镁改性生物炭制备条件对其氮、磷去除性能的影响

以林木废弃物为原料,通过干式热解和湿式热解,制备镁改性生物炭,并探索其对污水中氮、磷的同步去除性能。研究表明:干式混合热解和湿式浸渍热解制备的生物炭吸附效果无显著差异;MgCl_2浸渍制备改性是生物炭制备的适宜方法,浸渍浓度、热解温度、热解速度及生物炭粒径均会对吸附效果有影响;最优条件下,镁改性生物炭对氮和磷的吸附量分别为35.28,110.29 mg/g。除了吸附作用,镁改性生物炭表面形成了鸟粪石沉淀(MgNH_4PO_4·6H_2O),可作为一种缓释型炭基氮磷复合肥。     

基于响应曲面中心组合设计的蔗渣炭微波活化制备参数分析与优化

为有效利用农林废弃物、提升生物质炭的制备效益与品质,以微波作为生物质炭的热解能,亚甲基蓝为主要优化指标,基于响应曲面法中心组合设计建立数学模型,分析关键参数对微波加热辅助H_3PO_4改性蔗渣炭亚甲基蓝吸附值的影响,优化蔗渣炭的制备条件。结果表明:最佳制备条件为m(磷酸)/m(蔗渣炭)=1.48∶1,微波活化功率为830W,微波活化时间为26 min时,蔗渣炭亚甲基蓝吸附值为285 mg/g,比理论值高0.7%,说明所建模型可靠。蔗渣炭中孔孔容为1.361 cm~3/g,中孔率为85.3%,属于典型中孔炭,表明微波加热可快速制备富含中孔的蔗渣炭以用于亚甲基蓝等大分子有机物的去除。     

紫茎泽兰制备生物炭及其应用研究进展

紫茎泽兰作为世界性的有害入侵植物,因其适应能力强、扩散速度快、植株内含有有害物质而对农林牧业乃至人类健康产生不利影响。因此,如何对其有效防控和综合利用已成为国内外关注的热点问题。生物炭是有机物质在低氧或缺氧条件下热解碳化而形成的富碳固体物质,因其独特的性质和潜在的价值而被广泛用于农业土壤改良与环境修复等领域。将紫茎泽兰热解制备生物炭,既降低了生物炭生产成本,还实现了生态系统的保护和废弃物的高效利用。目前将紫茎泽兰作为原材料制备生物炭虽有一些相关的研究,但报道相对较少,且研究较分散、结论不一。因此,有必要对紫茎泽兰的利用现状和制备生物炭的应用潜力进行综述。本文结合目前紫茎泽兰应用研究现状,分析了紫茎泽兰制备生物炭的应用研究价值,综述了其在环境污染修复、农业土壤改良方面的应用,并在此基础上提出了今后的研究方向与展望,以期为今后开展相关研究工作提供参考和借鉴。     

磁性生物炭对水中CIP和OFL的吸附行为和机制

采用化学共沉淀方法将Fe2+/Fe3+和芦苇生物质材料进行复合,然后于873.15 K限氧热解制备出具有磁分离及高吸附性能的磁性生物炭(MBC).利用SEM、BET、FTIR和VSM等对其理化性质进行表征,并考察了MBC对水中环丙沙星(CIP)和氧氟沙星(OFL)的吸附行为和机制.结果表明,MBC表面含有大量的含氧官能团,比表面积和总孔体积分别为254.6 m2·g-1和0.257 cm3·g-1.MBC对CIP和OFL的吸附有很强的p H和温度依赖性.不同p H下,CIP和OFL各形态离子(阳离子、两性离子和阴离子)对吸附的贡献不同.MBC对CIP和OFL的吸附过程为自发、熵增的吸热过程.CIP和OFL在磁性炭上的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型.MBC对CIP和OFL的平衡吸附量分别为27.84 mg·g~(-1)和22.00 mg·g~(-1).孔填充作用、π-π电子供体受体作用、氢键作用、疏水作用和静电作用可能是MBC吸附CIP和OFL的重要机制.     

