生物炭活化过一硫酸盐降解水中四环素的研究：表征、催化活性、反应条件优化和机理

采用椰壳、玉米芯和稻壳作为前驱体制备出3种生物炭,并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)降解水中的四环素.结果表明,玉米芯生物炭(CC-BC)的催化活性最高,反应120 min,四环素的去除率高达71.2%.根据生物炭的表征结果可知,CC-BC优异的催化性能归因于其巨大的比表面积和较高的表面缺陷度.同时,对PMS用量、催化剂用量、溶液pH、反应温度和水质等影响四环素降解的因素进行了研究.自由基猝灭试验和电子顺磁共振测试(EPR)的结果表明,四环素的降解包括自由基和非自由基两种路径,CC-BC/PMS反应体系中产生了SO₄^·-、·OH、O₂^·-和¹O₂活性物种.最后,重复使用性试验证明CC-BC具有良好的稳定性.     

污泥基活性炭-甲醇工质对吸附/解吸特性

将市政生物污泥资源转化与吸附制冷能效提升相交叉融合,通过炭素前驱体进行复配、KOH催化炭化及磷酸催化活化相结合的压块炭改进工艺对污泥基活性炭的孔结构进行原位调控,制备了4种新型污泥基活性炭（WNC-4/3/2/1）;对比研究了以污泥炭和甲醇制冷剂为工质对的吸附制冷床的吸附/脱附循环、制冷量及制冷功率变化特性.结果表明： KOH和磷酸浸渍过程可分别促进微孔及中孔结构的发育,WNC-4的总孔、微孔及中孔容积分别达到0.6960,0.1641和0.5319cm³/g.比表面积与孔结构容积水平的同步提升与甲醇制冷剂吸附/脱附量呈良好的相关性（R²>0.90）.基于Langmuir吸附等温模型（R²=0.9939）计算的最大吸附量Q_L^*达到（552.67±23.83）mg/g;基于Sokoda-Suzuki方程计算的40min内的平衡吸附量和脱附量分别为（372.94±9.504）和（412.55±8.309）mg/g.脱附温度为100℃时,WNC-4吸附制冷系统的稳定脱附量、制冷量和制冷功率分别达到（328.81±10.74）mg/g,（300.34±9.81）kJ/kg和（600.68±19.62）kJ/（kg·h）.     

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.     

油葵茎秆生物炭结构特征及对吡啶的吸附性能

文章以油葵茎秆为原材料,采用缺氧升温热解法制备300、400、500、600、650℃的生物炭,利用FTIR、SEM、BET对生物炭进行表征,结果发现,随炭化温度升高,生物炭的含氧官能团数减少,比表面积增大,孔隙结构更加丰富。在650℃制备的生物炭具有最丰富的孔隙结构,比表面积最大,达到321.730 7 m²/g。吡啶吸附实验结果表明,650℃制备的生物炭(Y650)的吸附性能最佳,吡啶饱和吸附量达到33.64 mg/g。相同条件下,H₂SO₄改性油葵茎秆后制备的生物炭(YS650)对吡啶的饱和吸附量提高了6%,达到35.66 mg/g。Y650和YS650对吡啶的吸附结果表明,当吡啶初始浓度100 mg/L、生物炭添加量4 g/L、pH=7,吸附12 h后,Y650和YS650对吡啶的吸附达到平衡,饱和吸附率分别达到67.29%和73.35%。     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

农业废弃物基生物炭对水溶液中镉的吸附效果与机制

以畜禽粪便（牛粪、鸡粪、猪粪）为原料分别在300℃和700℃下制备生物炭,以作物秸秆（小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆）为原料分别在300℃和500℃下制备生物炭,利用比表面积和孔径分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪和CHN分析仪等对农业废弃物基生物炭的理化性质、表面结构和元素组成进行表征,研究生物炭理化性质差异和其对镉吸附效果和机制.结果表明,不同农业废弃物基生物炭对Cd²⁺的等温吸附符合Langmiur方程,拟合结果发现随着热解温度的升高,牛粪、鸡粪和猪粪基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量分别从83.40、19.65和96.74 mg·g^-1增加至106.54、 268.89和164.53 mg·g^-1;而不同热解温度下制备的秸秆基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量差异不显著.农业废弃物基生物炭呈碱性,除牛粪生物炭外,灰分含量随热解温度上升而增加.随着热解温度的上升,生物炭孔隙结构变丰富,含氧官能团增加,出现芳香结构.通过定量分析,发现生物炭Cd²⁺总...     

