水生植物生物质炭去除水体中氮磷性能

在富营养化水体的生物修复中,将产生大量的水生植物,如何进行合理的处置是需要解决的问题.本文采用水生植物制得生物质炭,并通过镁改性,提高了生物质炭对水体中氮磷的吸附性能.材料性质表征结果表明,镁改性不仅在生物质炭表面形成纳米MgO片层,增加比表面积,而且引入了羟基官能团促进对铵态氮的吸附.改性生物质炭对硝态氮和铵态氮的吸附过程均属于多层吸附,吸附等温线符合Freundlich模型.改性后生物质炭对磷的吸附机制由单层吸附变为多层扩散.改性生物质炭对硝态氮、铵态氮和磷的最大吸附量分别为5. 66、62. 53和90. 92 mg·g~(-1),其中对铵态氮的吸附量是未改性生物质炭的178倍.在磷、硝态氮和铵态氮共存时,改性生物质炭对其吸附量分别增加79. 1%、67. 5%和47. 1%.本文结果表明通过生物质炭制备可以实现水生植物资源化,并可回用于水体氮磷污染的修复,具有很好的应用前景.     

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As (V)、Cd (II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd (II)、As (V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As (V)的最大拟合吸附量达到3.47～4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82～2.50 mg/g)(p<0.05)。在As (V)、Cd (II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As (V)发生络合反应,同时Cd (II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd (OH)₂沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As (V)、Cd (II)同时吸附的能力。     

MnO2改性累托石/污泥生物炭复合材料的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附特性研究

为提高累托石/污泥生物炭复合材料的吸附特性,在通过混合热解法制备的累托石/污泥生物炭复合材料的基础上,利用氧化还原反应制备得到MnO_2改性的累托石/污泥生物炭复合材料,对改性前后的复合材料进行了表征和吸附特性研究。结果表明:MnO_2改性的累托石/污泥生物炭复合材料的比表面积以及微孔和介孔的数量远高于未改性的复合材料,改性复合材料中的MnO_2是无定形的且材料表面含有丰富的含氧官能团;改性后的复合材料对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量远高于未改性的复合材料,其吸附过程受pH值的影响较大;该改性复合材料对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附动力学和等温线分别符合Elovich模型和Langmuir等温线方程,其吸附热力学分析结果表明该改性复合材料对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附过程是自发的吸热过程,且混乱度增加。可见,MnO_2改性的累托石/污泥生物炭复合材料是一种具有潜力的重金属吸附剂。     

磁化改性猪粪水热炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附

该文以猪粪为原料,采用水热炭化法制备猪粪水热炭（HC）并用氯化铁溶液进行磁化改性得到磁性水热炭（MHC）。通过傅里叶红外光谱分析、扫描电镜、比表面积和孔径分析、Zeta电位分析等方法对改性前后生物炭的结构和性质进行了表征,并研究了吸附剂投加量、初始p H、吸附时间、共存离子对HC和MHC吸附水中Cr(Ⅵ)的影响。结果表明,MHC的比表面积、孔体积和含氧官能团含量都显著增加,吸附位点增多。当投加量为4 g/L,溶液初始p H为2时,MHC对50 mg/L Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为12.32 mg/g,去除率为98.76%,MHC对Cr(Ⅵ)的吸附能力明显提高。Langmuir和Freundlich等温吸附方程均可较好描述MHC对Cr(Ⅵ)的吸附特性,且Langmuir吸附模型更好,吸附过程更符合准二级吸附动力学方程。共存离子在浓度不高时对吸附过程影响有限。     

铁锰氧化物-微生物负载生物质炭材料对镉和砷的吸附机制

制备得到了一种铁锰氧化物-微生物负载生物质炭材料（FM-DB）,以同时去除水体中Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）污染.铁锰氧化物-微生物负载生物质炭材料（FM-DB）中铁锰氧化物（FMBO）和山核桃蒲生物质炭（CCSB）的最佳比例为3%+3%.FM-DB耐酸性、机械强度和传质性能良好,在二元体系下对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的最大去除率高达77.29%和99.94%.表征分析证实了FM-DB制备成功且具有丰富的官能团结构.FM-DB对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）单因素吸附实验结果表明,不同条件下复合材料对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）均有一定的吸附能力,但受到初始pH、平衡时间和初始浓度的影响.FM-DB对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）吸附动力学和吸附热力学结果表明,复合材料对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的吸附平衡时间分别为3.5 h和8 h,最大吸附容量分别为59.27 mg·g^-1和84.73 mg·g^-1;复合材料对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）吸附主要受到材料表面电子的交换及共用、络合作用的影响,整个吸附过程则既存在单层吸附,也存在不均匀表面的多层吸附,是一个多步骤过程,可能包括外表...     

