生物炭及其金属改性材料脱除水体磷酸盐研究进展

磷素是水体富营养化主要限制性因子,控制河流湖泊中磷酸盐具有重要意义.吸附法是一种经济、高效和操作简单的除磷方法,但其应用的关键在于选择合适的吸附材料.将生物炭应用于水体磷酸盐脱除,一方面可为农林废弃物、畜禽粪便、活性污泥、入侵植物的处理提供新途径,另一方面吸磷后的生物炭还能用于土壤改良.然而,生物炭脱除水体磷酸盐虽具有...     

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(Phragmites australis)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,...     

层状双氢氧化物在环境修复中的应用与调控策略

环境污染问题已成为当前突出的全球性挑战,严重威胁人体健康和生态安全,迫切需要开发绿色、高效的修复材料去除环境污染物．层状双氢氧化物（LDHs）是一类天然矿物材料,具有良好的环境兼容性、低廉的成本和灵活的可调控性,而且制备方法简单,适宜于规模化生产,其在污染物的吸附固定、催化降解和相分离方面有着广阔的应用前景．本文总结了LDHs材料的结构、性质和主要的制备方法,综述了近年来LDHs材料在固定和消减环境中磷、氟、重金属、有机污染物和放射性核素等污染物的应用进展,针对LDHs应用中存在的问题,重点分析了材料的性能调控策略并对未来发展方向进行了展望．发展和推广LDHs材料可为环境修复功能材料的研发提供新的思路和方法,从而推动绿色、循环、低碳环境修复产业的持续发展．     

雷竹落叶生物炭对微囊藻毒素的吸附性能

为探索农业废弃物再生吸附材料对微囊藻毒素的吸附机制问题,采用典型农业废弃物雷竹落叶制备生物炭,研究适宜的制备工艺,探讨吸附条件和有机介质对微囊藻毒素-LR（MCLR） 的吸附特性影响及其机制.结果表明,雷竹落叶竹叶生物炭的芳香性随着炭化温度和升温速率的升高而增加,极性指数则减小,同时比表面积也迅速增大,从0.25 m2·g-1到87.09 m2·g-1;竹叶生物炭对水体中MCLR具有较强的吸附能力,吸附量随炭化温度和升温速率的升高而增加,从72.27 μg·g-1到624.47 μg·g-1;吸附行为符合非线性Freundlich模型,且N指数和lnKF与芳香性和极性大小呈良好的线性关系;吸附效果受pH、反应温度和自然界溶解性有机质（DOMs）的影响,在pH值为3时有最大吸附量,当反应温度升高时吸附量减小,DOMs对MCLR的吸附有明显的竞争作用.适宜的制备工艺生成的雷竹落叶生物炭能有效地去除水体中MCLR.     

双金属氧化物负载对污泥生物炭吸附重金属Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的影响

纯污泥生物炭由于其比表面积较低等导致其去除水中污染物的能力有限,需要对污泥生物炭进行改性强化其对污染物的去除.本文采用污泥生物炭负载层状双金属氧化物强化污泥生物炭吸附水中重金属.考察了金属组合,金属离子比例,负载金属浓度和焙烧温度对双金属氧化物（LDO）强化污泥生物炭（ASB）吸附水中重金属的影响,进而确定双金属氧化物-污泥生物炭复合材料（LDO-ASB）的制备方法.同时对制备的LDO-ASB进行表征并与ASB相比,探讨了双金属氧化物的负载对污泥生物炭的重金属吸附性能的影响机制.结果表明,Mg²⁺和Fe³⁺组合制备的LDO-ASB较其他金属组合具有更好的Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附能力.在Mg²⁺∶Fe³⁺物质的量比为3∶1,Mg²⁺的负载浓度为0.4 mol·L^-1,焙烧温度为500℃的条件下制备的（Mg/Fe）LDO-ASB对Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附量分别为149.72 mg·g^-1和183.69 mg·g^-1,较ASB的吸附能力有显著的提高.材料的表征结果显示,Mg和Fe以氧化镁和三氧化二铁的形态负载在污泥生物炭表面,负载后污泥生物炭表面粗糙,加大了细纹隧道,同时也增加了—OH官能团的含量,进而强化了污泥生物炭的重金属吸附能力.     

