生物炭对土壤吸附邻苯二甲酸二乙酯的影响

选择花生壳为原材料,采用限氧升温法在450、700℃温度下分别热解2、4、6 h制备6种生物炭,在对其表面性质和元素组成进行分析的基础上,重点考察生物炭对土壤吸附邻苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate,DEP)的影响。结果表明:生物炭的比表面积和总孔体积随着热解温度的升高而增加,热解时间的延长也会提高比表面积和总孔体积,而4 h是较为适宜的热解时间;生物炭中元素组成主要受热解温度的影响,热解时间的作用很小,热解温度的升高使生物炭的芳香性增强,极性降低;添加生物炭能显著提高土壤对DEP的吸附能力;Langmuir模型和Freundlich模型均能较好地拟合添加生物炭土壤对DEP的吸附特征;在不同的平衡浓度条件下,生物炭对土壤吸附DEP的贡献率介于82.07%~99.49%之间,表明生物炭对土壤中DEP的吸附发挥着主导作用。相关分析发现,吸附参数ΔKoc与生物炭的比表面积和总孔体积具有显著相关性,提高比表面积和改善孔隙结构可以增强生物炭对DEP的吸附能力。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

生物质炭添加量对BDE-47在土壤中吸附和解吸行为的影响

研究了添加生物质炭对2,2’,4,4’-四溴联苯醚(BDE-47)在土壤中吸附和解吸行为的影响。结果表明,在受试天然土壤中添加不同量的生物质炭,土壤对BDE-47吸附能力的变化程度也将不同,当生物质炭添加量为2.0%(质量分数,下同)以下时,随着生物质炭添加量的增加,土壤对BDE-47吸附能力的提高程度越明显,BDE-47的解吸滞后性则呈现先上升后下降的趋势。当生物质炭添加量为0.1%、0.5%时,土壤单点分配系数分别为原土壤的0.98~1.39、1.02~1.50倍;当生物质炭添加量为1.0%、2.0%时,土壤单点分配系数分别为原土壤的1.44~1.68、3.25~3.27倍;生物质炭添加量为1.0%时,BDE-47的解吸滞后性最显著。     

改良剂对土壤Cu形态转化及其生物可给性的影响

通过室内土壤培养实验,研究添加9种不同改良剂(沸石、石灰、磷矿粉、油菜秸秆、堆肥、赤泥、生物调理剂、生物炭和骨炭)对污染土壤Cu化学形态和生物可给性的影响。培养2个月,除堆肥处理外,添加5%的其他8种改良剂均显著地提高了土壤的p H值,提高效果为石灰生物炭赤泥生物调理剂油菜秸秆=骨炭磷矿粉沸石。培养2个月后,添加所有改良剂均显著地降低了土壤中酸可提取态Cu的含量,生物调理剂、生物炭和骨炭处理效果最为显著,分别比对照下降28%、18.1%和33.7%。添加不同的改良剂对土壤Cu的生物可给性也有影响。培养1个月,石灰、生物炭和骨炭处理分别导致土壤中生物可给性Cu含量比对照降低9.8%、10.5%和18.3%;培养2个月,赤泥、生物炭和堆肥处理分别导致生物可给性Cu含量比对照降低13.2%、17.6%和18.6%。研究表明,生物炭和骨炭可作为Cu污染土壤的理想改良剂。     

玉米芯生物炭对河岸带土壤中乙草胺和阿特拉津的吸附性能

为改善农药对河岸带土壤污染状况,进而防控农业面源污染,以玉米芯为原料制备生物质炭,利用模拟实验研究其对河岸带土壤中乙草胺和阿特拉津的吸附性能影响,并探讨了其吸附机理。结果表明:河岸带土壤中添加生物炭可使乙草胺和阿特拉津的吸附容量显著增强,其吸附热力学过程与Freundlich和Langmuir模型拟合均有较好的相关性。与对照土壤相比,添加质量分数为1.0%生物炭的土壤对乙草胺的最大吸附量从13.28μg·g~(-1)升高到769.23μg·g~(-1);添加质量分数为0.3%生物炭的土壤对阿特拉津的最大吸附量从70.92μg·g~(-1)升高到333.33μg·g~(-1)。伪二级动力学速率方程对河岸带土壤吸附乙草胺和阿特拉津的过程拟合效果较好,优于一级动力学速率模型的拟合结果,吸附量以及吸附速率均与土壤中生物炭投加量成正比。玉米芯生物炭可作为河岸带土壤的修复剂,降低乙草胺和阿特拉津的迁移性。     