孔隙堵塞效应降低生物质炭-磁铁矿混合物对镉的吸附能力

利用吸附实验,通过吸附等温模型,研究了磁铁矿、生物质炭和生物质炭-磁铁矿混合物对Cd的吸附能力;在此基础上,使用X射线光电子能谱（XPS）和BCR连续提取法对吸附介质上Cd的结合形态进行分析.Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型拟合结果表明,无论单一的磁铁矿和生物质炭或是二者的混合物对Cd的吸附均为单层吸附.磁铁矿和生物质炭对Cd单独吸附的吸附量分别为18.9、14.0 mg·kg^-1,而生物质炭-磁铁矿混合物对Cd的吸附量为12.0 mg·kg^-1,低于其单独吸附Cd的吸附能力.当加入胡敏酸（HA）时,磁铁矿和生物质炭对Cd的吸附量分别为23.0、14.7 mg·kg^-1,混合物对Cd的吸附量为13.3 mg·kg^-1,混合后材料对Cd的吸附能力均降低.粒径、孔隙度和形貌表征结果显示,生物质炭粒径（10~100 μm）远大于磁铁矿粒径（1~10 μm）,混合后部分磁铁矿纳米颗粒堵塞生物质炭的微孔,使混合后材料孔隙度明显降低（88.5%~74.5%）,从而导致混合材料吸附能力下降.XPS分析中,与磁铁矿混合或加入HA都对生物质炭表面C—O官能团含量有影响,从而影响吸附效果.从XPS结果还可以看出,吸附后的Cd全部以Cd²⁺形式存在,BCR连续提取也证明吸附剂上的Cd主要以可交换态存在.磁铁矿和生物质炭除去Cd主要依赖表面吸附、络合及共沉淀.吸附的Cd较不稳定,随着环境变化容易发生解吸作用,重新释放到环境中.     

改性生物炭修复砷镉复合污染土壤研究进展

砷镉复合污染(As/Cd污染)已成为我国主要的土壤环境问题,改性生物炭作为一种吸附固定剂在修复土壤As/Cd污染中正发挥日益重要的作用.在明确原始生物炭作为钝化剂修复As/Cd污染土壤局限性的基础上,综述了针对As/Cd污染土壤修复的生物炭改性方法研究进展,分析了相关作用机制,并对未来利用改性生物炭修复As/Cd污染土壤的前景和存在问题进行展望.结果表明,金属改性生物炭具有较好的协同修复As/Cd污染土壤的效应,从而具有良好的应用前景.通过不同改性方法制备的生物炭材料修复As/Cd污染的固定机制各异,其中,金属改性和无机非金属改性生物炭对As/Cd的固定作用主要涉及官能团配位、共沉淀和As氧化还原;微生物改性生物炭涉及沉淀作用和As氧化还原;物理和酸改性方法则局限于物理吸附和弱静电引力.针对当前研究现状,建议未来应加强生物质原料类型、热解温度、制备工艺、经济成本和土壤老化等因素对改性生物炭修复As/Cd污染土壤的影响研究,实施不同因素影响下材料对重金属固定的稳定性和长效性评估,揭示材料修复As/Cd污染土壤的关键作用机制.     

紫外辐照引入含氧官能团对生物炭吸附气体和水中苯的影响

以椰壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照增加吸附剂表面含氧官能团,探究其对生物炭吸附气体和水中苯的影响.理化表征和吸附实验结果表明,生物炭表面含氧官能团增加后,对气体中苯的吸附量提高9.25倍,而对水中苯的吸附量却降低14.64%.生物炭对气体中苯的吸附过程符合Elovich动力学模型,而对水中苯的吸附过程符合准二级动力学模型.含氧官能团的引入使生物炭对气体和水中苯的等温吸附过程从符合Freundlich模型变为符合Langmuir模型.Weber-Morris模型分析认为,增加含氧官能团,可增强生物炭对气体中苯的表面吸附速率,却阻碍了苯从水中向吸附剂颗粒内扩散的过程,水分子与苯竞争吸附是导致生物炭对水中苯吸附量降低的主要原因.     