掺氮生物炭活化过硫酸盐降解双酚A的研究

该文以悬铃木为生物质原料制备生物炭,以尿素为前驱体,采用不同的热解温度(400、500、600、700、800、900℃)制备含有不同活性组分比例的氮掺杂生物炭(NCX)。NCX作为催化剂被首次用来深入研究过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)降解水中双酚A(BPA)的不同活化机制。在PMS+NCX体系中,较低制备温度的NC500便能够表现出对BPA去除的优异催化性能,而在PDS+NCX体系中,随着温度的升高,NCX催化剂的催化性能逐渐提高。化学淬灭试验、电子顺磁共振以及NBT测试证明在PMS+NC500体系中¹O₂和O₂^·-是主要的活性氧物种(ROS),而在PDS+NC900体系中,O₂^·-是主要的活性氧物种。通过一系列的电化学测试,作者发现在两体系中降解BPA的过程中均存在非自由基途径(电子转移)。     

茶渣生物炭制备及其对溶液中四环素的去除特性

以茶渣(tea waste)为对象,在300、 500和700℃限氧条件下热解制备成生物炭(TWBC300、 TWBC500和TWBC700),研究其对溶液中四环素(tetracycline,TC)的去除特性.采用元素分析、比表面积分析仪、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对TWBC300、 TWBC500及TWBC700进行表征;考察生物炭添加量、溶液初始pH、离子类型及强度等因素对四环素去除效果的影响;结合吸附动力学、吸附等温线和仪器表征结果探究生物炭对溶液中四环素的作用机制.结果表明,适合的生物炭投加量为4.0g·L^-1.溶液初始pH对生物炭去除四环素的影响较小.溶液中阳离子类型对生物炭吸附四环素的抑制作用依次是Mg²⁺>Ca²⁺>K⁺>Na⁺.NH⁺₄能略微促进生物炭对四环素的吸附,而铜离子却显著抑制生物炭对四环素的去除.环境温度增加能提升生物炭对四环素的去除效果.拟二级动力学方程和Lan...     

KOH活化鱼鳞基生物炭的制备及其对VOCs的高效吸附去除研究

以废弃生物质罗非鱼鱼鳞为原料,用 KOH一步炭化活化法制备了鱼鳞基多孔生物炭,并借助 XRD、SEM、FTIR及 Boehm等方法对所制备生物炭的孔隙结构、形貌特征及表面化学性质进行表征 .结果表明：650 ℃条件下制备的生物炭（FSBC-1）表面含有最多的含氧基团,其中酚羟基含量为 0.3102 mmol·g^-1,而 850 ℃条件下制备的生物炭（FSBC-3）具备最高的比表面积(3370 m²·g^-1)和孔容(1.91 cm³·g^-1). 静态吸附实验表明,所制备生物炭对非极性分子甲苯的吸附过程符合 Langmuir模型,而 n-layer BET 模型能更好地描述材料对极性分子丙酮的吸附 .298 K条件下,FSBC-3 对 3 kPa 甲苯的吸附量高达 12.75 mmol·g^-1,对 20 kPa 丙酮的吸附量达 16.74 mmol·g^-1. 动态吸附实验和机理分析表明,对于低浓度VOCs,所制备生物炭对非极性分子甲苯的穿...     

