羊粪生物炭对水体氨氮吸附特性研究

以山羊粪便为原料,在300℃和700℃缺氧热解条件下制备生物炭,分别记为D300和D700。使用扫描电镜表征生物炭结构特征,运用比表面积仪测定其比表面积和孔径大小,以此探究不同热解温度条件下羊粪生物炭的内部结构及比表面积特征。以水体氨氮(20 mol/L)为目标污染物,以D300和D700为吸附剂,研究不同氨氮浓度、温度、pH以及吸附剂投加量等因素对水体氨氮吸附的影响以及吸附特性。结果表明:热解温度从300℃上升到700℃,生物炭的比表面积、总孔容随之增大,平均孔径反之减小,吸附效率从15.72%提升到24.73%。羊粪生物炭吸附水体氨氮的最佳pH在6～8;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R~2=0.999 1)比准一级动力学方程(R~2=0.663 3)能更好地拟合动力学数据。吸附等温曲线拟合发现Langmuir方程(R~2=0.842 74)能更好地描述氨氮在羊粪生物炭上的吸附行为。吉布斯自由能变化、焓变和熵变的计算结果表明:羊粪生物炭对氨氮的吸附过程是自发的吸热过程。700℃条件下制备的羊粪生物炭比D300拥有更好的吸附性能。     

芦苇基和污泥基生物炭对水体中诺氟沙星的吸附性能

以芦苇秸秆和市政污水处理厂污泥为原料,在500℃的条件下制备了芦苇基和污泥基生物炭.利用比表面积测定法(BET)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和红外光谱(FTIR)研究了生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究p H、吸附时间、温度、诺氟沙星(NOR)初始浓度对吸附效果的影响,初步讨论了吸附机制.结果表明,NOR在芦苇基和污泥基生物炭上的吸附在12 h分别达到总吸附量的70%、60%以上;芦苇基和污泥基生物炭对NOR的饱和吸附量分别为2.13 mg·g-1和2.09 mg·g-1;降低溶液p H有利于NOR的吸附;生物炭对NOR的吸附行为符合准二级动力学方程,其等温吸附曲线符合Langmuir方程.对吸附过程吉布斯自由能(ΔG)、焓(ΔH)以及熵(ΔS)的计算证明生物炭对NOR的吸附是自发的吸热反应;红外光谱分析表明,生物炭上较多含氧官能团为NOR的吸附提供了吸附点,有利于NOR分子与生物炭间形成作用力较强的氢键,氢键为NOR吸附在生物炭上的主导作用力.     

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700 ℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液pH、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.      

木棉生物炭对水体中Cr(Ⅵ)的吸附特性和机制研究

选取木棉为原材料,在不同温度下制备成生物炭.实验考察了溶液初始pH、不同热解温度及生物炭投加量对吸附效果的影响,并利用吸附动力学、吸附等温线及SEM-EDS、FTIR、XPS、Zeta电位等手段研究木棉生物炭对水溶液Cr(Ⅵ)的吸附特性及吸附机理.结果表明,热解温度为400℃,固液比为2∶1,pH=2.0时,木棉生物炭...     

不同生物质制备的生物炭对菲的吸附特性研究

以不同来源的生物质(荔枝树枝、小麦和水稻秸秆)为原料,在限氧条件下制备生物炭,对其进行表征,并进行吸附实验研究生物炭对菲的吸附特性。结果表明:生物炭的结构和理化性质随着生物质来源和热解温度的不同而呈现出明显的差异;荔枝树枝生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)要明显大于小麦秸秆和水稻秸秆制备所得的生物炭,说明木本植物来源的生物炭与草本植物来源的生物炭在结构性质上有着明显的差异;不同温度(300,400,500,600℃)制备的荔枝树枝生物炭对菲的吸附研究表明,随着热解温度的升高,生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)明显增强,吸附等温线的线性程度降低。生物炭吸附菲的可能机制有疏水效应、孔隙填充效应以及π-π共轭反应等。     

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pH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pH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pH值为4~7时,添加生物炭的土样饱和吸附量随pH升高呈缓慢降低,当pH值大于7时,吸附容量随pH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.     

