改性生物炭固定异养硝化菌对水中低浓度氨氮的去除

为探究改性生物炭固定异养硝化菌对水中低质量浓度氨氮(约10 mg/L)的去除效果,从污水处理厂污泥中筛选一株异养硝化菌,分别以未改性稻壳生物炭(BC)、NaOH和H2O2改性BC为载体,用吸附法制备生物炭基微生物固定化体(分别记为BC+N3、NaOH-BC+N3和H2O2-BC+N3),开展生物炭和生物炭基微生物固定化...     

改性芦苇生物炭对水中硫酸盐的吸附性能及机理

水中过高浓度硫酸盐赋存会对水生环境产生一定的影响。为此,选取芦苇秸秆作为生物炭原料,通过添加煤矸石共热解对生物炭进行了改性,采用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附法(BET)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的物理化学性质进行了分析,考察了pH、吸附剂投加量、吸附时间和初始浓度对水中硫酸盐吸附性能的影响。结果表明：改性后生物炭(MBC)的吸附效果优于未改性生物炭(OBC);MBC的粗糙程度大于OBC,MBC拥有更大的比表面积和更多的孔隙结构,其比表面积为改性前的2.4倍;对吸附过程进行吸附动力学和吸附等温模型拟合,发现准一级动力学模型和Langmuir模型可以更好的描述MBC对硫酸盐的吸附行为,表明吸附过程以静电吸附和单分子层吸附为主。当pH为2、投加量为8 g·L^-1时改性材料吸附效果最好,最大吸附量可达29.69 mg·g^-1,且经过5次再生吸附后,硫酸盐去除率仍能达到50%以上。因此,改性后的生物炭可作为去除水体中硫酸盐的良好材料。     

玉米秸秆基改性生物质活性炭对Cd的吸附特性

以玉米秸秆为原料,制备了生物质活性炭(以下简称生物炭),用HNO_3、NaOH、沸水、四氢呋喃(THF)对其进行改性,并比较了不同生物炭对Cd的吸附特性,对沸水和THF滤液进行了光谱分析,结果显示:随着Cd初始浓度的增加,玉米秸秆基生物炭及改性产物对Cd的吸附量大体增强;Cd初始质量浓度超过25.0 mg/L时,吸附量表现为碱改性生物炭未改性生物炭THF改性生物炭沸水改性生物炭酸改性生物炭。NaOH通过改变玉米秸秆基生物炭表面官能团和元素构成,增强了其吸附能力。HNO_3使玉米秸秆基生物炭孔隙带正电荷,从而抑制了对Cd的吸附。沸水和THF从玉米秸秆基生物炭孔隙中溶出了有利于吸附反应的部分表面官能团,从而降低了其对Cd的吸附能力。随着Cd初始浓度增加,玉米秸秆基生物炭对Cd的吸附量大体增加,滤液pH大体降低。用玉米秸秆基生物炭处理污水中的Cd时,建议用碱改性法来提高其吸附能力。     

紫外活化过硫酸钠降解水中三唑酮的效能

针对常规水处理工艺难以去除原水中低浓度有机氯农药的问题,采用新型高级氧化技术——紫外(UV)活化过硫酸钠(PS)去除水中有机氯农药三唑酮(triadimefon,TDF),分别研究了TDF初始浓度、PS浓度、初始pH、氯离子浓度以及腐殖酸(HA)浓度对TDF降解效果的影响。结果表明：随着TDF浓度的增加,其去除率逐渐降低;PS浓度从100 μmol·L-1增到250 μmol·L-1,TDF去除率可以提高6.83%;初始pH为5时,TDF的去除率最大;氯离子的存在会抑制TDF降解;存在HA时会降低TDF去除效果。当TDF浓度为200 μg·L-1、PS投加量为250 μmol·L-1、pH为5、温度为(25±2) ℃和反应时间为600 s的反应条件下,TDF的去除率达到99.83%。相比于单独采用UV辐照和PS氧化技术,UV/PS技术对TDF的去除率分别提高了64.2%和86.22%。TDF的降解机制是紫外直接光解和以硫酸根自由基(SO4?-)为主的自由基氧化的共同作用。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd2+的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd2+的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd2+吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd2+浓度为100 mg·L-1,温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L-1条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd2+的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd2+的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd2+后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd2+仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g-1。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd2+的吸附材料。     

