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。     

改性生物炭固定异养硝化菌对水中低浓度氨氮的去除

为探究改性生物炭固定异养硝化菌对水中低质量浓度氨氮(约10 mg/L)的去除效果,从污水处理厂污泥中筛选一株异养硝化菌,分别以未改性稻壳生物炭(BC)、NaOH和H2O2改性BC为载体,用吸附法制备生物炭基微生物固定化体(分别记为BC+N3、NaOH-BC+N3和H2O2-BC+N3),开展生物炭和生物炭基微生物固定化...     

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。     

磁性水滑石/生物炭复合材料的制备及其对水溶液中磷的吸附性能

以芦苇秸秆生物炭为基体,制备了磁性水滑石/生物炭复合材料(Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC)。考察不同pH、Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC投加量、初始磷浓度、吸附时间以及反应温度对Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC吸附磷的影响。结果表明:Fe3O4-Mg/AlLDH/BC对磷的吸附符合准二级动力学模型和Freundlich模型,吸附过程是自发的吸热反应。在最佳的实验条件下(Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC投加量为5.0g/L,磷初始质量浓度为20 mg/L,pH为6.0,温度为30℃,吸附时间为120 min),Fe3O4-Mg/AlLDH/BC对磷的去除率可达99.24%,该材料是一种新型高效的磷吸附材料。     

十六烷基三甲基溴化铵改性生物炭对水中镉离子吸附性能的影响

针对水体重金属污染治理问题,通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对竹炭(BC)、椰壳炭(CSC)进行改性,采用傅里叶红外变换光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和热稳定性分析(TGA)对改性前后的材料进行了表征,探究了投加量、pH对2种改性材料吸附去除水中镉离子性能的影响,并进行了动力学方程拟合及等温吸附模型拟合,探讨了CTAB改性前后活性炭吸附水中镉离子的机理。结果表明:2种CTAB改性材料基本结构虽未改变,但提升了竹炭(BC)和椰壳炭(CSC)的吸附性能,改性后材料的饱和吸附量分别为12.56 mg·g-1(CTAB-BC)、 10.71 mg·g-1 (CTAB-CSC),较改性前分别提高了111%和92%;同时,CTABBC、CTAB-CSC的吸附量受pH影响较大,对二者的最适pH分别为4～7、6～7;CTAB-BC、CTAB-CSC均能较好地拟合准二级动力学方程(R2CTAB-BC=0.999 9, R2CTAB-CSC=0.993 7)及Langmuir模型(R2CTAB-BC=0.970 3, R2CTAB-CSC=0.9768)。通过分析可知,CTAB-CSC、CTAB-BC 2种材料对含镉废水均有较好的去除效果。     

高锰酸钾改性生物炭对水中噻虫胺吸附性能及机理

以700℃热解制备的杉木生物炭(BC)为原料,采用高锰酸钾高温氧化法制备了改性生物炭(MnOx-BC),考察了其对广泛使用的新烟碱类杀虫剂噻虫胺的强化去除及作用机理.结果表明,高锰酸钾改性生物炭对噻虫胺的去除能力较原始生物炭有所提高,Langmuir模型拟合得到MnOx-BC对噻虫胺的最大吸附容量达到37mg·g-1....     

磷改性生物炭对Pb、Cd复合污染土壤的钝化效果

中国存在着较大面积受重金属污染土壤,尤其是Pb、Cd两种重金属的复合污染较常见。利用磷改性生物炭对Pb、Cd复合污染土壤展开修复研究。结果表明:(1)磷改性生物炭可使土壤中Pb、Cd由弱酸提取态向可氧化态、残渣态转变,Pb的可氧化态和残渣态分别增加了19.4、16.9百分点,Cd的可氧化态、残渣态分别增加了17.4、9.9百分点;(2)磷改性生物炭可提高土壤有效磷,有效磷最终稳定在39 mg/kg左右;(3)磷改性生物炭能显著增加土壤阳离子交换量至19.3 cmol/kg。磷改性生物炭不仅能有效钝化重金属,还能有效改善土壤质量。     