生物炭对西北黄土吸附壬基酚的影响

以壬基酚(nonylphenol,NP)为目标污染物,采用批量实验法研究其在添加不同温度制备的小麦秸秆生物炭的黄土中的吸附动力学、吸附热力学,以及粒径、pH等影响因素.结果表明,不添加生物炭黄土吸附NP的快反应时间为10 h,而加入生物炭后,黄土对NP吸附的快反应时间缩短,为6 h;且快反应阶段添加生物炭黄土明显比不添加生物炭黄土对NP的吸附量多,但碳化温度不同的生物炭在此阶段吸附量差别较小.黄土和添加生物炭黄土对NP的吸附平衡时间均为16 h且符合准二级动力学模型.无论是否添加生物炭,NP在黄土上的热力学吸附过程都较好地符合Freundlich等温吸附模型,符合L-型吸附等温模式;随着系统温度的升高,黄土和添加生物炭的黄土对NP的饱和吸附量都呈增大趋势;NP的吸附自由能ΔGθ0,焓变ΔHθ0,熵变ΔSθ0,表明此吸附是一个自发吸热且混乱程度增大的吸附过程.在同一温度下,随着生物炭碳化温度的升高,NP在添加生物炭黄土中的吸附量逐渐增大.添加生物炭黄土的粒径越小,对NP的吸附量越大.pH值为4~7时,添加生物炭黄土吸附量随pH值的增大而增加;pH为7~10时,吸附量又随pH值增大而减小;表明添加生物炭黄土在中性范围内对NP的吸附效果最好,酸性和碱性都不利于NP的吸附.     

造纸污泥生物炭对四环素的吸附特性及机理

以造纸污泥为原料,在限氧条件下,通过控制热解温度(300,500和700℃),制备生物炭(SBC300、SBC500和SBC700),比较了3种生物炭的基本理化性质;以四环素(TC)为目标污染物,研究了造纸污泥生物炭(SBC)对TC的吸附特性及机理.结果表明,SBC对TC的吸附以化学吸附为主,吸附平衡时,SBC300对...     

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BCcs > BCn > BCps,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.     

牛粪生物炭对水中氨氮的吸附特性

以牛粪生物炭为吸附剂,研究了p H、粒径、投加量、温度和共存阳离子等因素对牛粪生物炭吸附氨氮的影响及吸附特性.结果表明,共存阳离子Na+、Ca2+的存在对牛粪生物炭吸附氨氮有抑制作用,在Na+、Ca2+浓度相同条件下对氨氮吸附影响大小顺序为Na+Ca2+;牛粪生物炭吸附氨氮的最佳初始p H值应在5~8范围;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R2=0.967 3)比准一级动力学方程(R2=0.765 9)和Elovich方程(R2=0.724 9)能更好地拟合动力学数据,颗粒内扩散方程拟合结果发现牛粪生物炭对氨氮的吸附包括表面吸附和颗粒内扩散两个过程.吸附等温线拟合发现Freundlich方程(R2=0.976 2)能很好地描述氨氮在牛粪生物炭上的吸附行为.吉布斯自由能变化(ΔGθ)、焓变(ΔHθ)和熵变(ΔSθ)的计算结果表明,牛粪生物炭对氨氮的吸附是自发的吸热过程.     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度（350、450、550、650和750℃）的畜禽粪便生物炭产率、重金属（Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni）含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量（Cd除外）逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪＞猪粪渣＞牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

针铁矿吸附诺氟沙星特征的研究

根据OECD Guideline 106批平衡实验.分别研究了pH值对针铁矿吸附诺氟沙星的动力学特征和吸附量的影响以及诺氟沙星的吸附热力学特征,并探讨了其可能吸附机理.结果表明,不同pH值(3.5,5.0,5.6和6.2)时,诺氟沙星在经历了约6h的快速吸附阶段后,均进入缓慢吸附阶段,吸附平衡时间为48h.伪二级动力学方程能够较好地描述不同pH值条件下诺氟沙星针铁矿上的吸附动力学特征. 影响吸附量大小的pH值依次为5.6>5.0>6.2>3.5,主要决定于诺氟沙星和针铁矿的不同形态间的乘积之和,针铁矿表面的吸附作用主要以诺氟沙星的兼性离子为主.吸附等温线较好地符合Freundlich方程,温度从15℃升高到35℃时,拟合系数1/n从0.43升至0.61,表明温度升高减弱了针铁矿对诺氟沙星的非线性吸附.ΔH0=-39.45kJ/mol和ΔG0<0表明吸附是自发进行的放热过程,且以离子交换为主,同时可能存在着偶极间作用力和氢键力等作用.ΔS0<0表明吸附过程中熵在减小.     