羟基铁柱撑蒙脱石同时吸附水溶液中Cd(Ⅱ)和As(Ⅴ)的研究

为同时去除水溶液中的Cd（Ⅱ）和As（Ⅴ），采用羟基铁柱撑改性获得改性蒙脱石，并深入研究了其吸附性能和吸附机理.同时，采用BET比表面积、SEM、XRD和XPS等手段分析了改性前后蒙脱石的结构特征；采用批实验分别研究了改性蒙脱石对水体中Cd（Ⅱ）和As（Ⅴ）的吸附动力学和热力学特征，并探讨了Cd（Ⅱ）-As（Ⅴ）复合体系中镉、砷相互作用对改性蒙脱石等温吸附镉、砷的影响.结果表明，改性蒙脱石的比表面积较改性前增加了28.2%，XPS测试结果表明改性蒙脱石成功引入羟基铁.改性蒙脱石单一吸附Cd（Ⅱ）和As（Ⅴ）的最优初始pH分别为6.5和5.5，且25℃时分别在10 h和5 h内达到吸附平衡，吸附过程均符合准二级动力学方程；Langmuir等温吸附模型能更好地描述改性蒙脱石对Cd（Ⅱ）的吸附，最大吸附量为21.36 mg·g^-1，该吸附过程是离子交换和化学络合共同作用的结果；Freundlich等温吸附模型能更好地解释改性蒙脱石对As（Ⅴ）的吸附，最大吸附量为11.45 mg·g^-1，该吸附过程是化学络合作用的结果（改性剂投加量均为2 g·L^-1）.在Cd（Ⅱ）-As（Ⅴ）复合体系中，镉、砷之间存在相互作用，pH为5.5时，吸附量高于改性蒙脱石对单一Cd（Ⅱ）和As（Ⅴ）的吸附量，分别增加了14.4%和23.7%，表明合成的羟基铁柱撑蒙脱石对镉、砷复合污染农田具有同时去除Cd（Ⅱ）和As（Ⅴ）的修复潜力.     

四乙烯五胺改性生物质炭对水中锌(II)的吸附性能研究

以苹果枝和葡萄枝为原料,制备了苹果枝生物质炭和葡萄枝生物质炭,并采用化学改性方法处理两种生物质炭,分别得到表面键合了四乙烯五胺的改性苹果枝生物质炭和改性葡萄枝生物质炭.采用红外光谱、扫描电镜等对两种生物质炭及其化学改性产品分别进行了表征,比较了两种生物质炭及其改性产品对水中Zn~(2+)的吸附性能,并分析了吸附动力学和等温吸附特性.结果表明,改性生物质炭增加了表面吸附位点,最大吸附量明显增加,相同吸附量所用吸附时间大大缩短,吸附效果显著提高.4种吸附剂的吸附行为均符合准二级动力学模型及Langmuir方程.生物质炭吸附重金属的机理初步判定是以离子交换和阳离子-π键的作用为主,改性生物质炭对Zn~(2+)吸附量和吸附速度的显著提升主要与键合基团的螯合作用有关.     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

氨基修饰稻壳生物炭对水溶液中铀的吸附动力学特性

为了探究NBC（氨基修饰生物炭）对U（Ⅵ）的吸附性能,通过在BC（未修饰生物炭）上负载氨基的方法得到氨基修饰生物炭,研究BC、NBC对水溶液中U（Ⅵ）的吸附特征,分析生物炭添加量、溶液pH、溶液中阴离子、初始ρ〔U（Ⅵ）〕、吸附时间和吸附体系温度等因素对U（Ⅵ）吸附的影响,筛选最优的吸附条件,并利用SEM（扫描电镜）、FT-IR（傅里叶红外光谱）、XRD（X-射线衍射）、XPS（X-射线能谱）、BET比表面积、元素分析、零点电位（Zeta电势）测定等手段表征BC、NBC的结构特征,并进一步探讨其对U（Ⅵ）的吸附机理.结果表明:①NBC的比表面积和吸附位点显著增加,对U（Ⅵ）的吸附速率和吸附量明显增加,NBC的最大吸附量（69.63 mg/g）大于BC（53.95 mg/g）. ②NBC对U（Ⅵ）吸附的最佳条件为生物炭添加量0.4 g/L、pH 6、初始ρ〔U（Ⅵ）〕20 mg/L、吸附时间1 h、吸附体系温度328 K. ③BC、NBC对U（Ⅵ）的吸附动力学均符合伪二级动力学方程,R2均为0.999;等温吸附过程均符合Sips等温吸附模型,R2均大于0.914.研究显示,NBC的吸附能力强、环境耐受性好,具有很好的应用潜力.      

改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附

700℃热解温度下制备大豆秸秆生物炭,并利用酸、碱、氨基修饰和铁磁化4种方法对其进行改性,比较4种改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附性能及机制,同时考察溶液pH值、温度和添加量对吸附效果的影响,并探讨了改性大豆秸秆生物炭在提高土壤对咪唑乙烟酸吸附固定能力中的应用效果.结果表明,在pH值为2~4的酸性环境中,改性大豆秸秆生物炭吸附效果更好;相对于其他3种方法,铁磁化改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸具有更好的吸附性能,吸附符合准一级动力学模型和Langmuir模型,且Langmuir模型拟合结果表明其对咪唑乙烟酸的最大吸附量可达338.785mg/g;添加1%铁磁性改性大豆秸秆生物炭的土壤对咪唑乙烟酸吸附量提高为对照组的2.37倍.     