CTAB改性纳米零价铁的制备与橙黄Ⅱ的降解

以十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)为分散剂,制备改性纳米零价铁颗粒(CNZVI)。比表面积、XRD、SEM和TEM表征结果表明改性的CNZVI比未改性纳米零价铁颗粒(BNZVI)粒径更小、更均匀,具有更好的分散性能和抗氧化性。首次考察了CNZVI对于水中染料橙黄Ⅱ的脱色降解效果。CNZVI对橙黄Ⅱ的脱色率和降解速率均优于未改性纳米铁颗粒BNZVI,脱色率在反应进行10 min后趋于稳定。考察了溶液pH、初始浓度、NZVI投加量和温度对反应脱色率的影响。pH值和初始浓度越高,脱色率越低;脱色率随着投加量和温度提高而增大。最后优化反应条件为:pH值5.96,初始浓度100 mg/L,NZVI投加量0.2 g/L,反应温度293 K,CNZVI对橙黄Ⅱ的脱色率为91.8%,比BNZVI的脱色率高出16.1%。动力学分析表明,CNZVI对橙黄Ⅱ降解反应符合伪一级反应动力学。     

钙改性玉米芯生物炭对水中氮磷吸附特性

以玉米芯为原材料,在500 ℃条件下高温热解制备生物炭,使用CaCl₂对其进行改性,通过SEM、EDS、BET-N₂、FTIR、XPS等手段对生物炭结构与组成进行了测定。通过吸附实验研究了改性生物炭对水中氮磷的吸附性能和影响因素,分析探讨其吸附机理,为生物炭在水处理中的应用提供参考依据。结果表明：CaCl₂改性使玉米芯生物炭比表面积提高了137.57%,微孔和介孔数增加,并产生Ca²⁺、Cl⁻离子有效附着。氮磷初始溶液质量浓度、固液比、吸附时间均会对生物炭的吸附性能产生影响。CaCl₂改性后的生物炭对氮磷吸附量分别提高了46.6%和78.4%。改性后的生物炭(Ca-BC)对水中氮磷的吸附更符合准二级动力学;Ca-BC对氨氮和磷酸盐的等温吸附更符合Langmuir模型,吸附过程更接近物理吸附为主,化学吸附为辅的单分子层吸附。Ca-BC通过范德华力静电相互作用、离子交换和化学沉淀过程去除水中氮磷。     

铁盐改性砂制备及其吸附Zn~(2+)的性能研究

通过改变石英砂表面的物理化学性质,提高石英砂的吸附效率,考察其对废水中的Zn~(2+)去除效果.以石英砂为载体,分别用反复高温加热法和反复碱性沉积法制备了三氯化铁改性砂、硝酸铁改性砂,测定2种方法制备的铁盐改性砂的表面含铁量、铁盐的酸稳定性及比表面积,并比较2种铁盐改性砂对Zn~(2+)的吸附效果.结果表明,三氯化铁改性砂、硝酸铁改性砂的比表面积分别为2.468、4.247 m~2/g,比石英砂比表面积分别提高6.910、12.612倍;在pH为中性条件下,石英砂对Zn~(2+)去除率为43%左右,三氯化铁改性砂对Zn~(2+)去除率达到70%左右,硝酸铁改性砂对Zn~(2+)去除率达到85%左右,表明铁盐改性砂对Zn~(2+)去除能力比石英砂有很大提高;铁盐改性砂对Zn~(2+)的吸附有一定容量,表面的活性中心越多,吸附能力越大;铁盐改性砂对Zn~(2+)的去除率随着pH的升高而增加,当pH>8.5时,Zn~(2+)去除率可达90%左右.     

间歇曝气生物炭湿地中污染物的去除特征及微生物种群结构

生物炭作为一种疏松多孔的吸附材料,近年来被广泛应用于受污染水体净化。通过构建生物炭投加比为0、10%、30%和40%的间歇曝气湿地系统(分别命名为CW、BW1、BW2和BW3),探究了生物炭投加比例对间歇曝气湿地中污染物去除及微生物群落结构的影响。结果表明,投加生物炭可提高湿地系统曝气段水体中平均溶解氧(DO)浓度。其中,BW3曝气段平均DO浓度为2.5 mg·L−1,相较于CW提高了13.6%,但添加生物炭对非曝气段DO浓度影响不显著(P>0.05)。所有湿地系统水体中化学需氧量(COD)去除率均高于90%,生物炭添加对耗氧有机物去除的影响并不显著。当生物炭投加比例由0增加至40%时,氨氮的去除率由80.76%提高至99.43%。生物炭可以显著提升湿地系统总氮的去除效果,BW3的总氮去除率相较于空白对照提高了18.5%,且在各反应器出水中均未检测到硝态氮(${{\rm{NO}}_3^ -} $-N)和亚硝态氮(${{\rm{NO}}_2^ -} $-N)。高通量测序结果显示,在门类水平,生物炭增加了拟杆菌门(Bacteroidetess)和变形菌门(Proteobacteria)数量,降低了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和螺旋体菌门(Saccharibacteria)的相对丰度。各湿地系统中已检出与脱氮相关的菌属共13种,生物炭投加可提升Nitrospira、Thauera、Rhodobacter和Pseudomonas等10余种与脱氮相关的菌落丰度。在间歇曝气湿地系统中,生物炭可以通过增加脱氮相关菌属,提高对氮素污染物的净化效果。     

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...     