生物质炭对污染土壤中的镉生物有效性及阿特拉津消解的影响

通过室内土培实验,研究添加1%在300℃和700℃制备的甘蔗叶生物质炭(BCst-300、BCst-700)和蚕沙生物质炭(BCse-300、BCse-700)对复合污染土壤中镉生物有效性和阿特拉津消解的影响;从土壤p H值、阳离子交换量、有机碳和微生物生物量碳、氮的变化初步探讨添加生物质炭影响土壤镉生物有效性和阿特拉津消解的机理。研究表明,添加生物质炭显著降低了土壤镉的生物有效性,同时加快了阿特拉津的生物降解,培养结束(60 d)时,添加BCst-300、BCst-700、BCse-300和BCse-700土壤中有效镉含量分别比对照降低了23.03%、31.43%、47.84%和38.69%,阿特拉津消解率分别比对照提高了12.45%、7.85%、49.10%和40.76%,其中蚕沙生物质炭对降低土壤镉的有效性以及促进阿特拉津生物降解效果优于甘蔗叶生物质炭,且BCse-300的效果最为显著。相关性分析结果表明,土壤镉的生物有效性与土壤p H值和阳离子交换量呈极显著负相关性,说明提高土壤p H值和阳离子交换量是外源生物质炭降低土壤镉的生物有效性的重要机制;阿特拉津残留量与土壤p H值、阳离子交换量、微生物生物量碳、氮均呈极显著负相关性,表明生物质炭可以通过改变土壤p H值、阳离子交换量、微生物生物量碳、氮从而促进土壤中阿特拉津的降解。     

水稻秸秆生物炭对罗丹明B的吸附与降解

生物炭对污染物的吸附是生物炭环境效应研究的重要环节,而生物炭中的自由基对有机污染物降解行为的影响还没有得到应有的关注。以水稻秸秆为原材料,研究不同热解温度下制备的生物炭对罗丹明B的吸附和降解,通过荧光光谱法分析生物炭-罗丹明B体系反应前后上清液荧光光谱特性的变化来表征其中的降解现象。结果表明,在350℃和500℃生物炭-罗丹明B反应体系中,其上清液荧光光谱明显发生蓝移现象,表明该体系中存在着明显的降解现象。通过对这2个体系反应后生物炭固体颗粒的萃取来对降解作用进行定量分析,降解作用在这2个体系中所占的比例分别为28%和30%。水稻秸秆生物质炭对罗丹明B具有较好的吸附效果,Freundlich方程可以较好地描述水稻秸秆生物质炭对水中罗丹明B的吸附行为,固液比在3∶1 000时生物炭最大吸附量为3.33 mg·g-1。这表明在水稻秸秆生物炭-罗丹明B反应体系中,不仅存在吸附作用,还伴随降解作用。     

生物炭对双酚A和17α-乙炔基雌二醇在土壤中吸附的影响

研究了添加生物炭对土壤吸附双酚A(BPA)和17α-乙炔基雌二醇(EE2)的影响。结果表明:BPA和EE2在添加生物炭前后的土壤中的等温吸附线都能被Freundlich模型很好地拟合,所有等温吸附线都呈现出非线性(非线性参数n在0.40~0.79之间),且添加生物炭之后吸附参数KF显著增大。根据等温吸附线,在污染物的平衡浓度为0.01 mg·L-1时,添加4%生物炭后,BPA和EE2的土水分配系数(Kd)分别提高了2.6和3.0倍,此时生物炭对土壤吸附BPA和EE2的贡献度分别达到72.5%和88.5%。进一步研究发现,添加生物炭使土-水吸附系统的p H及溶解性有机质浓度(DOC)升高,这对污染物在土壤中的吸附分别表现为一定的抑制和促进作用。添加生物炭对土壤吸附EE2的促进效果优于BPA,这主要是由于EE2比BPA具有更强的疏水性。     

钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响

为了得到效果好的复配钝化材料,采用正交设计,通过培养实验探讨生物炭、粉煤灰、汉白玉3种钝化材料不同复配方式对土壤pH的影响和对镉(Cd)的钝化效果,从中筛选出6种效果较好的复配方式,并以小白菜为供试植物,通过盆栽实验和大田实验探讨了钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响。结果表明:3种钝化材料不同复配方式均能显著提高土壤pH,降低土壤有效Cd含量,统计分析发现钝化材料复配过程中对Cd降幅的影响表现为汉白玉粉煤灰生物炭。钝化材料添加后,盆栽和大田条件下小白菜可食部位Cd含量均显著降低,综合2种实验条件下小白菜生物量和可食部位Cd含量的变化,1.5%生物炭+1.5%粉煤灰+0.5%汉白玉、1%生物炭+0.5%粉煤灰+1%汉白玉2种复配方式效果最好。     

电晕放电等离子体对水中邻苯二甲酸二甲酯的降解

采用电晕放电等离子体降解水中的邻苯二甲酸二甲酯,研究了放电输出功率、溶液初始浓度、空气流量、初始p H、Fe2+和羟基自由基清除剂对邻苯二甲酸二甲酯去除效率的影响,并对其降解动力学进行了初步模拟。结果表明,电晕放电等离子体对水中邻苯二甲酸二甲酯有较好的去除效果。在放电功率45 W、初始浓度50 mg·L~(-1)、空气流速2 L·h-1、初始p H 6.31、初始电导率4.05μS·cm-1的条件下,反应30 min,邻苯二甲酸二甲酯的去除率可达到95%。酸性条件下有利于邻苯二甲酸二甲酯的降解。添加Fe2+,在反应初期可显著提高邻苯二甲酸二甲酯的降解率。羟基自由基清除剂的加入在一定程度上抑制了邻苯二甲酸二甲酯的降解。电晕放电等离子体降解邻苯二甲酸二甲酯的过程基本符合一级反应动力学。     

椰纤维生物炭添加对海南花岗岩砖红壤吸附Pb(Ⅱ)的影响

海南花岗岩砖红壤与300、500和700℃3种不同裂解温度下的椰纤维生物炭(分别记为YA300、YA500和YA700)混合培养30 d,进行批量等温吸附和解吸实验,研究不同裂解温度椰纤维生物炭添加对土壤吸附Pb(Ⅱ)性能的影响和机理,为生物炭对重金属污染土壤修复的研究提供理论依据。采用Langmuir和Freundlich吸附模型分析处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附差异,用吸附和解吸量推算方法研究处理土壤对Pb(Ⅱ)的静电吸附和非静电吸附差异。结果表明:经过30d的培养,椰纤维生物炭的添加显著提高了土壤的p H值和阳离子交换量(CEC值),提升幅度为YA700、YA500、YA300;生物炭的添加也提高了处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力,同时也提高了土壤对Pb(Ⅱ)的非静电吸附,提升幅度也为YA700、YA500、YA300;Langmuir模型可以更好地拟合处理添加YA300、YA500土壤和对照土壤对Pb(Ⅱ)的等温吸附。基础土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为3.53 mg·g-1,添加YA300、YA500和YA700培养后土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别增加为4.49、4.92和6.03 mg·g-1。由于基础土壤的p H值和CEC值较低,椰纤维生物炭添加培养主要提高了处理土壤的p H值、CEC值以及土壤的负表面电荷,增强了土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力和非静电吸附百分比,从而降低Pb(Ⅱ)在土壤中的活性。     

粘土矿物材料吸附去除水中痕量邻苯二甲酸酯

研究了天然沸石、2种有机改性沸石及Mg/Al水滑石对水中痕量邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯和邻苯二甲酸二辛酯的等温吸附情况和吸附机理,并与活性炭的吸附性能进行了比较。结果表明,Freundlich和Langmuir吸附等温方程均可以很好地描述天然沸石和Mg/Al水滑石对邻苯二甲酸酯的吸附,2种有机改性沸石对邻苯二甲酸酯的吸附更符合Linear吸附等温方程。与活性炭相比,天然沸石对邻苯二甲酸酯的吸附效果较差;2种有机改性沸石和Mg/Al水滑石对分子尺寸较小的邻苯二甲酸酯物质邻苯二甲酸二甲酯的去除率较低,分别低31.8%、31.4%和19.8%,但对分子较大的邻苯二甲酸酯物质邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯和邻苯二甲酸二辛酯的去除效果相差不大。     