芦苇生物炭对水中铅的吸附特性

将芦苇秸秆在500 ℃下缺氧热解4 h制备成生物炭.采用批量平衡实验法,考察溶液pH值、生物炭投加量、溶液离子强度以及生物炭灰分对芦苇生物炭吸附水中Pb2+的影响.结果表明：溶液pH值在2.0—5.5范围内,芦苇生物炭对Pb2+的吸附量随着pH值升高而增加;生物炭最佳投加量为1.8 g·L-1,Pb2+的去除率为96.6%;溶液中Na+、Ca2+的存在会抑制芦苇生物炭对Pb2+的吸附;去除灰分后的生物炭对Pb2+的吸附量降低.不同温度下的吸附等温线更符合Langmiur方程.在283、298、313 K下的最大实际吸附量分别为21.89、24.06、24.95 mg·g-1.热力学研究结果为ΔGθ Hθ > 0和ΔSθ > 0,说明该吸附是自发、熵增的吸热过程.吸附动力学线性拟合结果更符合假二级动力学方程.芦苇生物炭吸附前后的红外光谱和XRD衍射谱图分析表明吸附过程存在离子交换和阳离子-π作用.去除灰分的生物炭吸附Pb2+后溶液中Na+、K+、Ca2+、Mg2+浓度升高,表明离子交换是主要吸附机制.     

钙铝层状双氢氧化物对镉污染农田的钝化修复

农田土壤重金属镉(Cd)富集对农产品的危害极大,且不易去除。钙铝层状双氢氧化物(CaAl-LDH)为一类层状双金属复合氢氧化物,在土壤修复领域表现出高效、清洁、稳定的特点。选择典型五金加工企业周边Cd污染农田开展应用CaAl-LDH钝化土壤Cd大田试验,连续监测分析土壤Cd形态及稻米籽粒Cd含量的变化,探讨CaAl-LDH对农田Cd的钝化效果。结果显示,相比背景对照田块,施加CaAl-LDH田块土壤离子交换态Cd下降26.71%,残渣态Cd和铁锰结合态Cd分别升高18.49%、5.68%,稻米Cd含量下降68.42%。连续原位监测显示,CaAl-LDH应用于试验区Cd污染农田修复的第2年,稻米籽粒Cd含量降幅仍保持37%以上。     

生物炭吸附有机污染物的研究进展

生物炭(biochar)是指生物质在缺氧条件下热裂解产生的一种产物.由于其精致的孔隙结构和独特的表面化学性质,对环境介质中的有机污染物有超强的吸附能力,进而影响污染物的迁移与归宿.近年来生物炭对有机污染物的吸附特性及机理研究已成为环境科学领域的研究热点之一.本文从生物炭的典型性状、吸附有机污染物的机理、影响因素以及对土壤中有机污染物生物可给性的影响等方面进行了综述,并提出生物炭吸附有机污染物未来的研究方向.     

改性污泥质生物炭吸附污水中有机污染物的研究进展

污泥质生物炭作为一类碳材料,具有优异的理化性质和多样化的功能,在有机污染物处理领域具有巨大的潜力。利用污泥质生物炭自身的吸附性能,将其与其他材料复合制成新材料,可以赋予生物炭新的性能,提高其吸附效率。本文综述了污泥质生物炭的改性方法及其作为吸附剂在去除废水中有机污染物的应用情况,阐明了改性污泥质生物炭对有机污染物的去除机理,由孔隙填充、分配作用、疏水作用、π-π电子供体-受体作用、静电吸附作用和氢键等微观吸附机制共同作用。最后针对污泥质生物炭吸附后的再生方法进行讨论,并在此基础上提出将来研究高效生物炭吸附材料的重点和研究方向,以期为污泥质生物炭在污水处理系统中的应用提供参考。     