单原子钯铜改性毛竹炭电催化高效还原水中硝酸盐

针对地下水中硝酸盐氮去除难的问题,通过氮掺杂+煅烧还原法制备获得了单原子钯铜改性毛竹炭(palladium-copper single-atom catalysts supported on nitrogen-doped bamboo biochar, SAC-Pd/Cu@NBC),以其为三维粒子电极,考察了初始硝氮质量浓度、粒子电极投加量、电流强度对SAC-Pd/Cu@NBC电催化高效还原硝酸盐氮的机理。结果表明：在电催化反应90 min时,SAC-Pd/Cu@NBC显著提高了硝酸盐氮的去除率,较纳米钯铜改性毛竹炭、二维电催化还原体系分别提升了2.52倍和17.16倍;在粒子电极投加量为0.100 g、初始硝氮质量浓度为100 mg·L⁻¹、电流强度为220 mA和反应时间为180 min的条件下,SAC-Pd/Cu@NBC对硝酸盐氮去除率可达99.62%,质量催化活性为0.689 4 mg·(g·min)⁻¹;粒子电极经过3次循环使用后,对硝酸盐氮的去除率仍达89.72%;HAADF-STEM等表征结果表明单原子Pd、Cu的成功负载,其可高效还原硝酸盐氮的机理主要为单原子Pd位点与Cu位点的协同催化。因此,SAC-Pd/Cu@NBC具备良好的电催化还原水中硝酸盐应用前景。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(VI)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(VI)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5:1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(VI)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(VI)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(VI)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(VI)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min-1降低至0.023 5 min-1,说明反应速率随着Cr(VI)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始pH在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(VI)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的pH适应范围,且对Cr(VI)具有较好的去除效果。     

载Ca磁性碳纳米管对水中腐殖酸的去除

采用化学共沉淀一步法以钙盐和铁盐对多壁碳纳米管（MWCNTs）改性以制备具有去除水中微污染物腐殖酸的磁性碳纳米管复合材料。X射线能谱分析表明改性MWCNTs上载有Ca和Fe元素。通过振动样品磁强计测得该复合材料具有较强磁性。改性后的MWCNTs 30 min对水中腐殖酸的去除率由改性前的63.89%提高到90.27%。研究了改性MWCNTs投加量、腐殖酸初始浓度、吸附时间、振荡速度、pH及温度对水中腐殖酸去除的影响。结果表明,腐殖酸去除率随着载Ca磁性MWCNTs投加量增大而提高。吸附量随着腐殖酸初始浓度的增大而增加,但去除率却减小。吸附初期腐殖酸去除速率快,0.5 g·L-1的载Ca磁性多壁碳纳米管在腐殖酸初始浓度为20 mg·L-1时,5 h达到吸附平衡,平衡吸附量为39.41 mg·g-1。腐殖酸去除率随着振荡速度的增大而增大,在225 r·min-1时达最大,随后随着振荡速度的增大而缓慢下降。在弱酸性下,腐殖酸去除率较高,当pH为5时,腐殖酸去除率达到92.24%;当pH5时,腐殖酸去除率随pH增大呈下降趋势。腐殖酸去除率随着温度的升高而降低。     

醌介体催化强化酸性红B生物脱色

考察了5种结构相似的醌介体(AQS、2,7-AQDS、AQDS、1,5-AQDS和α-AQS)对酸性红B生物脱色的催化强化作用。结果表明,反应进行至5 h,在0～0.24 mmol/L AQS的浓度范围内,最高脱色率达89%(0.24 mmol/L),相对于空白组(28%)提高约3.2倍,且零级反应速率常数K与介体浓度呈正相关线性关系,K=56.571CAQS+22.616(R2=0.9012);最适实验条件为AQS浓度0.24 mmol/L,0.25%NaCl,温度35℃,pH 7;在此实验条件下,5种醌介体相对于空白组脱色效率分别提高了1.14～1.53倍,体系氧化还原电位降低了38～87 mV。本研究为解决偶氮染料生物脱色技术存在的降解速率低的问题提供了新的思路。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

