生物炭/铁酸镧磁性复合材料的制备及对亚甲基蓝的吸附性能

为获得吸附性能良好、便于回收利用的新型吸附剂以处理染料废水,采用超声辅助溶胶-凝胶法将铁酸镧(LaFeO_3)经过一步热解负载于生物炭制得生物炭/LaFeO_3磁性复合材料(BC/FL)。其表面形态、结构和组成分析表明:BC/FL的比表面积、总孔容及平均孔径分别为34.67m2/g、0.041cm3/g和7.82nm,磁饱和强度达到40.283A/m,表面含有C=O、C=C=N、C≡C等官能团。批量吸附实验表明,25℃下,当亚甲基蓝(MB)的初始质量浓度为30mg/L时,BC/FL的最佳投加量为1.5g/L,吸附反应在120min达到平衡,去除率可达92.3%,且吸附效果基本不受pH影响。BC/FL对MB的吸附符合准二级动力学模型,Langmuir模型可描述其等温吸附过程。化学吸附占主导地位,主要机理为静电吸附、氢键和π-π共轭作用。吸附反应为单分子层吸附且为自发的吸热过程。     

改性芦苇生物炭对水中硫酸盐的吸附性能及机理

水中过高浓度硫酸盐赋存会对水生环境产生一定的影响。为此,选取芦苇秸秆作为生物炭原料,通过添加煤矸石共热解对生物炭进行了改性,采用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附法(BET)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的物理化学性质进行了分析,考察了pH、吸附剂投加量、吸附时间和初始浓度对水中硫酸盐吸附性能的影响。结果表明：改性后生物炭(MBC)的吸附效果优于未改性生物炭(OBC);MBC的粗糙程度大于OBC,MBC拥有更大的比表面积和更多的孔隙结构,其比表面积为改性前的2.4倍;对吸附过程进行吸附动力学和吸附等温模型拟合,发现准一级动力学模型和Langmuir模型可以更好的描述MBC对硫酸盐的吸附行为,表明吸附过程以静电吸附和单分子层吸附为主。当pH为2、投加量为8 g·L^-1时改性材料吸附效果最好,最大吸附量可达29.69 mg·g^-1,且经过5次再生吸附后,硫酸盐去除率仍能达到50%以上。因此,改性后的生物炭可作为去除水体中硫酸盐的良好材料。     

花生壳基和木屑基生物炭对离子型染料和Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

采用花生壳和木屑为原材料分别在300、600℃限氧条件下热裂解制备4种生物炭,研究了其对阳离子型染料亚甲基蓝(MB)、阴离子型染料刚果红(CR)和重金属Pb(Ⅱ)的吸附等温线和吸附动力学效应以及生物炭上Pb(Ⅱ)的解吸再生效应。结果表明,相比Freundlich方程,生物炭对MB和Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir方程。其中,生物炭对MB的吸附受到表面含氧官能团和平均孔径影响,对Pb(Ⅱ)的吸附机制以离子交换或共沉淀为主。相比Langmuir方程,生物炭对CR的吸附等温线更符合Freundlich方程,吸附机制主要以疏水作用为主。300℃热裂解花生壳制备的生物炭对MB吸附效果最好,最大吸附量达28.0 mg/g;600℃热裂解制备的生物炭对CR吸附效果最好;300、600℃热裂解花生壳制备的生物炭对Pb(Ⅱ)吸附效果均较好,最大吸附量分别为63.7、73.2 mg/g。生物炭对MB、CR和Pb(Ⅱ)的吸附基本在24 h内达到平衡,相比准一级动力学模型,吸附过程均更符合准二级动力学模型。0.1 mol/L盐酸能有效解吸4种生物炭吸附的Pb(Ⅱ)。生物炭的吸附效果和吸附机制与生物炭制备时的热裂解温度和原材料种类关系密切。     

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。     

磷酸改性纳米黑碳的制备及对Cd的吸附研究

为提高纳米黑碳(BC)对Cd的吸附钝化效果,以磷酸为改性剂对BC进行改性,通过单因素实验探究不同改性条件对吸附性能的影响,分别改变磷酸浓度、反应温度、反应时间3个要因素,以Cd~(2+)污染模拟水样为研究对象,确定最佳改性参数,同时使用Zeta电位仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪对磷酸改性纳米黑碳(MBC)进行表征,并且通过吸附等温线和吸附动力学实验研究MBC对于Cd~(2+)的吸附过程。研究结果表明,MBC改性最佳条件为2mol/L磷酸55℃水浴加热1.0h。吸附在20min后达到平衡,对Cd~(2+)的最大吸附量为345.329mmol/kg,为优惠吸附,等温吸附拟合更符合Langmuir方程。MBC表面孔隙度、比表面积、结晶度以及表面电荷数较改性前均明显增加,对Cd~(2+)有很强的吸附能力,适用于Cd污染治理。     