纳米铁改性生物炭制备及其对含铬废水的吸附性能

本文针对废水中Cr(Ⅵ),以市政脱水污泥为原料,通过液相还原技术成功制得纳米铁改性污泥基生物炭(nZVI/BC),并考察了nZVI/BC对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和可能的吸附机理。表征结果表明,零价铁颗粒成功负载到生物炭表面且无明显团聚现象。吸附实验结果表明,初始pH、溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)的去除效果均有显著影响。nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以使用伪二级(PSO)吸附动力学模型拟合。吸附等温线拟合分析结果表明,nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于nZVI和BC。Cr(Ⅵ)的去除机制可能涉及其在nZVI/BC表面的化学还原,此外,nZVI/BC抗氧化性较强,且在一定条件下可实现再生处理。总体而言,作为一种环境友好型材料,nZVI/BC的应用为废水中Cr(Ⅵ)的去除可提供良好途径。     

CaCl_2改性生物炭的制备及其对Pb~(2+)的吸附作用

以柳木屑和花生壳为原料,采用预浸渍—热解法制备原始柳木屑生物炭(FMC)、原始花生壳生物炭(PSC)、CaCl_2改性的柳木屑生物炭(Ca-FMC)和CaCl_2改性的花生壳生物炭(Ca-PSC)。在对生物炭的结构和组成进行表征的基础上,研究了CaCl_2改性和pH对生物炭吸附Pb~(2+)的影响,并研究了Ca-FMC和Ca-PSC吸附Pb~(2+)的吸附等温模型和动力学过程。结果表明,CaCl_2改性可显著提高原始生物炭对Pb~(2+)的吸附能力。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温模型,饱和吸附量可分别达到54.32、32.80mg/g。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程,准二级动力学速率常数分别为0.01、0.03g/(mg·h)。     

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。     

玉米秸秆基改性生物质活性炭对Cd的吸附特性

以玉米秸秆为原料,制备了生物质活性炭(以下简称生物炭),用HNO_3、NaOH、沸水、四氢呋喃(THF)对其进行改性,并比较了不同生物炭对Cd的吸附特性,对沸水和THF滤液进行了光谱分析,结果显示:随着Cd初始浓度的增加,玉米秸秆基生物炭及改性产物对Cd的吸附量大体增强;Cd初始质量浓度超过25.0 mg/L时,吸附量表现为碱改性生物炭未改性生物炭THF改性生物炭沸水改性生物炭酸改性生物炭。NaOH通过改变玉米秸秆基生物炭表面官能团和元素构成,增强了其吸附能力。HNO_3使玉米秸秆基生物炭孔隙带正电荷,从而抑制了对Cd的吸附。沸水和THF从玉米秸秆基生物炭孔隙中溶出了有利于吸附反应的部分表面官能团,从而降低了其对Cd的吸附能力。随着Cd初始浓度增加,玉米秸秆基生物炭对Cd的吸附量大体增加,滤液pH大体降低。用玉米秸秆基生物炭处理污水中的Cd时,建议用碱改性法来提高其吸附能力。     

改良填料生物滞留池对雨水径流中磷的去除效果

针对生物滞留池在一定淹没区高度条件下同时添加碳源对P的去除效果波动较大问题,开展了生物滞留池填料改良方法的研究。通过构建3根模拟实验柱,分别填充传统填料、普通生物炭改良填料和铁改性生物炭改良填料,分析了不同生物炭改良填料生物滞留池在不同淹没区高度和不同落干期条件下对PO_4~(3-)-P的去除效果;同时,探讨了生物炭对生物滞留池填料的改良作用。研究结果表明:在淹没区高度为300 mm的条件下,铁改性生物炭改良填料生物滞留池对于PO_4~(3-)-P去除效果最好,平均去除率接近90%,而普通生物炭改良填料生物滞留池对PO_4~(3-)-P去除效果最差,平均去除率低于60%;同时,在不同落干期条件下,所有实验柱均未发生PO_4~(3-)-P淋出现象。铁改性生物炭改良填料生物滞留池在设有一定高度淹没区条件下对雨水径流中磷具有很好的去除效果,并对不同落干期变化具有较强的适应性。     

