药渣生物炭联合麦饭石对铜镉污染土壤修复研究

期望以板蓝根药渣为原材料制备生物炭,用于修复重金属Cu、Cd污染土壤,实现以废治污。该研究探讨以板蓝根中药渣为原材料制备的生物炭联合天然麦饭石对重金属Cu、Cd污染土壤的钝化修复效果及作用机理,采用室内土壤培养试验,研究钝化剂施加量为2%土壤质量时,500℃下制备的药渣生物炭(BC500)、天然麦饭石(MS)和等质量的生物炭与麦饭石组合钝化剂(BC500+MS)共3种钝化剂处理对重金属Cu、Cd污染土壤p H、土壤养分、铜镉形态的影响。土壤培养30 d研究结果表明,3种钝化剂均能提高土壤pH、土壤养分;施加单一药渣生物炭对铜的钝化效果好于天然麦饭石,但天然麦饭石对镉的钝化比药渣生物炭的效果更优;采用修正BCR三步连续提取法提取不同处理的Cu、Cd形态,与对照值(CK)相比,BC500处理的弱酸可提取态Cu、Cd含量分别降低了9.00%和6.82%,残渣态Cu、Cd含量分别增加了16.08%和16.67%;MS处理的弱酸可提取态Cu含量较对照无变化,Cd的酸可提取态降低了17.05%,残渣态Cu、Cd含量分别增加7.75%和59.52%;BC500+MS处理的弱酸可提取态Cu、Cd含量分别降低4.44%和26.14%,残渣态Cu、Cd含量分别增加10.16%和78.57%。通过表征分析表明,生物炭对Cu、Cd污染土壤钝化机制是吸附固定和形成沉淀作用,麦饭石对Cu、Cd污染土壤钝化机制主要是吸附作用。     

核桃壳生物炭对土壤中镉的钝化修复

通过室内模拟试验,研究了核桃壳生物炭（BC400、BC500、BC600）对人工Cd污染土壤（20 mg/kg）pH、Cd赋存形态分布的影响,并探究可能的修复机理。结果显示:经56 d修复后,与空白对照组相比,10%添加量的核桃壳生物炭BC400、BC500、BC600分别使土壤pH升高了1.07、1.31、1.38,弱酸可提取态Cd含量减少了17.02%、20.20%、24.53%,可还原态Cd含量减少了8.9%、19.1%、38.2%,可氧化态Cd含量增加了44.83%、78.45%、100%,残渣态Cd含量增加了66.03%、71.43%、89.21%。同时,土壤pH与土壤中弱酸可提取态Cd含量呈显著负相关（P<0.01）。综上,核桃壳生物炭能够对Cd污染土壤起到钝化修复作用。     

不同热解温度生物炭对 Cd(Ⅱ)的吸附特性

以花生壳和中药渣为原料,分别于300、350、400、500、600℃下慢速热解制备生物炭,并表征其物理化学性质.研究不同p H、吸附时间和Cd(Ⅱ)浓度下生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附特征.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度增加,比表面积增大,含氧官能团数量减少,π共轭芳香结构更加完备,Ca和Mg等无机元素不断富集,矿物溶解性降低,导致了Cd(Ⅱ)在不同热解温度生物炭上吸附能力及机制的差异.随溶液p H的升高(2.0~6.0),生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附量逐渐增加.吸附过程可分为快吸附和慢吸附两个阶段,吸附速度受膜扩散、颗粒内扩散和沉淀作用、离子交换等过程的控制.随热解温度的升高,快吸附在生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附中所占比例逐渐降低.高温生物炭(≥500℃)中含氧官能团的锐减及难溶晶体矿物的形成降低了其对Cd(Ⅱ)的快吸附速率.沉淀和离子交换可能是低温生物炭(≤400℃)吸附Cd(Ⅱ)的主要机制;高温生物炭(≥500℃)中更完备的π共轭芳香结构增加了Cd-π作用对吸附的贡献,而难溶磷酸盐和碳酸盐的形成则降低了沉淀作用对吸附的贡献.这些研究结果为筛选对Cd(Ⅱ)具有高效去除或固持能力的功能生物炭(designer biochar)提供了重要的理论数据.     