生物炭对含氢键供体染料的吸附性能及机理

为确定染料有无氢键供体对生物炭吸附容量的影响及作用机理,制备了尿素/碳酸氢钾联合活化的玉米秸秆生物炭(KN-BC),考察其对于结构相似的亚甲基蓝(MB)与天青B(AB)的吸附容量差别及具体机制。对KNBC的表征结果表明,经处理后的生物炭疏松多孔,表面含氧官能团含量显著增加。吸附实验结果表明,Langmuir模型拟合的KN-BC对MB和AB的最大吸附量为2 268.7 mg·g^-1和4 368.5 mg·g^-1,KN-BC对含有氢键供体的AB吸附性能更好。DFT计算与机理分析结果表明,氢键供体的存在使得单个污染物分子与生物炭可以同时形成氢键和π-π相互作用,两者的协同效应增强了π电子密度,显著提高了吸附效能。以上研究结果为预测生物炭对混合染料污水的吸附提供参考。     

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。     

复合型生物炭对废水中亚甲基蓝的吸附作用

以木屑、二氧化硅为原料,采用慢速热解法制备了木屑生物炭(BC)和木屑-二氧化硅复合型生物炭(CBC),并对其物理化学性质进行表征,同时研究其吸附水中亚甲基蓝的吸附等温方程、动力学过程和影响因素。结果表明,和BC相比,CBC的比表面积、孔体积和平均孔径分别增加了2.85、7.00、1.21倍。CBC和BC对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir吸附等温方程,其最大吸附量分别为26.60、5.37mg/g,CBC对亚甲基蓝的吸附能力更强。CBC和BC对亚甲基蓝的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程。此外,和BC相比,CBC对亚甲基蓝的吸附效果受pH和离子强度影响较小。     

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...     

壳聚糖/磁性生物碳对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能

以丝瓜络为原料制备壳聚糖/磁性生物炭(CMLB),并研究了改性前后的生物炭对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,改性后的生物炭包含γ-Fe_2O_3纳米颗粒,颗粒尺寸均匀,大小一致。CMLB对Cu(Ⅱ)的吸附量为54.68 mg·g~(-1),高于原始生物炭(LB)、磁性生物炭(MLB)的吸附量,且能够达到壳聚糖吸附量的86%。整个吸附过程在18 h达到平衡,在pH=5.8±0.1有较好的吸附效果。吸附反应动力学可采用准二级动力学方程拟合,吸附等温线符合Freundlich模型。CMLB吸附Cu(Ⅱ)的机制下包括离子交换、物理吸附和共沉淀。CMLB材料在处理废水后,利用磁铁可将材料从水中分离。CMLB可作为一种吸附剂有效去除水中的重金属,应用前景广阔。     

三维磁性石墨烯泡沫的制备及其对亚甲基蓝的吸附研究

制备了三维磁性石墨烯泡沫(3D-MGS),并研究了其对亚甲基蓝(MB)的吸附性能。用扫描电子显微镜、红外光谱仪和X射线光电子能谱仪表征发现,3D-MGS在保持石墨烯独特的片层结构基础上形成了3D网状结构,Fe_3O_4已掺杂成功。3D-MGS对MB的吸附动力学适合用准二级动力学模型描述,进一步用颗粒内扩散模型分析发现,第2阶段(420~720min)的边界层厚度比第1阶段(10~300min)大,会抑制MB在3D-MGS空隙内的扩散。3D-MGS对MB的吸附是一个自发、吸热的过程。Temkin模型适合用来描述3D-MGS对MB的等温吸附线。3D-MGS有较好的再生性,循环10次相对吸附量仍能达到33.12%。     

稻壳生物质炭对水中氨氮的吸附

以稻壳生物质为原材料,在350℃和500℃2种温度条件下制备生物质炭(BC350和BC500),采用扫面电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对稻壳生物质炭进行了表征。通过实验考查了稻壳生物质炭对氨氮的吸附等温线、影响因素和动态吸附。结果表明,稻壳生物质炭的平衡吸附量随着平衡浓度的增大而增大后趋缓,Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述稻壳生物质炭吸附氨氮的行为,BC500比BC350具有更大的吸附氨氮的能力,其最大吸附量分别为5.82 mg/g和6.51 mg/g。p H和离子强度影响BC500对氨氮的吸附效果。动态吸附实验表明,BC500对氨氮的平均吸附量为1.78 mg/g。可见,稻壳生物质炭可以用作高效吸附剂去除废水中的氨氮。     

阳离子表面活性剂改性四氧化三铁-沸石复合材料对水中刚果红的去除作用

制备了四氧化三铁-沸石复合材料(磁性沸石)和阳离子表面活性剂改性磁性沸石(有机改性磁性沸石),采用X射线衍射分析对有机改性磁性沸石进行了表征,通过批量实验考察了有机改性磁性沸石对水中刚果红的吸附性能,并对相关的吸附机制进行了讨论。实验表明,有机改性磁性沸石对水中的刚果红具备良好的吸附能力,且有机改性磁性沸石对刚果红的吸附能力远远高于磁性沸石。有机改性磁性沸石对水中刚果红的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型加以描述。根据Langmuir等温吸附模型计算得到的有机改性磁性沸石对刚果红的最大吸附容量为146 mg/g(pH 7和30℃)。有机改性磁性沸石对水中刚果红的吸附属于自发和放热的过程。有机改性磁性沸石吸附水中刚果红的作用机制包括静电吸引、有机相分配、氢键和表面配位。X射线衍射分析结果表明,有机改性磁性沸石含四氧化三铁,吸附刚果红后的有机改性磁性沸石可以很容易地通过外加磁场的作用快速地从水中分离出来。上述结果表明,有机改性磁性沸石适合作为一种吸附剂去除废水中的刚果红。     