不同温度桉树叶生物炭对Cd2+的吸附特性及机制

通过元素分析、BET-N₂、Zeta电位、Boehm滴定,SEM-EDS、FTIR等分析方法对不同热解温度（300、500和700℃）下制备的桉树叶生物炭进行表征,研究了3种生物炭（BC300、BC500和BC700）对Cd²⁺的吸附特性与机制.结果表明,随温度升高,生物炭产率下降,灰分、pH值和Zeta负电荷量上升,比表面积增大.当Cd²⁺浓度为20mg/L时,平衡时间依次为80min（BC700）<360min（BC500）<540min（BC300）,均符合准二级动力学模型（R²>0.98）,以化学吸附为主.BC300和BC500吸附过程均符合Langmuir和Freundlich模型,BC700更符合Freundlich模型,最大吸附量依次为BC700（94.32mg/g） > BC500（67.07mg/g） > BC300（60.38mg/g）.在Boehm滴定结果分析的基础上,结合FTIR和SEM-EDS,表明生物炭吸附机制主要为静电吸附和官能团络合作用.BC700吸附性能最佳,原因可能是具有较大的比表面积、较多的负电荷量和较为丰富的官能团.     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

改性菱角壳生物炭吸附水中土霉素性能与机理

以菱角壳为原料,乙酸钾为活化剂,通过活化碳化一步法制备了改性生物炭（MBC）,对其表面形貌、孔径分布、官能团等表面性能进行了表征,并研究了其对水中盐酸土霉素（OTC）的吸附去除行为.相比于热解生物炭（BC）,MBC有更高的比表面积（1147.80m²/g）、更丰富的孔径结构,更多的含氧官能团和更强的亲水性.溶液pH值在3~8时,MBC对OTC保持较高的吸附量（165mg/g）.拟二级动力学模型和Langmuir模型可以很好地描述MBC对OTC的吸附行为.热力学分析显示MBC对OTC的吸附是一个自发吸热过程.除氢键作用、π-π键堆积作用和阳离子-π键作用以外,孔填充是MBC吸附去除OTC的主要作用机理.0.5mol/L氢氧化钠溶液可有效再生吸附饱和的MBC.因此,MBC作为一种吸附剂去除水和废水中的土霉素具有较好的潜能.     

Mn@海藻酸微球吸附去除盐酸四环素及其类Fenton再生

以海藻酸钠为基体,制备出了Mn@海藻酸复合吸附剂.采用FE-SEM、EDS和FT-IR对产品的结构进行了表征,研究了Mn@海藻酸复合吸附剂吸附去除盐酸四环素水溶液的过程,主要考察了溶液初始浓度、p H和吸附时间对盐酸四环素吸附过程的影响,同时进行了动力学、等温模型和热力学分析,并对吸附剂的再生进行了评价.结果表明,盐酸四环素溶液初始浓度越大,平衡吸附量越大;强酸不利于Mn@海藻酸微球吸附反应的进行;随着时间的延长,吸附量呈逐渐增加的趋势.动力学模拟结果表明,吸附过程符合准二级动力学模型,等温吸附曲线符合Langmuir等温模型;热力学参数ΔG0,ΔH0,ΔS0,表明该吸附过程为自发吸热过程.通过构造Fenton-like反应体系,表面富集有盐酸四环素的Mn@海藻酸微球吸附剂可有效实现原位再生,重复使用.研究结果对含盐酸四环素废水的处理提供重要的理论依据.     

Adsorption of formaldehyde vapor by amine-functionalized mesoporous silica materials

The amine-functionalized mesoporous silica materials were prepared via the co-condensation reaction of tetraethoxysilane and three types of organoalkoxysilanes： 3-aminopropyl-trimethoxysilane, n-（2-aminoethyl）-3-aminopropyltrimethoxysilane, and 3-（2-（2- aminoehtylamino）ethylamino） propyl-trimethoxysilane. Cetyltrimethylammonium bromide was used as a template for forming pores, Specific surface area and pore volume of the amine-functionalized mesoporous silica materials were determined using surface area and pore size analyzer. Fourier transform infrared （FTIR） spectroscope was employed for identifying the functional groups on pore surface. In addition, the amine-functionalized mesoporous silica materials were applied as adsorbents for adsorbing formaldehyde vapor. FTIR spectra showed the evidence of the reaction between formaldehyde molecules and amine groups on pore surface of adsorbents. The equilibrium data of formaldehyde adsorbed on the adsorbents were analyzed using the Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm. The sample functionalized from n-（2-aminoethyl）-3-aminopropyltrimethoxysilane showed the highest adsorption capacity owing to its amine groups and the large pore diameter.     