芦苇生物炭复合载体固定化微生物去除水中氨氮

为了去除水体中的氮素并实现水生植物的有效利用,以芦苇生物炭为无机载体,结合海藻酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)作为复合载体,固定驯化后的硝化污泥制成固定化颗粒,去除水中氨氮。通过考察固定化颗粒机械强度、酸碱稳定性及传质性能,探究了生物炭添加量及生物炭粒径对固定化颗粒降解氨氮性能的影响。结果表明,芦苇生物炭有丰富的孔结构,表面含有较多的含氧官能团和胺基、磺酸基、羧基和酰胺基等基团,从而具有良好的吸附性能以及较强的酸碱缓冲能力,有利于微生物的黏附和增殖。以添加芦苇生物炭作为复合载体,固定化颗粒的破损率降低了2.4%,酸碱稳定性和传质性分别提升12.5%和55.8%;在72 h内,可以使氨氮降解率达到96.3%。此外,不同粒径生物炭的固定化颗粒对氨氮的吸附量有显著影响,随着生物炭粒径从0.60 mm减小至0.15 mm,氨氮的最大吸附量可以从0.30 mg·g~(-1)增加到0.46 mg·g~(-1)。因此,在固定化微生物的载体中添加生物炭,可以提升固定化颗粒性能,打通微孔孔道从而有利于基质的运输和扩散;同时减小生物炭粒径,为微生物提供更多的吸附位点,从而显著提高固定化微生物对氨氮的降解能力。     

污泥生物炭对土壤中Pb和Cd的生物有效性的影响

以污泥为原料,在500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合X射线能谱(EDS)、环境扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等表征手段,分析添加污泥生物炭后污染土壤pH和Pb与Cd化学形态的变化来探究污泥生物炭对土壤中Pb、Cd的固定效果,并用盆栽方式评估添加污泥生物炭对小青菜生物量及体内重金属含量的影响。结果表明:添加污泥生物炭后,污染土壤的pH随平衡时间的延长显著升高;对于单一污染土壤和复合污染土壤,污泥生物炭对Pb和Cd均有较强的固定作用,而污泥生物炭在复合污染土壤中对Pb的固定效果优于在单一污染土壤中;添加污泥生物炭能提高小青菜的生物量,且能有效降低小青菜对污染土壤中Pb和Cd的吸收。     

新制备生物炭的特性表征及其对石油烃污染土壤的吸附效果

生物炭作为一种绿色环保的功能材料因其在污水处理和污染土壤修复方面具有显著效果而受到极大关注.采用红外光谱、元素分析仪及微孔分析对不同温度(200、300、400、500和600℃)条件下制备的木屑和麦秆生物炭进行特性表征,并采用制备的生物炭净化石油污染土壤,分别考察了污染物性质、生物质原料和热解温度对其净化效果的影响.结果表明,随着热解温度的增高,生物炭芳香化程度增加,极性降低,微孔结构逐渐发育,表面积增大.加入生物炭33 d后,污染土壤中总石油烃及其组分烷烃的浓度比对照略有降低,而PAHs浓度下降显著.随着热解温度升高,2种生物炭对PAHs的吸附强度均逐渐增大,芳香度增高、表面积增大是强吸附的主要原因.2种生物炭在400℃及以下温度制备时对PAHs的吸附强度为:木屑生物炭＞麦秆生物炭;而400℃以上温度制备的生物炭吸附强度则相反,即麦秆生物炭＞木屑生物炭,说明生物炭原料对其吸附强度也具有显著影响.     

土壤铜形态和生物有效性对施用生物质炭的响应

采用改进的Tessier方法对土壤Cu形态进行分级,研究了添加生物质炭对土壤重金属Cu形态、生物有效性和小麦生长及生理指标的影响。结果表明,石灰性土壤中Cu主要以碳酸盐结合态、氧化态和残渣态形式存在,三者占土壤Cu的90%以上。添加生物质炭后,土壤中的碳酸盐结合态铜、氧化态铜含量有所减少,但不显著;有机物结合态铜含量增加了131.25%,达到极显著水平,其中主要增加了紧有机结合态。添加生物质炭在培养一定时间后(30 d后)土壤有效态铜含量降低,120天时最大降低幅度达50.66%,添加生物质炭提高了冬小麦的根系重、茎秆干重、籽粒干重和灌浆期旗叶叶绿素含量,降低了根系、茎秆和籽粒的含铜量以及超氧化物歧化酶(SOD)活性,并随着生物质炭施用量的增加有显著性差异。综合看来,生物质炭对土壤铜污染具有钝化作用。     