不同种类生物炭对砷污染土壤的改良效应

采用温室盆栽法考察施入不同生物炭对土壤理化性状、土壤养分以及砷化学形态的影响.结果表明:施入不同种类生物炭均可提高土壤pH,同时生物炭还可提高土壤有机质、阳离子交换量(CEC)、有效磷和速效钾含量,改良土壤性能.4种生物炭对pH影响大小依次为KOH改性生物炭(BC4)>零价铁改性生物炭(BC3)>玉米秸秆生物炭(BC1...     

简青霉-生物炭联合吸附处理染料废水

利用简青霉菌丝球固定生物炭制得一种新型生物吸附剂,吸附处理亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)两种染料,考察了接触时间、菌丝球和生物炭用量、p H、染料初始浓度等影响因子对处理效果的影响。结果表明,菌丝球固定生物炭不仅保留了两者的吸附能力,而且易于固液分离。含炭菌丝球对亚甲基蓝的吸附效果优于甲基橙。甲基橙和亚甲基蓝的吸附平衡时间分别为48 h和60 h。亚甲基蓝在碱性条件下的吸附去除效果更好,甲基橙的吸附最适p H范围为5~6。Langmuir等温模型比Freundlich等温模型更适合模拟含炭菌丝球对亚甲基蓝和甲基橙的吸附行为。实验结果可以为微生物和生物炭的联合应用提供科学依据。     

腐殖酸对生物炭吸附水环境中雌激素的影响

以玉米秸秆为原料,通过500℃限氧裂解制备生物炭(记为500BC),并采用批量吸附实验对比500BC及腐殖酸负载后生物炭(记为500BC-HA)对于水环境中两种雌激素(双酚A(BPA)和17α-乙炔雌二醇(EE2))的吸附性能及作用机制。结果表明,腐殖酸分子可阻塞部分500BC孔隙,使500BC的孔径、孔容及比表面积下降,负载腐殖酸后,500BC的比表面积由8.43m~2/g减小至4.40m~2/g,孔径从26.1nm减小至3.2nm,孔容由0.018cm~3/g下降至0.001cm~3/g;与500BC相比,500BC-HA对BPA、EE2的吸附能力均明显降低,一方面是因为腐殖酸分子占据了500BC表面的吸附点位并堵塞部分孔隙,使其吸附能力降低,另一方面腐殖酸负载后引入更多的含氧官能团,使500BC表面疏水性降低,与雌激素间的疏水作用减弱。腐殖酸负载质量浓度为0～10mg/L时,增加负载质量浓度对500BC吸附性能影响明显,当负载质量浓度大于10mg/L时,腐殖酸在500BC表面达到饱和,继续增加负载浓度对500BC的吸附性能不再产生影响。     

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....     

不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

重金属离子对生物炭吸附水环境中雌激素的影响

以小麦秸秆为原料制备生物炭(BC),采用批量吸附实验研究BC对水环境中雌激素双酚A(BPA)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的吸附行为,并选用模型污染物菲作对比,探讨了重金属离子(Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+))对BC吸附雌激素的影响和作用机制。结果表明:BC对污染物的最大吸附能力为菲BPAEE2,其主要吸附机制为疏水性作用、π—π电子供受体作用、孔隙填充作用等。在重金属离子存在条件下,BC对污染物的吸附明显降低,一方面是因为重金属离子与BC表面含氧官能团发生络合作用竞争吸附点位;另一方面是因为重金属离子可与周围水分子之间形成三维水合金属离子进行孔隙堵塞。Pb~(2+)对BC吸附能力的抑制作用最弱,这主要是因为Pb的水合离子半径最小,孔阻塞和竞争作用最弱。     

水热、热裂解制备稻秸炭的表征与吸附特性

以稻秸为原料,分别通过水热炭化和热裂解炭化制备稻秸炭(分别记为水热炭和热解炭),通过傅立叶红外线光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和BET分析,比较两种稻秸炭的差异,通过亚甲基蓝、Cu~(2+)的吸附实验,分析其对有机物与金属离子的吸附性能。结果表明:水热炭表面含有更丰富的含氧官能团,结构更加规整,但比表面积低于热解炭;水热炭对亚甲基蓝的吸附能力略低于热解炭,但对Cu~(2+)的吸附能力显著高于热解炭;两种稻秸炭对亚甲基蓝的吸附及热解炭对Cu~(2+)的吸附通过表面吸附及颗粒内扩散共同发挥作用,更符合Freundlich模型;水热炭通过表面含氧官能团与Cu~(2+)相互作用,对吸附Cu~(2+)具有显著优势,Langmuir模型更适合于对其吸附数据进行拟合。