中药渣生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附及机理研究

以传统中药-黄芪废渣为原料,分别在200℃、400℃、500℃、600℃和700℃的厌氧氛围下热解制备生物炭材料（BC200、BC400、BC500、BC600和BC700）,并利用BET比表面积分析、FTIR光谱分析、扫描电子显微镜等方法对其进行表征,同时考察不同投加量、吸附时间、初始浓度和pH值下生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附特征.结果表明,随制备温度的升高,生物炭的表面积及吸附性能也显著增加.相比原状黄芪渣（S_BET=0.42m²/g）,BC700的BET比表面积（S_BET=155.69m²/g）增大370倍,对磺胺甲基嘧啶的吸附容量增加185倍.BC700对磺胺甲基嘧啶的等温吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.9977）,最大吸附容量为11.96mg/g,吸附反应过程满足准二级动力学方程（R²>0.994）,且为化学吸附.同时随着溶液初始pH值和投加量的升高,生物炭的吸附容量先增大后减小,最佳吸附pH值为4.     

中药渣生物炭的制备及其对水中四环素的吸附特性研究

以中药废渣为原料,四环素为目标污染物,采用限氧热解法在热解温度分别为300℃、500℃和700℃的条件下制备了不同中药渣生物炭(Biochar, BC),并采用比表面积分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)等手段对不同中药渣生物炭的物理化学性质进行了表征;通过中药渣生物炭对水中四环素(Tetracycline, TC)的吸附试验,研究了不同中药渣生物炭对水中四环素的吸附特性,考察了溶液初始浓度、吸附时间对溶液中四环素去除效果的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线拟合结果探究了中药渣生物炭对水中四环素的吸附机制。结果表明：随着热解温度的升高,中药渣生物炭中有机物分解,含氧官能团种类及其相对含量发生变化,其中含氧官能团C—C的相对含量升高、C—H的相对含量降低,中药渣生物炭的芳香化程度增加,且700℃制备的中药渣生物炭对水中四环素的吸附性能更优;中药渣生物炭对水中四环素的吸附量依次为BC700(93.46 mg/g)>BC500(76.32 mg/g)>BC300(32.92 mg/g),...     

生物炭修复土壤重金属的研究进展

生物炭是由废弃生物质在缺氧条件下热解而成的一种含碳丰富的产物。由于具有精细的孔隙结构和独特的表面特性,生物炭对重金属污染物有着良好的吸附能力,从而影响污染物的迁移。从生物炭的基本特性、吸附机理以及对土壤中重金属的修复效果等方面进行综述,最后提出生物炭未来在环境修复方面的研究方向。     

改性生物炭修复砷镉复合污染土壤研究进展

砷镉复合污染(As/Cd污染)已成为我国主要的土壤环境问题,改性生物炭作为一种吸附固定剂在修复土壤As/Cd污染中正发挥日益重要的作用.在明确原始生物炭作为钝化剂修复As/Cd污染土壤局限性的基础上,综述了针对As/Cd污染土壤修复的生物炭改性方法研究进展,分析了相关作用机制,并对未来利用改性生物炭修复As/Cd污染土壤的前景和存在问题进行展望.结果表明,金属改性生物炭具有较好的协同修复As/Cd污染土壤的效应,从而具有良好的应用前景.通过不同改性方法制备的生物炭材料修复As/Cd污染的固定机制各异,其中,金属改性和无机非金属改性生物炭对As/Cd的固定作用主要涉及官能团配位、共沉淀和As氧化还原;微生物改性生物炭涉及沉淀作用和As氧化还原;物理和酸改性方法则局限于物理吸附和弱静电引力.针对当前研究现状,建议未来应加强生物质原料类型、热解温度、制备工艺、经济成本和土壤老化等因素对改性生物炭修复As/Cd污染土壤的影响研究,实施不同因素影响下材料对重金属固定的稳定性和长效性评估,揭示材料修复As/Cd污染土壤的关键作用机制.     

