对硝基苯的吸附作用研究

硝基苯是水中广泛存在的污染物,生物炭是一种很有前途的去除有机污染物的材料,但其吸附能力较低。改性可以用于改善其吸附性能,但关于改性生物炭吸附硝基苯的研究较少。为了研究改性生物炭对硝基苯吸附的影响,文章制备了不同温度下的小麦秸秆生物炭,通过KOH改性处理,分析了改性对生物炭结构和形貌的影响,研究了KOH改性对生物炭吸附硝基苯的影响,采用等温吸附模型、吸附-分配双模型等方法,探讨了改性对生物炭吸附硝基苯作用机制的影响。结果表明,改性提高了500℃和700℃生物炭的比表面积和微孔面积,降低了介孔面积。改性降低了300℃生物炭的芳香性,提高了500℃和700℃生物炭的芳香性。生物炭对硝基苯的等温吸附拟合Freundlich好于Langmuir模型,改性降低了300℃生物炭的吸附性能,提高了500℃和700℃生物炭的吸附性能,其中BC-700-KOH吸附性能最好。吸附-分配模型拟合结果表明,300℃生物炭以分配为主,改性抑制了生物炭的表面吸附能力。500℃和700℃生物炭以表面吸附为主,改性提高了生物炭的表面吸附能力。改性通过提高500℃和700℃生物炭的芳香化程度,增加比表面积和微孔面积,增强...     

秸秆生物炭对有机染料的吸附作用及机制

研究了裂解温度分别为500℃和700℃的两种水稻秸秆生物炭(分别标记为W500、W700)对有机染料日落黄和亚甲基蓝的吸附作用及机制.同时,针对实际印染废水的特点,考察了反应温度、p H和硫酸盐对吸附去除效率的影响.结果显示,生物炭对两种染料的吸附均符合准二级动力学方程,等温吸附曲线均可用Freundlich模型较好地描述,但其对两种染料的吸附机制显著不同.生物炭对阳离子染料亚甲基蓝的吸附主要通过离子交换作用,随着生物炭裂解温度升高,其极性基团减少,离子交换作用减弱.生物炭对阴离子染料日落黄的吸附则主要通过生物炭芳香结构与日落黄分子芳环之间的π-π相互作用,随裂解温度升高,生物炭芳香化程度增大,π-π作用随之增大;生物炭对两种染料的吸附去除效率均随反应温度的升高(5~45℃)而增大,且在3p H11、硫酸盐浓度25~2500 mg·L~(-1)的变化范围内,吸附去除效率均保持稳定.     

不同热解温度制备的玉米芯生物炭对对硝基苯酚的吸附作用

以玉米芯为原料,采用限氧热解法制备了不同温度(200~600℃)的玉米芯生物炭,研究玉米芯生物炭对水中对硝基苯酚(PNP)的吸附行为,并对其吸附机制进行了探讨.结果表明,热解温度对生物炭的物理化学性质影响较大,随着热解温度的升高,含氢、氧官能团逐渐消失,生物炭的极性降低,芳香性增强.等温吸附曲线可以被Freundlich模型很好地描述,生物炭的性质对其吸附PNP有着重要影响,Freundlich模型回归参数(n和KF)与玉米芯生物炭的芳香性、亲水性和极性指数[H/C、O/C、(O+N)/C]呈良好的线性关系.定量描述了表面吸附和分配作用的相对贡献,PNP在低温(200℃)制备生物炭上的吸附主要为分配作用,而高温(300~600℃)制备的生物炭对PNP的吸附为π—π电子受体-供体作用和孔填充效应为主的表面吸附机制.     

添加生物炭对西北黄土吸附克百威的影响

研究了不同温度下制得的生物炭对西北黄土吸附农药克百威的影响,并对溶液p H值和初始浓度对吸附的影响进行了探讨.结果表明,克百威在添加生物炭黄土上的动力学吸附过程较好地符合准二级吸附动力学模型;热力学吸附较好地符合Freundlich等温吸附模型;随着系统温度的升高,添加生物炭的黄土对克百威的吸附量增大,且其对克百威的吸附自由能变(ΔGθ)小于0,吸附焓变(ΔHθ)及吸附熵变(ΔSθ)均大于0,表明吸附是一个自发吸热且体系混乱程度增大的等温吸附过程.溶液p H值和克百威的初始浓度对添加生物炭的土样吸附影响较明显.当p H值为4~7时,添加生物炭的土样饱和吸附量随p H升高呈缓慢降低,当p H值大于7时,吸附容量随p H升高呈明显降低趋势.克百威初始浓度从20 mg·L-1增至50 mg·L-1的过程中,吸附量快速上升,初始浓度大于50 mg·L-1时,吸附量随初始浓度的升高而缓慢增加并逐渐趋于平衡.     