生物炭对土壤中阿特拉津吸附特征的影响

为探究生物炭对土壤中阿特拉津的吸附特征及影响因素,采用批处理实验研究了灭菌（T1）、5%秸秆生物炭+灭菌（T2）、未灭菌（T3）和5%秸秆生物炭+未灭菌（T4）条件下对土壤中阿特拉津吸附特征及土壤理化性质的影响.结果表明,在最初0—12 h内,不同处理下阿特拉津吸附量均随时间的延长而快速增加,而在12—96 h内增加较为缓慢并逐渐趋于平衡.在96 h时,T2和T4处理下阿特拉津最大吸附量分别达到46.22 mg·kg^-1和46.43 mg·kg^-1,而未添加生物炭的T1和T3处理则有所降低,分别为44.20 mg·kg^-1和43.09 mg·kg^-1.准二级动力学模型更好地拟合不同处理下土壤对阿特拉津吸附特征,T2和T4处理下吸附速率常数K分别为0.257 kg·mg^-1·h^-1和0.339 kg·mg^-1·h^-1,显著高于未添加生物炭处理的T1和T3处理（K分别为-0.083 kg·mg^-1·h^-1和-0.261 kg·mg^-1·h^-1）.内扩散模型显示添加生物炭后,土壤对阿特拉津的吸附是一个由边界扩散、内部孔隙扩散等多因素控制的复杂化学过程.添加生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量,其中土壤有机碳含量与阿特拉津最大吸附量之间存在显著的正相关关系（P<0.05）.由此可见,添加生物炭可以提高土壤对阿特拉津的固持能力,减少其淋溶迁移风险,从而达到修复阿特拉津污染土壤的目的.     

乙撑胺改性生物炭螯合金属材料的磷吸附性能及解吸特性

以芦苇秸秆制备的生物炭为载体,采用化学改性方法键合不同链长的乙撑胺,螯合不同金属制备了7种乙撑胺改性生物炭螯合金属材料.通过SEM、FTIR、元素分析进行了表征,比较了7种螯合材料对水中磷酸盐的吸附性能.结果表明,7种材料在1 min内均可达到平衡吸附量的90%. Al/TEPA-BC的吸附效果最佳,pH为6时吸附量最高;7种吸附剂对磷酸盐的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,在材料表面积为2.286 m²·g^-1的情况下,吸附性能最佳的Al/TEPA-BC的理论最大吸附量达到了9.53 mg·g^-1;吸附行为均符合准二级速率模型;当磷酸盐初始浓度为15 mg·L^-1,pH=6,投加量为0.1 g,温度为25℃时,Al/TEPA-BC对磷酸盐的吸附量可达到7.11 mg·L^-1. Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-共存时,Al/TEPA-BC对磷酸盐的选择性吸附为93.4%.推测其吸附机理以静电作用和配位作用为主.     

改性稻壳生物炭对水中Cd2+的吸附性能研究

为提高生物炭对水中Cd2+的吸附去除性能,以BC1和BC22种稻壳生物炭为基础材料,分别采用NaOH和FeCl3溶液制备得到NBC1和NBC2以及FBC1和FBC2改性稻壳生物炭,并通过吸附动力学和等温吸附实验研究6种生物炭对水中Cd2+的吸附性能.结果表明,对于50 mg·L-1 Cd2+溶液,当生物炭投加量为1 g...     

腐殖酸负载对萘和1-萘酚在生物炭上吸附动力学的影响

进入环境的生物炭对有机污染物的吸附过程受到普遍共存的溶解性有机质的影响.本研究将两种腐殖酸组分负载在以玉米秸秆为原料、不同炭化温度下(200、400、600℃)制得的生物炭上,考察极性和非极性有机污染物萘和1-萘酚在原始和腐殖酸负载生物炭上的吸附动力学,分别应用拟一级、拟二级和双室一级3种动力学模型对实验数据进行拟合....     

生物炭对极性与非极性有机污染物的吸附机理

以玉米秸秆为原料,分别在200、400、600、700℃下制备了不同性质的生物炭,对其性质进行了表征.研究了极性物质普萘洛尔和非极性物质萘在生物炭上的吸附,并对不同物质的吸附机理进行了探讨.结果表明,随裂解温度的升高,生物炭芳香性增强,极性降低,比表面积增大.普萘洛尔和萘的吸附都随生物炭裂解温度的升高而增大,普萘洛尔的lgKoc由3.10(低平衡浓度3 mg·L-1)和2.88(高浓度10 mg·L-1)增加到3.89和3.67;萘的lgKoc由2.74(低平衡浓度3 mg·L-1)和2.65(高浓度15 mg·L-1)增加到4.59和4.05.疏水分配作用对萘在低温生物炭上的吸附起主要作用,而随裂解温度升高,表面吸附和孔填充所占贡献逐渐增强.除了以上机理,普萘洛尔还可通过静电吸引进行吸附,而且在BC200上,由于大量极性官能团的作用,有利于静电吸附,其对普萘洛尔的吸附显著大于对萘的吸附;而且存在分子的倾斜吸附或多分子层吸附,单位表面积的吸附量远远大于单分子层吸附预测值.而在高温生物炭上,由于萘的分子较小而憎水性较高有利于孔填充作用,其对萘的吸附大于对普萘洛尔的吸附.     