生物炭修复污染土壤的研究进展

生物炭是一类在低氧或缺氧条件下烧制而成的黑色固体有机物质,具有丰富的碳含量及含氧官能团.随着生物炭在土壤改良方面的广泛应用使其在土壤污染修复上得到大量关注并逐渐成为研究热点.文章从生物炭对土壤重金属、有机污染物的修复和对土壤生态的影响方面展开论述,对生物炭单一施用和复合施用以及同其他修复方法联用对土壤污染修复效果做出总...     

生物炭去除土壤重金属的研究进展

生物炭作为一种新型的吸附材料,具有比表面积大、官能团丰富、稳定性高等特点,施入土壤后可影响重金属在土壤中的迁移性和生物有效性。从生物炭对重金属的吸附机制、生物炭还田应用效果进行了概述,在此基础上分析了生物炭推广应用的限制因素,并从生物炭与土壤的相互作用、生物炭的制备工艺完善等方面进行了展望。生物炭施入土壤后可通过阳离子-π作用、离子交换、络合、共沉淀、氧化还原和静电吸附作用降低重金属有效态含量,减少作物对重金属的累积。但生物炭在实际应用中仍存在作用效果不稳定、价格高昂难以大面积推广应用等问题,未来有必要进一步探明生物炭与土壤互作关系、完善生物炭制备工艺,为生物炭的广泛高效利用提供支撑。     

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭因其独特的理化性质能够提高土壤碳氮矿化速率及改善土壤微生态环境,因此探索生物炭调控土壤微生态环境与土壤酶活及其作用机制对改善土壤质量具有重要意义.采用大田试验方式研究不同生物炭施用水平0(CK2)、0.6(T1)、0.9(T2)、1.2(T3)和1.5(T4)t·hm-2以及完全空白对照(CK1:不施任何肥料和生...     

两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制

为探索高效利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体和土壤中Cu~(2+)污染的可行性,本文以常见的农林废弃物苹果树枝和梧桐木锯末为原料,采用450℃限氧热裂解法制备生物炭,通过两种生物炭对Cu~(2+)的批量吸附试验,利用4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型)和4种吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)研究了苹果枝和锯末生物炭对Cu~(2+)的吸附行为.同时,使用FTIR红外、SEM和BET比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,研究了两种生物炭对Cu~(2+)吸附机制,分析了两种生物炭之间的吸附特性差异及其影响因素.结果表明:(1)苹果枝生物炭在3 h达到吸附平衡,理论最大吸附量为15.85 mg·g~(-1),锯末生物炭在6h达到吸附平衡,理论最大吸附量为17.44 mg·g~(-1),与其他研究相比,这两种生物炭体现了较高的Cu~(2+)吸附性能;(2)两种生物炭对Cu~(2+)的热力学吸附均较好地符合Langmuir模型,表明吸附过程主要是近似单分子层的有益吸附;动力学吸附均符合准二级吸附动力学模型,表明其对Cu~(2+)的吸附包括表面吸附、颗粒内扩散和液膜扩散等多种过程;(3)吸附机制主要包括静电吸附,配体(酚羟基)/离子(H+)交换和阳离子—π键作用.     

微纳米粒径生物炭的结构特征及其对Cd2+吸附机制

为探究不同微纳米粒径生物炭的结构特性和对Cd²⁺吸附性能的影响.通过筛分法和球磨法制备不同粒径（180~250、50~75和≤20 μm,分别表示为BC-1、BC-2和BC-3）玉米秸秆生物炭,利用元素分析、激光粒度分析、SEM、BET、FTIR和XPS等手段对生物炭的结构进行了表征,采用静态吸附实验研究了不同初始Cd²⁺浓度、吸附时间和pH条件下生物炭对Cd²⁺的吸附行为与机制.结果表明,随粒径减小,生物炭表现为pH值和Zeta电位均下降、芳香性和极性降低、比表面积和孔体积增大.不同粒径生物炭对Cd²⁺的吸附动力学符合准二级动力学模型,以化学吸附为主,其平衡时间依次为：BC-1（540 min）>BC-2（360 min）>BC-3（80 min）.Langmuir模型能更好拟合Cd²⁺在不同粒径生物炭上的吸附等温过程（R²>0.97）,Cd²⁺最大吸附量随粒径减小而增大,表现为：BC-3（74.43 mg ·g^-1）>BC-2（45.71 mg ·g^-1）>BC-1（44.59 mg ·g^-1）.生物炭吸附Cd²⁺主要机制有静电吸引、表面络合和阳离子-π作用.     