改性花生壳生物炭对磷酸盐的吸附特性

该文以花生壳为原料热解得到花生壳生物炭,并用铁盐对其进行改性,得到改性花生壳生物炭。利用改性花生壳生物炭吸附磷酸盐,研究了吸附动力学和吸附等温线曲线,同时探究了pH对吸附除磷效果的影响。并利用吸附有磷酸盐的改性生物炭作为小麦种子生长的基质。结果表明,改性花生壳生物炭对磷的最大吸附量为1.11 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学拟合方程,吸附曲线符合Langmuir吸附模型,主要为单层吸附过程,吸附过程的最适pH为4～10。同时,吸附有磷酸盐的改性花生壳生物炭能提高小麦种子的发芽率,并且能促进早期幼苗的生长。该改性生物炭可以有效吸附磷酸盐,缓解水体的富营养化,还能作为缓释肥料,实现环境治理与资源化利用。     

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).     

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。     

生物炭对三氯生的吸附热动力学研究

以玉米秸秆、皇竹草和花生壳为原料制备成玉米秸秆生物炭(BCcs)、皇竹草生物炭(BCn)、花生壳生物炭(BCps),采用CEC、等电点滴定,表面官能团分析,元素分析、FT-IR、扫描电镜等方法对3种生物炭进行表征,采用单因素静态吸附实验方法考察了生物炭吸附三氯生的主要影响因素.结果表明:CEC和表面官能团数量排序为BCcsBCnBCps,BCcs极性和亲水性更强,孔结构发育更加完善,其次是BCn,BCps的极性和亲水性最弱,孔隙极少.3种生物炭对三氯生的吸附去除率均随着三氯生初始浓度的升高而升高,随着温度的升高而降低,酸性更有利于吸附实验的进行.低离子强度有利于BCcs和BCn吸附三氯生,BCps则相反.在10、25、40℃3种温度下,3种生物炭对三氯生的吸附均更符合准二级反应动力学,Freundilich等温方程和Langmuir等温方程都能描述这3种生物炭对三氯生的吸附行为,吸附反应属于自发、放热反应.吸附机制主要为物理吸附,生物炭与三氯生之间无化学键、配位基交换等强作用力.     

两性修饰磁化炭对紫色土吸附菲的增强作用

为了验证两性修饰磁化炭材料对紫色土吸附菲的增强作用,采用共沉淀负载Fe_3O_4法和湿法有机负载分别制备了磁化炭(MC)和不同十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰比例的两性修饰磁化炭(BS+MC),将其以1%的质量比加入到紫色土(PS)中,分别形成PS_(MC)和PS_(BS+MC)混合样品,批处理法研究各混合样品对菲的等温吸附和热力学特征,并对比了不同温度、离子强度和pH值对菲吸附的影响。结果表明:(1) MC和BS-MC材料的添加均增强了PS对菲的吸附能力,菲吸附量呈现PS_(200BS+MC)> PS_(150BS+MC)> PS_(100BS+MC)> PS_C> PS_(MC)> PS_(50BS+MC)> PS_(25BS+MC)> PS的趋势,PS_(BS+MC)对菲的吸附量随着添加材料上BS-12修饰比例的增加而增加。(2)菲在各供试土样上的吸附均表现为增温负效应(物理吸附),溶液pH值变化仅对PS_(150BS+MC)和PS_(200BS+MC)吸附菲有显著影响。离子强度增大不利于各供试土样对菲的吸附。(3) Henry模型适用于描述菲在供试土样上的等温吸附,且该过程呈现自发的、焓减和熵增的特征。从PS_C到PS_(MC)再到PS_(BS+MC),吸附过程呈现自发性、放热量和混乱度均增大的特征。     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