生物炭及氧化石墨烯/生物炭复合材料对水中抗生素吸附性能研究

以水稻秸秆、牛粪和氧化石墨烯为原料,制备4种不同类型生物炭：水稻秸秆生物炭、牛粪生物炭、氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭和氧化石墨烯/牛粪生物炭;以水中常见的四环素类抗生素和磺胺类抗生素中的土霉素、四环素、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲恶唑为目标污染物,探讨不同类型生物炭对水中抗生素吸附特性。实验结果表明,抗生素在不同类型生物炭上吸附在12h均能达到吸附平衡,4h时抗生素在生物炭、氧化石墨烯/生物炭复合材料中的吸附量是平衡吸附量的47.96%—98.65%,抗生素在生物炭上吸附符合准二级动力学方程。等温吸附方程Freundlich拟合得到的可决系数R²值要高于Langmuir和D-R方程,拟合效果更好。抗生素在氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭复合材料和在氧化石墨烯/牛粪生物炭复合材料中吸附量分别是在原生物炭中吸附量的1.67倍和1.59倍,在水稻秸秆制备的植物源生物炭中吸附量要略高于在牛粪制备的动物源生物炭中吸附量。有机碳归一化分配系数Koc值显示,四环素类抗生素的K_oc值要略大于磺胺类抗生素。由Pearson相关性分析结果可知,抗生素在生物炭及其复合材料中吸附速...     

生物炭改性及其对污染物吸附与降解行为的研究进展

生物炭因其原料来源广泛、含碳量丰富、成本低等特点被广泛应用于污染环境修复领域。生物炭能否高效去除污染物的关键点在于生物炭所具备的理化性质。生物炭改性能促使生物炭理化性质改变（如比表面积增加、灰分含量降低、丰富表面官能团等）,从而促进或抑制其对污染物吸附与降解行为。然而改性生物炭对污染物的吸附或降解行为受改性条件（物理、化学及生物等）和污染物性质的影响。文章回顾了国内外关于生物炭改性方法,以及生物炭改性对污染物吸附与降解行为研究的主要进展。在此基础上,总结了生物炭改性方法、改性机理以及对污染物吸附与降解行为的影响机制,并进一步提出了未来的研究重点和尚待解决的相关科学问题。     

不同生物炭对水中氟离子的吸附特征研究

地下水中过高浓度的氟化物会对人体和环境产生较大危害,如何有效去除水体中氟污染备受人们关注.生物炭作为优良的吸附剂已广泛应用于水体污染治理及生态修复领域.选取花生壳、玉米秸秆和枫杨树枝为原料制备生物炭材料,进行了生物炭对水中F?的批量吸附解吸实验,并讨论了其吸附解吸的热力学和动力学过程.利用SEM、BET、FTIR与XR...     

铝镁氢氧化物溶胶吸附脱色性能的研究

对染料在具有永久正电荷的铝镁氢氧化物上的吸附,考察了铝镁比、染料类型、pH值等因素对吸附效果的影响,并进行了动力学、热力学研究结果表明,铝镁氢氧化物溶胶具有良好的脱色效果,铝镁比为1:3的溶胶处理效果最佳;溶胶对大多数阴离子型染料的脱色率明显大于其它类型;染料的吸附量随pH值的增大而减小;溶胶对实验的各种阴离子型染料的饱和吸附量在961—3319mg·g-1之间;吸附量随温度升高而减小,说明吸附是放热过程.     

氮掺杂生物炭对水中四环素的吸附机理

如何通过增加表面活性位点数目来提高生物炭对有机污染物的吸附性能,是目前污染控制技术的研究热点.通过一步热解法制备的氮掺杂分层多孔生物炭（BC-N）材料,可用于高效吸附去除水中四环素（Tetracycline,TC）.结果表明,与原始生物炭（BC）相比,含N官能团的引入使BC-N的比表面积和孔体积增加了约1倍,对TC的吸附量增加了15倍(293.1 mg·g^-1). BC-N具有宽pH适应性（pH 4—11）和抗干扰能力.由吸附动力学和热力学实验得到,BC-N对TC的吸附过程符合拟二级动力学和Freundlich吸附等温线模型,表明该吸附过程以自发吸热的化学吸附为主. X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果表明,BC-N与TC的化学吸附可能主要是由石墨N介导的π-π相互作用产生.