生物质炭对磷镉富集土壤中两种元素生物有效性及作物镉积累的影响

以磷镉富集土壤(总Cd 0.94mg·kg^-1、全磷0.86g·kg^-1)和低镉积累基因型红菜薹金秋红三号为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置了绝对对照CK0(仅施NK无机肥)、相对对照CKp(施NPK无机肥)、生物质炭BC(BC+NK无机肥)和BC-CKp(BC+NPK)这4个处理,考察了土壤磷素和重金属Cd的生物有效性、植株可食部位生物量及其Cd累积特征和土壤基本性状等指标.结果表明,至作物收获时,添加生物质炭的BC和BC-CKp处理与未添加生物质炭的CK0和CKp处理相比,土壤有效Cd含量分别降低了8.23%和5.68%;同时土壤有效磷含量提高了11.60～16.26mg·kg^-1.施加外源磷肥的CKp和BC-CKp处理土壤有效Cd含量与未施加磷肥的CK0和BC处理相比分别降低了31.43%和33.29%.除CK0处理外,其它3个处理(CKp、BC及BC-CKp)的红菜薹作物可食部位Cd含量均未超出我国食品安全国家标准(GB 2762-2017)中Cd的限定值0.1mg·kg^-1.结果表明,将...     

铁修饰生物炭的制备及在砷污染土壤修复中的应用

生物炭因具有较大的孔隙度、比表面积以及较强的吸附能力等优点,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面应用广泛.由于大多数生物炭表面带有负电荷,而土壤中的无机砷主要以砷酸盐和亚砷酸盐等阴离子形式存在.因此,生物炭对砷的吸附效率通常较低,需要对生物炭进行改性以提升其对砷的吸附效果.零价铁和氧化铁等铁基材料对砷吸附能力强且来源广泛,通过沉淀法、热解法、球磨法和微生物法等方法将铁基材料与生物炭负载形成铁修饰生物炭,可将二者的优良特性相结合,拓展生物炭材料在环境修复中的应用.在对近年来有关铁修饰生物炭的文献进行系统分析的基础上,综述了常见的铁修饰生物炭的制备方法,比较分析了生物炭基底、铁修饰材料以及两者对砷的协同作用机制,并简要阐述了铁修饰生物炭在土壤污染修复中的应用现状,最后对铁修饰生物炭的未来研究方向提出了展望.     

秸秆生物炭吸附对乙酰氨基酚的机制及其位能分布特征

作为药品和个人护理产品（PPCPs）中用量最大的一类,对乙酰氨基酚广泛存在于水环境中,具有潜在的环境风险;因此,有必要对其去除机制开展研究.基于我国农业秸秆资源高值转化的需求,通过热解制备秸秆生物炭吸附净化水中对乙酰氨基酚具有良好的应用前景.然而秸秆生物炭对对乙酰氨基酚的吸附过程和机制尚不清楚.选用4种秸秆（稻秆、麦秆、玉米秆和大豆秆）作为原料,通过热裂解在400℃和500℃制备生物炭,进行序批吸附实验,同时研究腐殖酸和pH对吸附过程的影响.结果表明,基于Freundlich模型和位置能量分布模型可知,500℃生物炭对对乙酰氨基酚的吸附量显著高于400℃生物炭（吸附系数K_F高出1.16~2.53倍）,且具有较多的高能吸附位点.高温热解生物炭的主要吸附机制为孔道吸附和π-π作用;低温热解生物炭的主要吸附机制为表面氢键作用.腐殖酸对对乙酰氨基酚在生物炭上的去除具有协同效应,这归因于所选腐殖酸具有一定芳香性,可促进与对乙酰氨基酚的相互作用.pH升高抑制生物炭吸附主要归因于对乙酰氨基酚团聚.吸附机制研究表明,可通过提高热解温度促进对乙酰氨基酚在秸秆生物炭上的孔道吸附和π-π作用;腐殖酸和pH影响研究表明,秸秆生物炭与对乙酰氨基酚的相互作用不受腐殖酸影响,在低pH环境下也具有良好吸附性能.     