羧酸类药用活性化合物在生物碳质上的吸附特性

为研究生物碳质吸附在处理水土环境中羧酸类PhACs（药用活性化合物）的作用,通过比表面积、红外光谱、元素分析及电镜扫描对商业水稻秸秆生物碳质的结构与性质进行了讨论,同时研究了生物碳质对不同初始pH及不同初始质量浓度的五种羧酸类PhACs[KTP（酮洛芬）、IBP（布洛芬）、NPX（萘普生）、ASP（阿司匹林）、SYA（水杨酸）]吸附特征的影响.结果表明:吸附过程包括前期快速吸附和后期缓慢吸附至平衡两个阶段;在第一阶段,外表面吸附与大孔及中孔扩散是控制吸附的机制,在第二阶段,生物碳质内表面吸附及基质在微孔中的扩散是影响吸附的主要机制.初始pH为6.0~7.0时,等温吸附数据符合Freundlich吸附等温方程,反映了非均匀性表面的吸附特性.五种羧酸类PhACs在生物碳质上的吸附能力[通过K_d,0.01（特定液相浓度下的单点分配系数）表达]表现为NPX（24.30 g/L）> IBP（15.82 g/L）> KTP（10.44 g/L）> SYA（2.64 g/L）> ASP（1.24 g/L）.溶液初始pH变化对所选PhACs的吸附量有显著影响,初始溶液pH处于pKa±1.0范围内时,所选吸附质的吸附量达到最大值,随着初始pH的升高,所选PhACs主要以阴离子形式存在,同时生物碳质表面负电性增加,增强的静电斥力减弱了氢键作用.研究显示,氢键作用在生物碳质吸附PhACs过程中起到主要促进作用,除此之外,还受到范德华力及π-π电子供受体等多种作用驱动.      

芦苇秸秆生物炭对水中菲和1,1-二氯乙烯的吸附特性

在500℃热解温度下自制芦苇秸秆生物炭吸附剂,研究生物炭对水中两种典型有机污染物菲(PHE)和1,1-二氯乙烯(1,1-DCE)的吸附特性,探讨其吸附机制,并考察溶液p H和生物炭投加量对吸附效果的影响.结果表明,生物炭对PHE和1,1-DCE的吸附分别在60 min和480 min时达到平衡,最大去除率分别为81.87%和90.18%,两者的吸附动力学规律均符合准二级动力学方程,其中PHE的二级动力学吸附速率大于1,1-DCE,两者的吸附过程均由膜扩散和颗粒内扩散共同控制,且后者是主要限速步骤;两种有机污染物的等温吸附曲线均可用Freundlich方程描述,且生物炭对1,1-DCE的吸附亲和力强于PHE;PHE和1,1-DCE在生物炭上的吸附机制包括表面吸附作用和分配作用,且以表面吸附作用为主,其中1,1-DCE的表面吸附作用大于PHE,而其分配作用小于PHE,说明污染物性质中分子体积和相对极性是影响总体吸附的主要因素;红外图谱显示,含氧、含氢官能团及π—π相互作用对生物炭吸附两种有机污染物有重要贡献;溶液p H对生物炭吸附PHE和1,1-DCE的影响较小,而生物炭投加量从5增至50 mg时,PHE和1,1-DCE的平衡吸附量分别减少6.78倍和2.18倍,去除率分别提高20.21%和15.78%.     

不同烧制温度下玉米秸秆生物炭的性质及对萘的吸附性能

以玉米秸秆为原料,在300、500和700℃这3个温度下烧制生物炭,使用元素分析仪测定其元素组成,扫描电镜观测其表面特性,并采用批量吸附实验研究了生物炭对萘的吸附特性.结果表明,随烧制温度升高,玉米秸秆生物炭的碳元素含量从66.79%上升到76.30%,氢和氧元素从4.92%和19.25%下降到3.18%和9.53%;H/C、O/C和(O+N)/C值降低,芳香性和疏水性增强,极性降低.扫描电镜结果显示玉米秸秆生物炭主要是片状颗粒,孔隙少,生物炭表面粗糙程度随温度升高增加.对萘的动力学吸附曲线符合Lagergren准二级模型,初始吸附速率与平衡吸附量随烧制温度上升而上升;等温吸附曲线可用Freundlich模型进行描述,生物炭的吸附能力随烧制温度升高而增强,非线性先下降后上升.玉米秸秆生物炭表面形态上具有显著特点,且不同烧制温度对其元素组成、表面特征和对萘的吸附行为有显著影响.     

秸秆生物炭吸附对乙酰氨基酚的机制及其位能分布特征

作为药品和个人护理产品（PPCPs）中用量最大的一类,对乙酰氨基酚广泛存在于水环境中,具有潜在的环境风险;因此,有必要对其去除机制开展研究.基于我国农业秸秆资源高值转化的需求,通过热解制备秸秆生物炭吸附净化水中对乙酰氨基酚具有良好的应用前景.然而秸秆生物炭对对乙酰氨基酚的吸附过程和机制尚不清楚.选用4种秸秆（稻秆、麦秆、玉米秆和大豆秆）作为原料,通过热裂解在400℃和500℃制备生物炭,进行序批吸附实验,同时研究腐殖酸和pH对吸附过程的影响.结果表明,基于Freundlich模型和位置能量分布模型可知,500℃生物炭对对乙酰氨基酚的吸附量显著高于400℃生物炭（吸附系数K_F高出1.16~2.53倍）,且具有较多的高能吸附位点.高温热解生物炭的主要吸附机制为孔道吸附和π-π作用;低温热解生物炭的主要吸附机制为表面氢键作用.腐殖酸对对乙酰氨基酚在生物炭上的去除具有协同效应,这归因于所选腐殖酸具有一定芳香性,可促进与对乙酰氨基酚的相互作用.pH升高抑制生物炭吸附主要归因于对乙酰氨基酚团聚.吸附机制研究表明,可通过提高热解温度促进对乙酰氨基酚在秸秆生物炭上的孔道吸附和π-π作用;腐殖酸和pH影响研究表明,秸秆生物炭与对乙酰氨基酚的相互作用不受腐殖酸影响,在低pH环境下也具有良好吸附性能.     