水葫芦/污泥共热解法制备生物炭粒及其对Cr3+的吸附特性

为了促进水葫芦和污泥的资源化利用,探究水葫芦/污泥生物炭粒的基本理化性质及其对水中Cr3+的吸附机制,以水葫芦、污泥为原料,在300~500℃热解温度下制得生物炭粒,通过产率分析、灰分分析、比表面积和孔径分析及SEM（扫描电镜）分析,同时利用吸附动力学模型和等温吸附模型对生物炭粒吸附水中Cr3+的内在机制进行研究,最后采用TCLP（毒性浸出法）测定了不同生物炭粒中重金属的浸出毒性.结果表明:随着热解温度从300℃升至500℃,生物炭粒的产率从14.93%降至11.75%,生物炭粒的灰分含量逐渐升高,比表面积增大.SEM结果显示,水葫芦与污泥质量比为1:10时,生物炭粒比表面积较大,孔隙结构明显.当水葫芦与污泥质量比为1:10、热解温度为500℃时生物炭粒对Cr3+的吸附量最大,为44.96 mg/g.热力学分析显示,生物炭粒对溶液中Cr3+的吸附以化学吸附为主,且为单层吸附.TCLP试验表明,水葫芦/污泥生物炭粒中各重金属（Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr）的浸出浓度均低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限值.研究显示,添加水葫芦能改善生物炭粒的理化性质,使得生物炭粒对Cr3+的吸附量增大,以化学吸附为主,且为单层吸附,水葫芦/污泥生物炭粒浸出毒性较低,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

利用CDOM吸收系数估算博斯腾湖水体表层DOC浓度

基于2021年夏秋两季西部干旱区博斯腾湖表层50个采样点位实测数据,通过对DOC特征的统计学分析、内外源因素影响的时空差异以及电导率相关性验证,将博斯腾湖划分为河口和非河口区域.然后以CDOM特征波长吸收系数a₂₅₀和a₃₆₅为自变量,以DOC浓度（c_DOC）为因变量,分别构建了基于CDOM的河口和非河口水域DOC浓度估算模型.结果表明：河流与湖泊进行水体交换的同时,会将大量陆源DOC输送到博斯腾湖中,使得河口区域DOC浓度明显高于非河口区域（t-tests,P<0.01）,河口区域的DOC浓度（c_DOC）约是非河口区域的2.2~2.3倍,且在河口区域c_DOC与电导率呈现显著相关关系（夏季：R²=0.81,P<0.01;秋季：R²=0.84,P<0.01）.本文构建拟合模型（c_DOC=α+β·α₂₅₀+γ·α₃₆₅）,并通过交叉验证的方法来检验模型精度.将夏季和秋季同区域数据统一建模,河口和非河口区域CDOM与DOC均存在较好的相关关系,且模型精度较高（河口区域：R²=0.60,RMSE=8.56%;非河口区域：R²=0.66,RMSE=8.77%）.本文所建立的模型可以在不增加环境因子变量的前提下提高精度,有利于实现卫星遥感反演.同时,本研究揭示了河流输入对博斯腾湖DOC分布和估算的时空影响,提出可利用CDOM估算DOC浓度,但需根据水文特征和c_DOC等因素区分河口和非河口区域.本研究对实现新疆水资源合理开发、有效保护以及综合治理提供科学依据,对我国西部干旱区湖泊DOC遥感动态监测具有重要意义.     

同步活化氮掺杂海藻酸钠基多孔碳制备及对双酚A的高效吸附

为了进一步提升多孔碳材料的吸附性能,以海藻酸钠(SA)为碳前驱体、K2CO3为活化剂、三聚氰胺为氮掺杂剂,通过一步法实现同步活化氮掺杂海藻酸钠基多孔碳材料(SAC/N)的制备,研究了掺氮比对多孔碳吸附性能的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等方法对样品进行了表征.结...