生物炭负载Fe3O4对猪粪厌氧消化中重金属Cu、Zn形态的影响

为研究生物炭(BC)负载Fe_3O_4对猪粪厌氧消化中重金属形态的影响,采用化学共沉淀法将Fe~(2+)/Fe~(3+)和水稻秸秆BC复合制备Fe_3O_4/BC复合材料,将其作为钝化剂添加到以猪粪为原料的厌氧消化反应中。通过Tessier连续提取法与pH-依赖性浸出试验,探究BC和Fe_3O_4/BC对重金属形态的影响以及不同pH条件下沼渣中重金属浸出浓度的变化。结果表明,添加Fe_3O_4/BC对Cu和Zn的钝化效果更显著,与空白对照(CK)相比,添加BC和Fe_3O_4/BC后Cu的残渣态质量分数分别增加了-10.46%和52.40%,Zn的残渣态质量分数分别增加了16.82%和42.14%。厌氧消化后沼渣的浸出试验表现出很强的pH依赖性,Cu、Zn浸出曲线呈现出"V形",在中性环境中(pH 6～8)Cu、Zn和溶解性有机质(DOM)的浸出浓度较低,在酸性(pH6)和碱性(pH8)环境中较高。在弱酸弱碱条件下(pH 5～9),添加Fe_3O_4/BC后Cu和Zn的浸出浓度均低于添加BC的试验和CK组。因此,添加Fe_3O_4/BC可有效降低厌氧消化后沼渣中重金属的浸出风险。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

水旱轮作原位钝化削减技术修复土壤镉污染

为筛选适用于西南地区水旱轮作土壤Cd污染的修复技术,采用水稻-油菜轮作模式和原位钝化实验相结合的方式,比较了施用石灰、生物炭和羟基磷灰石(HAP)3种常见修复剂对土壤基本理化性质、作物产量及籽粒吸收积累镉的影响。结果表明:3种处理均能显著提高土壤pH,与CK相比,使用石灰、生物炭和HAP后,水稻收获期土壤pH分别提高了1.18、 0.51和0.91个单位,油菜收获期土壤pH分别提升了0.29、0.81和0.63个单位,但在油菜收获期施用石灰和HAP处理的土壤pH出现明显回落,降幅为0.91个和0.30个单位,施用生物炭处理的土壤pH则进一步提高了0.28个单位;3种处理在水稻收获期均能提高土壤有机质含量,其中生物炭效果最佳;3种处理均能显著降低水稻收获期土壤有效Cd含量,与CK处理相比,分别降低了21.84%、34.08%和20.12%,但在油菜收获期施用石灰和HAP处理的土壤有效Cd含量较相同处理在水稻收获期时有所回升,而生物炭则进一步降低了41.76%;石灰、生物炭和HAP处理对作物产量影响不大,但与CK处理相比,稻米中Cd含量分别降低了30.00%、43.33%和38.00%,油菜籽中Cd含量分别降低了21.00%、53.57%和55.90%,施用生物炭和HAP处理效果较佳。综上所述,生物炭修复水旱轮作模式下农田Cd污染效果最佳。     