黄土高原沟壑区小流域不同地形下土壤性质分布特征

地形条件是影响黄土高原地区土壤性质分布的主要因素,研究不同地形条件下土壤性质的分布是合理评价黄土区土壤质量状况的重要前提。论文研究了黄土高原沟壑区小流域地形条件对土壤性质剖面分布的影响,结果表明土壤硝态氮、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶为高度变异的土壤性质;pH值和过氧化氢酶为小变异土壤性质。塬面和沟道土壤pH值和过氧化氢酶活性较低,阳离子交换量较高。土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性在土壤剖面随土层深度的增加逐渐降低,且均表现为塬面>梯田>坡地>沟道的趋势。不同地形条件下土壤pH值的变化由地形条件引起的土壤过程及硝态氮在土壤中的累积引起;阳离子交换量的变化由成土过程、pH值和有机质的差异引起;土壤有机质及氮、磷养分的差异由与地形条件对应的土地利用方式引起;土壤酶活性的差异则是有机质的差异引起的。     

Cd胁迫下城郊农业土壤微生物活性对生物炭输入的响应

为了探究Cd胁迫下生物炭输入对城郊农业土壤微生物活性的影响,通过室内培养试验,分析CK处理(风干土壤)、Cd处理(风干土壤+外源Cd)、CdBC处理〔风干土壤+外源Cd+2%生物炭,即生物炭与土壤(以湿质量计)质量比为2%〕、BC处理(风干土壤+2%生物炭)对土壤呼吸、土壤微生物数量及土壤酶活性的影响. 结果表明:整个培养期(0~60 d)内,各处理下土壤CO₂累积释放量表现为CK处理＜Cd处理＜CdBC处理＜BC处理. 与CK处理相比,CdBC处理下生物炭输入能显著增加土壤CO₂累积释放量(P＜0.05),增幅为43.6%,并且土壤中细菌、放线菌、真菌数量也有显著增加(P＜0.05),增幅分别达到12.7%、62.7%、18.7%. Cd胁迫对土壤酶活性的抑制表现为蔗糖酶＜脲酶＜中性磷酸酶,抑制率分别为3.5%、6.8%、18.0%. 生物炭输入可使受Cd胁迫的土壤脲酶、蔗糖酶的活性有所增强,增幅分别为15.0%、18.4%. 可见,生物炭输入可在不同程度上缓解Cd胁迫对蔗糖酶、脲酶活性及土壤微生物数量的影响.      

生物质炭施用对土壤中氯虫苯甲酰胺吸附及消解行为的影响

分别在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中添加0.5%(质量分数)生物质炭,采用批处理等温吸附实验及室内消解实验测定了CAP的吸附等温线及消解动态,目的是揭示不同类型土壤中施用生物质炭对残留CAP的环境行为影响规律,为评估生物质炭田间施用综合生态效应,评价土壤残留CAP的环境污染风险提供理论依据.结果表明,生物质炭施用可提高土壤对CAP的吸附活性,但提高程度因土壤性质不同而异.有机质含量较高的黑土中添加生物质炭,吸附农药Kd值提高了2.17%,而有机质含量较低的潮土添加等量生物质炭后则提高了139.13%.生物质炭施入土壤后其对农药吸附活性受到不同程度抑制.与施入土壤前比较,生物质炭施入黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中后吸附常数KF,biochar分别降低了96.94%、90.6%、91.31%、68.26%和34.59%.CAP在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中的消解半衰期为115.52、133.30、154.03、144.41和169.06 d,而在添加生物质炭的土壤中消解半衰期分别延长了20.39、35.76、38.51、79.19和119.75 d.与吸附实验结果一致,生物质炭施入黑土对延缓农药土壤消解作用最小,而潮土中施入生物质炭效果最明显.本研究表明生物质炭施入土壤后可增强对农药的吸附作用,延缓农药的土壤消解,但影响程度与土壤性质有关.