生物质基活性炭负载金属催化还原NOx

为研究生物质材料的脱硝性能,利用木质素与纤维素2种生物质基活性炭作为还原剂,用碱金属与过渡金属作为催化活性相,制备了一系列生物质基活性炭负载金属催化剂用于富氧环境中催化还原NO_x,考察了生物质原料种类、炭化温度以及催化剂组分对脱硝效率的影响.结果表明:①当反应温度低于250℃时,炭表面主要是NO_x的吸附过程;而当反应温度高于250℃时,炭还原NO_x行为占主导,并伴随N₂、CO₂与CO的生成.炭化温度对炭反应活性的影响主要依赖于炭化温度对炭材料表面含氧官能团、比表面积以及炭表面金属还原性的影响.②研究中考察的金属（K、Cu、Fe、Ni）均对还原NO_x与O₂有催化作用,其中,K对C-NO_x反应具有明显促进作用,但对C-O₂反应并无明显促进作用,所有样品中SAC-K的选择性因子为0.56,对还原NO_x的选择性最高,且恒温反应过程NO_x还原量（以C计）达到了1 293 μmol/g.③与传统煤基活性炭催化剂相比,木屑基活性炭负载钾催化剂表现出了优良的NO_x还原选择性;X-射线光电子表征结果显示,木屑基活性炭负载钾催化剂优良的性能与其表面钾活性相的高度分散有关.研究显示,相比于煤基炭材料,生物质基炭材料具有更加优异的选择性还原NO_x性能.      

生物质炭对Cd污染土壤根际微团聚体Cd形态转化的影响

为明确生物质炭对土壤Cd形态分布的团聚体机制,采用盆栽试验,以秸秆生物质炭为试验材料,研究了秸秆生物质炭对Cd在不同粒级微团聚体中的富集以及根际、非根际微团聚体Cd形态转化的影响.结果表明:外源Cd进入土壤后,主要分布于土壤不同粒级微团聚体中且随粒级减小而增加,富集顺序由大到小为 < 0.01、0.05~0.01、0.25~0.05、 > 2 mm.添加生物质炭后显著降低了Cd在不同粒级微团聚体中的富集系数（P < 0.05）.与对照相比, > 2、0.25~0.05、0.05~0.01、 < 0.01 mm粒级微团聚体土壤对Cd的富集系数分别降低了0.04~0.16、0.04~0.15、0.07~0.17、0.06~0.21.不同处理下,根际、非根际土壤不同粒级微团聚体中Cd主要以残渣态为主且向小粒级团聚体（< 0.01 mm）富集,其中可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态Cd的含量（以质量分数计）及占比均有不同程度的下降.对于根际、非根际不同粒级微团聚体各形态中有机结合态Cd,与对照相比,在Cd1B10处理下,分别于 < 0.01、0.05~0.01 mm微团聚体中的降幅最高,达49.5%、62.3%;对于残渣态Cd,在Cd1B10处理下,分别于0.25~0.05、0.05~0.01 mm微团聚体中的降幅最高,达19.8%、20.5%,但各处理下残渣态Cd占比趋于上升,最高占比分别达74.0%、78.2%.表明Cd进入土壤后主要转化成了残渣态,土壤中Cd的生物有效性降低,其中,当Cd污染程度（1 mg/kg）较低、生物质炭施用量（10 g/kg）最高时,该效果达显著水平.研究显示,施用高量（10 g/kg）生物质炭能够降低土壤不同粒级微团聚体中各形态Cd的含量,并且Cd污染程度越低、粒级越小,降低效果越显著.      