热解温度对生物炭提升厌氧氨氧化性能的影响

为探究生物炭对厌氧氨氧化工艺中硝酸盐积累的缓解作用,通过批次实验考察了不同热解温度（300,500,700℃）生物炭对厌氧氨氧化系统脱氮性能的影响.结果表明,300,500,700℃生物炭的添加使体系总氮去除率较空白组分别提升了14.6%、7.1%、3.3%,其主要原因是生物炭作为电子介导体促进了硝酸盐的还原,还原产物亚硝酸盐继续进行厌氧氨氧化反应,进一步减少了11.2%、9.1%、5.8%的剩余氨氮.300℃生物炭表面具有丰富的酚类、醛类和酮类等失电子基团,其供电子能力为2.64mmol e^-/g,高于500℃（1.92mmol e^-/g）和700℃（1.32mmol e^-/g）的生物炭,故其更好地强化了体系中的电子转移.微生物群落和功能蛋白分析表明,生物炭的添加增强了Ca.Kuenenia、Pseudomonas、Thauera等丰度,有利于厌氧氨氧化和反硝化菌的富集,同时,生物炭通过促进NapA（EC：1.9.6.1）和NarG（EC：1.7.5.1）等功能基因的表达,强化了反硝化过程的氮代谢水平.     

制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响

生物炭作为新型环境功能材料,在环境污染修复、土壤改良、温室气体减排、强化污水生物脱氮方面应用前景广阔。为探究不同制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响,以竹粉为原料在不同温度条件下制备生物炭,并对其得失电子能力（EEC）、表面官能团及元素组成等进行表征。结果表明：当热解温度从300℃升高到700℃的过程中,电子供给能力（EDC）总体呈先升高再降低的规律,其中300,400℃下热解得到的生物炭EDC最高,分别为0.33,0.35 mmol e^-/g,具有更高的强化生物脱氮潜能;600℃下制备的生物炭EDC最低,为0.07 mmol e^-/g。由元素含量计算所得的平均氧化度C_ox与EDC的结果相对应。随着制备温度的升高,热解所得生物炭的平均氧化度由负值变为正值,300,400℃下热解得到的生物炭的C_ox为负值,表明300,400℃条件下比500~700℃下所得生物炭还原性更强,氧化性更弱,即电子供给能力（EDC）更大,电子接收能力（EAC）更小。傅里叶红外光谱结果显示,300,400℃下热解所得生物炭羟基含量最高,与其EDC的结果相吻合。     

不同热解及来源生物炭对西北黄土吸附敌草隆的影响

以西北黄土为研究对象,采用批量法研究不同温度下制得的生物炭对西北黄土吸附敌草隆的影响.结果表明,敌草隆在添加不同质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,且吸附过程主要分为快吸附(0~8 h)和慢吸附(8~12 h)两个阶段,在12 h左右达到平衡;热力学较好地符合Freundlich等温吸附模型;添加生物炭的黄土对敌草隆的吸附量随着温度的升高而增大,且吸附过程中ΔG~θ小于0,ΔH~θ和ΔS~θ大于0;不加生物炭的黄土对敌草隆吸附量则随着温度的升高而降低,且吸附过程中ΔG~θ和ΔH~θ小于0,ΔS~θ大于0;在体系温度范围内,E(吸附平均自由能)为1.29~5.00 k J·mol-1,表明无论是否添加生物炭,黄土对敌草隆的吸附都以物理吸附为主.其影响因素分析结果显示,随着生物炭热解温度的升高,溶液中敌草隆的平衡浓度降低,平衡吸附量增大;添加生物炭的黄土对敌草隆吸附量在0.5~6 mg·L-1浓度范围内快速上升,之后吸附量随初始浓度的升高缓慢增加并逐渐趋于平衡;溶液pH对黄土吸附敌草隆有一定影响,但影响不大.     

裂解温度对新疆棉秆生物炭物理化学性质的影响

生物质的裂解温度影响其所生产的生物炭炭的物理和化学性质,进而影响其田间应用效果。棉花秸秆是干旱区特别是新疆地区的主要农业生物质资源,其生物炭利用途径有望克服现有秸秆利用途径的不足,但对棉秆生物炭理化性质及其变化的认识还很缺乏。本文在不同的裂解温度下对新疆棉秆生物炭物理和化学性质进行研究,发现随着裂解温度的升高,生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低,p H、电导和持水性能提高,Na+、K+趋势不明显,Cl-和SO2-4等盐碱化离子以及Ca~(2+)、Mg~(2+)营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等均提高,NH+4-N在550℃碳化条件下含量最高。因此在田间应用中,应针对土壤特点和解决的问题,调控碳化温度,从而达到趋利避害的目的。