污泥基活性炭催化臭氧氧化对氯苯甲酸效能

以城市污水处理厂剩余污泥和玉米芯为原料,用氯化锌活化法制备出污泥基活性炭(SCAC),研究了其催化臭氧氧化去除水中对氯苯甲酸(p-CBA)的效能和机理,同时,考察了臭氧浓度、SCAC投量、p-CBA初始浓度以及自由基抑制剂叔丁醇的加入对SCAC催化活性的影响。实验结果表明,SCAC的加入可以显著提高臭氧对p-CBA的氧化去除效果,在反应初期尤为明显,反应1.0 min时p-CBA的去除率由单独臭氧氧化的26.1%提高到SCAC催化臭氧氧化的60.2%。SCAC催化臭氧氧化对p-CBA的去除率随臭氧浓度的增加和p-CBA初始浓度的减小而增加。此外,在一定范围内增加催化剂的投量可以增加p-CBA的去除率。叔丁醇的加入显著减弱了SCAC催化臭氧氧化降解p-CBA的效能,表明SCAC催化臭氧氧化反应的主要活性物种为羟基自由基(·OH)。     

化学改性活性炭对水中阿特拉津的吸附去除

以5 mol/L HNO3,40%NaOH及5%H2O2对活性炭进行化学改性,采用序批式实验研究了活性炭改性前后对阿特拉津(AT)的吸附平衡特性,并以Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行了拟合。结合活性炭改性前后孔结构和表面化学的变化特征,探讨了不同改性方法对AT吸附去除的影响效应。结果表明:活性炭经5 mol/L HNO3改性后对AT的吸附性能显著降低;而5%H2O2和40%NaOH改性炭对AT的吸附能力较原炭明显增强,且40%NaOH改性炭的吸附能力大于5%H2O2改性炭。原炭及改性炭对AT的吸附等温线均符合Langmuir模型。HNO3改性炭对AT吸附的降低主要是由于表面酸性基团的增加引起的;H2O2改性炭对AT吸附能力的提高主要是由于比表面积的增大引起的;而NaOH改性炭对AT吸附能力的提高是由比表面积增大和表面碱性基团增加共同作用的结果。几种改性炭和原炭对AT去除率的大小顺序依次为:NaOH改性炭>H2O2改性炭>原炭>HNO3改性炭。     

不同吸附条件下生物炭的汞吸附特性研究

为了获得汞初始浓度、吸附温度以及气氛(O_2、CO_2、SO_2浓度)等不同吸附条件下生物炭的汞吸附特性,对等温和非等温条件下制备的核桃壳生物炭(分别记为WS_(iso)和WS_(var))进行了研究,并利用比表面积和孔隙度分析仪、傅立叶变换红外光谱仪表征生物炭的孔隙结构和表面官能团等微观特性,探究其影响机理。结果表明:WS_(iso)和WS_(var)孔隙结构及表面化学性质不同,其中WS_(iso)的累积孔体积较大,为0.130 8cm~3/g,WS_(var)的含氧表面官能团数量和种类较多;在相同吸附条件下,WS_(iso)的汞吸附效果整体上优于WS_(var);汞初始浓度、CO_2和O_2浓度的升高会对生物炭汞吸附性能起到促进作用;随着吸附温度和SO_2浓度的升高,生物炭的吸附性能有所下降。     

铁基膨润土对水中磷酸根的吸附热力学及动力学研究

采用铁盐改性制得铁基膨润土,研究了其对水中磷酸根的吸附性能及影响因素,结果表明,通过对膨润土的改性提高了磷的去除率,含磷废水初始pH值的大小对磷的去除率影响不大,初始浓度越低越有利于磷的去除。磷的去除率随改性膨润土的投加量增大而提高,随温度升高而增大。进一步研究表明,改性膨润土对磷的吸附是吸热反应,其吸附等温线可采用Langmuir等温吸附方程拟合;改性膨润土对磷的吸附是快速吸附,在20 min内,磷去除率达70%以上,符合准二级吸附动力学模型。     

城镇有机垃圾热解生物炭对水中亚甲基蓝的吸附

热解是一项极具前景的城镇垃圾资源化处理技术,对热解产物的合理利用有助于热解技术的推广应用。以1套垃圾分选、热解工程设备产生的生物炭为原料,研究生物炭对水中亚甲基蓝的吸附效果,分析吸附动力学和吸附等温线;通过红外光谱、比表面积、孔径及微观形貌的表征方法阐释其吸附机理,并进行经济性分析。结果表明,生物炭对亚甲基蓝的去除率随生物炭投加量的增加而增加,随亚甲基蓝溶液初始浓度的增加而降低,在pH为9时达到最高。生物炭对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温线方程,为单分子层吸附,最大吸附量为35.7 mg·g-1。生物炭具有较强的非均质性,其对亚甲基蓝的吸附主要发生在微孔中,且亚甲基蓝与生物炭表面的O—H、NH3+、NH2、C—O等基团发生了作用,说明亚甲基蓝在生物炭表面的吸附受生物炭孔结构和化学性质2个方面的影响。生物炭的制备过程可产生446~708元·t-1的经济效益,作为废水处理的吸附剂具有较好的应用前景。