改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附

700℃热解温度下制备大豆秸秆生物炭,并利用酸、碱、氨基修饰和铁磁化4种方法对其进行改性,比较4种改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附性能及机制,同时考察溶液pH值、温度和添加量对吸附效果的影响,并探讨了改性大豆秸秆生物炭在提高土壤对咪唑乙烟酸吸附固定能力中的应用效果.结果表明,在pH值为2~4的酸性环境中,改性大豆秸秆生物炭吸附效果更好;相对于其他3种方法,铁磁化改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸具有更好的吸附性能,吸附符合准一级动力学模型和Langmuir模型,且Langmuir模型拟合结果表明其对咪唑乙烟酸的最大吸附量可达338.785mg/g;添加1%铁磁性改性大豆秸秆生物炭的土壤对咪唑乙烟酸吸附量提高为对照组的2.37倍.     

中药渣生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附及机理研究

以传统中药-黄芪废渣为原料,分别在200℃、400℃、500℃、600℃和700℃的厌氧氛围下热解制备生物炭材料（BC200、BC400、BC500、BC600和BC700）,并利用BET比表面积分析、FTIR光谱分析、扫描电子显微镜等方法对其进行表征,同时考察不同投加量、吸附时间、初始浓度和pH值下生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附特征.结果表明,随制备温度的升高,生物炭的表面积及吸附性能也显著增加.相比原状黄芪渣（S_BET=0.42m²/g）,BC700的BET比表面积（S_BET=155.69m²/g）增大370倍,对磺胺甲基嘧啶的吸附容量增加185倍.BC700对磺胺甲基嘧啶的等温吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.9977）,最大吸附容量为11.96mg/g,吸附反应过程满足准二级动力学方程（R²>0.994）,且为化学吸附.同时随着溶液初始pH值和投加量的升高,生物炭的吸附容量先增大后减小,最佳吸附pH值为4.     

油茶果壳改性生物炭吸附性能及其耦合淹水对土壤Cd形态影响

研究选取湖南典型农业废弃物油茶果壳为原材料,尝试采用Na₂SiO₃溶液浸泡油茶果壳粉末方法,制备改性生物炭（MBC）,并开展不同生物炭材料对溶液中镉（Cd）的吸附与其耦合淹水对土壤中Cd的活性阻控性能研究.用扫描电镜（SEM）、比表面积测试（BET）和傅里叶红外光谱（FTIR）等表征手段对生物炭的物理化学性质进行分析.结果显示,MBC相比未改性生物炭（BC）拥有更大的比表面积与更加丰富的官能团种类,且对溶液中Cd²⁺具有更强的吸附能力.土壤淹水实验结果表明,淹水可使土壤pH值升高,同时降低酸可溶态Cd组分含量,且随着淹水时间的延长,土壤酸可溶态Cd含量呈逐渐向残渣态转化趋势,而生物炭添加耦合淹水比淹水对照处理能明显进一步促进可溶态Cd向残渣态转化,降低酸可溶态Cd含量.酸可溶态Cd组分含量与生物炭的添加量呈显著负相关关系,淹水60 d时,5.0%添加量的MBC实验组土壤酸可溶态Cd含量约为0.33 mg·kg^-1,相比仅淹水的对照处理降幅约为45.0%.综上可知,硅酸钠溶液改性油茶果壳生物炭是一种Cd污染水土和土壤治理的新型有效材料,研究结果同时为油茶果壳的资源化途径提供了方法参考.     

溶磷微生物改性生物炭吸附重金属的机理研究

利用磷溶菌（PSB）对稻壳（RB）和污泥（SB）生物炭进行不同时间的改性,研究了其对水体中Pb²⁺和Cd²⁺（1000mg/L）的修复机制.主要通过测定改性生物炭的理化特性和重金属含量,并利用结构方程模型研究了微生物改性生物炭对重金属的吸附机理.结果表明,PSB显著改善生物炭的孔径结构、比表面积BET （增加了12.5%~175.0%）和表面官能团.特别是还增加了生物炭中C和P元素的释放,促进了生物炭表面的生物矿化机制.PSB改性显著提高了生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附作用（RB提高：Pb²⁺=9.5%~34.5%,Cd²⁺=34.7%~219.9%,SB提高：Pb²⁺=65.3%~101.3%,Cd²⁺=106.6%~248.6%）.通过Pb和Cd的修复差异,发现不同重金属对微生物的胁迫是导致改性生物炭对重金属的修复反应路径相反的原因.此外,结构方程模型证实6~12h的PSB改性效果最好,且BET不是主要影响因素.不同的生物质炭改性后的修复机制也存在明显差异,孔径结构（R_max²=0.99）是改性RB的主要吸附途径,化学沉淀（R_max²=0.99）是改性SB的主要吸附途径.     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.