施用生物炭对土壤Cd形态转化及烤烟吸收Cd的影响

采用盆栽试验模拟Cd污染土壤,研究施用烟秆炭(0、10、20 g·kg~(-1))对土壤pH、有机质含量、土壤Cd形态分布及烤烟Cd含量和Cd累积量的影响.结果表明:随着生育期的延长,土壤pH和有机质含量均呈现升高的趋势.在同一Cd污染水平下,土壤pH和有机质含量均随生物炭施用量的增加而升高.随生物炭施用量的增加,土壤有效态Cd和可交换态Cd含量显著降低,土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd含量升高.移栽后30 d,处理G2T2和G2T1的土壤有效态Cd含量的降幅分别达到45.59%和24.56%.外源添加Cd的土壤中,土壤pH和有机质含量均与土壤有效态Cd和可交换态Cd含量呈显著负相关关系(p0.01),与土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量呈显著正相关关系(p0.01).在Cd污染土壤上,施用生物炭能明显降低烟株各部位Cd含量,烟株各部位干物质积累量随生物炭施用量的增加显著升高,烟株各部位Cd累积量和总Cd累积量随生物炭施用量的增加呈降低的趋势.由此说明,在Cd污染的土壤上施用生物炭能够使土壤中可被植物吸收利用的有效态Cd转化为潜在的无效态Cd,从而达到修复土壤并减轻作物受Cd毒害的目的.     

生物炭的制备及其镁改性对污染物的吸附行为研究

以小麦和玉米秸秆为原料,于不同温度下制备了生物炭样品,并采用氯化镁(MgCl_2)、乙酸镁(Mg(CH_3COO)_2)和硝酸镁(Mg(NO_3)_2)对秸秆及其生物炭进行改性.通过分析各生物炭产率、pH、元素分析、比表面积、CEC、XRD及FT-IR,探究了生物炭理化性质的变化规律.各样品对氨氮、Pb(Ⅱ)及乙草胺的吸附试验结果表明:小麦秸秆经Mg(CH_3COO)_2改性后得到的生物炭的饱和吸附量最大;对3种吸附质的吸附过程均符合准二级吸附动力学方程;低浓度下吸附过程均可自发进行,对氨氮的吸附符合Langmuir模型且以离子交换作用为主,对Pb(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型且以离子交换作用为主,对乙草胺的吸附符合Langmuir模型且以分配、氢键和π-π电子受体供体作用为主.     

天津地区典型家用生物质颗粒采暖炉污染物排放分析

为调查研究天津市家用生物质颗粒采暖炉的污染物排放性状,同时为政府的政策制定提供技术依据,研究了天津地区生物质燃料成分和采暖炉不同运行负荷对污染物排放的影响.结果表明：稻杆和棉杆两种成型燃料在同一采暖炉的相同工况下燃烧时,稻杆灰分含量较棉杆高,造成较高的烟尘和CO排放,同时稻杆较棉杆S元素含量低,导致SO₂排放较低.棉杆成型燃料在同一容量的采暖炉上燃烧时,随着燃烧器负荷的增加,CO和SO₂的排放增加,NO_x的排放减少.两种生物质成型燃料在该采暖炉上燃烧排放的挥发性有机物的主要种类均依次为酮类、苯系物、醛类.本工作试验用家用生物质颗粒采暖炉运行过程中NO_x、CO、SO₂、烟尘的平均排放值分别为672.70,2297.94,124.00,109.35mg/m³,存在污染物排放超标的现象,可通过增添水浴除尘设施,合理调节不同燃烧负荷下的风机送风量,维持适宜过量空气系数,以降低污染物排放.同时还需制定合理的标准和政策加强对家用采暖炉和成型燃料质量的监管.     

生物质锅炉羰基化合物排放特征分析

为了探讨生物质锅炉羰基化合物的排放特征,采用气袋采样-PFPH衍生-GC/MS分析的方法测量了6台生物质锅炉排放烟气中的21种羰基化合物.结果表明,这些生物质锅炉的烟气中羰基化合物排放特征存在明显差异,总体而言,己醛和丙醛浓度在测定的21种目标化合物中比重最高,分别占总量的29%~47%和19%~31%,其次为甲醛和丙酮,乙醛和壬醛.通过羰基化合物排放量与消耗的燃料质量比值估算了排放因子,6台锅炉羰基化合物排放因子介于3.06~18.29mg/kg之间,平均为9.45±6.05mg/kg.采用最大增量反应活性法（MIR）评价了羰基化合物的化学反应活性及臭氧生成潜势（OFP）,平均总的臭氧生成潜势（以O₃计）为5.97gO₃/gVOCs;己醛、丙醛、甲醛对OFP的贡献尤为明显,丙酮虽然占有较高的质量浓度,但对OFP的贡献较低.