生物炭对Cd污染土壤的修复效果与机理

通过修复培养实验和BCR连续提取实验研究牛粪生物炭(DM)和水稻秸秆生物炭(RS)对2种镉污染土壤的修复效果、影响因素及修复后的Cd的形态分布,探讨可能存在的修复机理。经56 d修复后,与CK相比,5%添加量的牛粪生物炭(DM5%)和水稻秸秆生物炭(RS5%)使TCLP提取态Cd在S1土壤中分别降低了15%和18%,在S2土壤中分别降低了5%和6%。但生物炭添加量为1%时对S2土壤中Cd无显著修复效果。DM5%和RS5%处理使Cd的酸可溶态在S1土壤中降低8.66%和9.25%,在S2土壤中降低7.86%和13.4%,相应的残渣态在S1土壤中升高8.30%和10.54%,在S2土壤中升高8.67%和14.92%。同时,DM5%和RS5%处理使土壤p H提高了7.69%~13.13%,TCLP提取态P增高了0.046~0.39 mg·g~(-1)。结果表明,添加量为5%的牛粪生物炭和秸秆生物炭可有效修复Cd污染土壤。     

硫酸亚铁铵活化过硫酸钠降解土壤吡虫啉的研究

为探究硫酸亚铁铵与过硫酸钠对土壤中吡虫啉降解率的影响,实验设定两种降解试剂添加量均为0.2、0.5、1.0 mmol,土壤中吡虫啉质量浓度为33.0、49.5、66.0μg/g,农作物土壤为水稻、玉米与茶叶土壤,温度为-4、25℃。结果表明：1.0 mmol过硫酸钠与0.2 mmol硫酸亚铁铵对水稻土壤中吡虫啉的降解率最佳,最高可达98.8%,且前120 min内降解速率较快。3种吡虫啉浓度的降解效果没有显著差异(p>0.05);温度对降解率的影响不显著(p>0.05)。土壤中有机碳与pH越低,越有利于过硫酸钠与硫酸亚铁铵降解土壤中吡虫啉。     

赤泥对污染土壤Pb、Zn化学形态和生物可给性的影响

通过土壤培养实验,研究添加赤泥对污染土壤中Pb、Zn化学形态和生物可给性的影响。结果表明,不同赤泥用量处理均可显著降低土壤中HOAc提取态Pb、Zn含量。当赤泥用量为5%时,培养1、2和3个月后,HOAc提取态Pb含量分别比对照下降62.5%、65.3%和73.5%;HOAc提取态Zn含量分别比对照下降56.7%、65.8%和67.4%。培养3个月后,只有1%赤泥用量处理显著降低了土壤中生物可给性Pb含量,而不同用量赤泥处理均显著降低了土壤中生物可给性Zn含量。研究表明赤泥是一种钝化污染土壤中Pb、Zn的潜力添加剂。     

添加给水厂残泥对稻田土壤中毒死蜱环境赋存及厌氧降解的影响

给水厂残泥(WTR)是给水厂混凝过程产生的安全废弃物,是一种高效低廉的毒死蜱吸附材料。为评估将WTR作为吸附材料添加于土壤中缓解毒死蜱危害的可行性,探究了添加WTR对稻田土壤中毒死蜱环境赋存、厌氧降解及其代谢产物TCP形成的影响。实验结果表明:毒死蜱首要厌氧降解途径是快速水解为TCP,添加WTR显著降低了土壤中毒死蜱与TCP的生物有效性(P0.05)。72 d厌氧培养时间内,未添加WTR土壤中高达79%的毒死蜱主要以生物可利用态存在;在WTR添加土壤中,72%~95%的毒死蜱以稳定的残渣态存在,但毒死蜱在土壤中的降解速度因此减慢,TCP生成量随之减少。在未添加WTR土壤中,92%以上的TCP以水溶态为主,添加WTR可有效减少其水溶态所占比例,WTR添加量为10%时,其水溶态含量降至47%。随着WTR添加量增加,毒死蜱与TCP由土壤向上覆水迁移的量显著减少(P0.05)。未添加WTR的土壤水溶液体系上覆水中毒死蜱和TCP浓度分别高达537μg·L~(-1)和1 750μg·L~(-1),添加2%WTR可使其最高浓度分别降低50%。在厌氧滞水的稻田土壤中,WTR主要金属元素(Fe、Al和Mn)稳定性强,二次污染风险较低。综合以上研究结果,WTR适于作为土壤添加物应用于毒死蜱与TCP污染控制。