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。     

黑炭负载零价铁对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及生物有效性影响

采用直接热解法和碳热还原法分别制备了黑炭(BC)和黑炭负载零价铁(BF)材料,通过土壤稳定化培养实验和盆栽实验,考察了BC和BF对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及其对生物有效性的影响。实验结果表明,BC可提高土壤pH,BF则降低土壤的pH。在投加量为5 g·kg-1的情况下,处理30 d后,BC和BF对土壤中TCLP-Cu的去除率分别为76.99%和69.83%;BC对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)去除率分别为91.07%和92.47%,BF对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)的去除率均接近100%,两者均能有效降低土壤重金属迁移性。形态分析表明,投加BC和BF均促进了铜由酸可提取态向可还原态和可氧化态转化,同时使铬的酸可提取态降低,可氧化态增加。盆栽实验表明,BC和BF均大大降低了土壤中铜和铬的生物有效性,减弱了其由植物根部向地上迁移的能力。相比而言,BF在对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果、形态转化以及迁移性方面整体优于BC。     

生物炭对水中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特征

选取花生壳和玉米秸秆为原材料,在不同温度下制备生物炭,与市售的银杉木炭一起作为吸附剂探究其对水溶液中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附能力和特性。用FTIR和扫描电镜表征生物炭表面性质。实验考察了吸附时间、溶液初始pH、初始浓度对吸附的影响。结果表明,在室温25℃和pH 5.0条件下,生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量随时间的增加而增大,在24 h后基本达到平衡,并且生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附动力学符合准二级动力学方程;溶液初始pH显著影响生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附,其中对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的最佳吸附pH分别为5.0和6.0;花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的等温吸附符合Langmuir模型和Freundlich模型,而对Zn(Ⅱ)的等温吸附Freundlich模型拟合效果更佳;银杉木炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的等温吸附更适用于Langmuir模型。另外,随着生物炭制备时热解温度的升高,生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附量增加,且各生物炭对Pb(Ⅱ)的最大吸附量远大于其对Zn(Ⅱ)的最大吸附量。不同生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力有明显差异,表现为:花生壳生物炭玉米秸秆炭银杉木炭,而对Zn(Ⅱ)的吸附力差异不明显。     

生物炭和脱硫石膏对盐碱土壤基本理化性质及玉米生长的影响

采用玉米室内盆栽实验的方法,研究了内蒙古包头市西部盐碱土壤在施用以玉米秸秆和污泥为原料制备的生物炭、脱硫石膏及其混合物等不同土壤改良剂对土壤基本理化性质及玉米生长的影响。研究结果表明:单独施用生物炭能够显著提高土壤中养分含量,虽然随着玉米的生长,对土壤养分大量吸收,土壤养分略有降低,但土壤养分仍远远高于未经任何处理的盐碱土壤养分含量;单独施加脱硫石膏对降低土壤碱度、盐度有显著效果,施用脱硫石膏后土壤pH呈下降趋势(0~80 d),pH最多降低了0.74个单位,且脱硫石膏具有较好的脱盐作用,种植玉米后土壤中溶解性盐含量分别降低了22.55%、25.60%、33.74%、44.07%、45.41%。生物炭和脱硫石膏混合物对土壤的影响,既在一定程度上降低了土壤盐、碱度,又提高了土壤中养分含量,且对玉米生长具有促进作用,能提高玉米生物量。     

基于茶渣的生物炭负载零价铁对水体和土壤中Cr(Ⅵ)的修复及机理研究

利用茶渣中的残余多酚类物质,通过绿色合成法制得零价铁(ZVI),并以茶渣烧制的生物炭(BC)作为载体负载ZVI,将制得的ZVI/BC材料用于去除水体中Cr(Ⅵ)及修复Cr(Ⅵ)污染土壤。结果表明,茶渣中提取的多酚可以成功还原Fe(Ⅱ)制备ZVI,且制得的ZVI/BC复合材料具有优秀的Cr(Ⅵ)去除能力;ZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层化学吸附,ZVI为反应中心,其对Cr(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir模型,在溶液初始pH为3时对Cr(Ⅵ)吸附性能最佳。与BC相比,ZVI/BC更能促进土壤中的铬从易被利用的可交换态、碳酸盐结合态向较难被利用的铁锰氧化态、有机态转化。ZVI/BC主要通过还原反应修复土壤和水体中的Cr(Ⅵ),同时也伴随着表面络合过程。