化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响

研究紫色土壤养分含量与不同形态磷含量对生物炭配施化肥和有机肥的响应,探明不同施肥处理对紫色土壤养分和磷形态的影响,以期为生物炭在紫色土区的合理农用提供科学依据.采用盆栽试验方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20 t·hm-2稻壳生物炭(FP)、化肥+10 t·hm-2稻壳生物炭+10 t·hm-2玉米生物炭...     

施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0～20 cm)、亚表层(D,20～40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CX_(SB)、NB_(SB)、JL_(SB)和HC_(SB); CX_(DB)、NB_(DB)、JL_(DB)和HC_(DB))。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu~(2+)吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu~(2+)的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu~(2+)的最大吸附量q_m在62. 20～363. 64 mmol/kg之间,S层土样对Cu~(2+)的吸附量均呈现JL NB CXHC的趋势,而D层土样呈现JL CX NB HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu~(2+)的吸附。(2) 20～40℃范围内,各供试土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3) pH的升高有利于各供试土样对Cu~(2+)的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HC_S和HC_D除外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势,0. 1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu~(2+)的q_m主要是由CEC和比表面积决定的。     

棉秆炭调控对碱性镉污染水稻根际土壤真菌群落结构和功能的影响

为研究棉秆炭对碱性镉污染水稻根际土壤真菌多样性、结构及功能的影响,采用室外水稻盆栽试验,在土壤中添加了0、 1和8 mg·kg~(-1)的镉和炭土质量比分别为0%、 1%和5%的棉花秸秆生物质炭,以水稻成熟期根际土壤为研究对象,借助Illumina HiSeq高通量测序手段分析棉秆炭与镉污染条件对碱性水稻根际土壤真菌群落多样性、结构及潜在功能的影响,探寻不同土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明:①施用棉秆炭显著提高了土壤pH、速效养分和有机质等指标,并降低土壤中可还原态镉的含量(P0.05).②水稻根际土壤真菌菌门分布主要为子囊菌门、Aphelidiomycota门和壶菌门,占所有菌门的57%.菌属分布主要为被孢霉属、链格孢属和镰刀菌属.各处理间真菌群落α-多样性差异显著(P0.05).未添加棉秆炭处理下(C0),镉浓度的增加降低了土壤中壶菌门、被孢霉属和链格孢属的相对丰度和真菌多样性指数(Shannon指数).在不同浓度镉处理下(Cd0、 Cd1和Cd8),增加棉秆炭会降低真菌群落丰富度指数(Chao1指数)和Shannon指数.镉污染导致土壤中壶菌门相对丰度增多,却使子囊菌门丰度下降,施用棉秆炭可显著提升壶菌门的相对丰度(P0.05).镉污染使被孢霉属和链格孢属丰度下降,但是施用棉秆炭可使链格孢属相对丰度增多.增加棉杆炭施用量,土壤中会存在更多的内生菌、植物病原体和腐生菌;而镉污染程度增加会减少土壤中内生菌、植物病原体和腐生菌.③影响真菌群落多样性及结构的主要环境因子有土壤速效钾、有机质和pH.水稻土壤镉含量中占比最大的可还原态镉与轮形动物门、Aphelidiomycota门和子囊菌门呈显著正相关(P0.05),但与其它菌门呈负相关(P0.05).研究结果说明棉秆炭在碱性镉污染土壤微生态调控方面具有一定的作用.