生物炭施用对农田土壤团聚体及有机碳影响的整合分析

生物炭作为一种土壤改良剂,已广泛用于农田土壤的改善.为明确生物炭对我国农田土壤固碳效应的影响,基于已公开发表的文献数据,利用Meta分析法研究生物炭施用在不同试验条件下对土壤团聚体、团聚体碳和土壤有机碳的响应.结果表明,与不施生物炭相比,施用生物炭显著增加土壤大团聚体比例（10.8%）和平均重量直径（MWD,13.3%）,对土壤微团聚体和粉黏粒组分无显著作用;施用生物炭能够显著增加土壤各粒径团聚体碳和土壤总有机碳含量,土壤有机碳增幅为56.9%.通过亚组分析和Meta回归分析表明,华北地区施用生物炭土壤有机碳增幅最大（39.4%）;不同试验类型下施用生物炭均能显著提高土壤有机碳含量;相比不施肥,施肥条件下施用生物炭能显著改善土壤结构,提升土壤肥力;生物炭在施用>2 a条件下,能显著提高大团聚体比例（15.7%）、MWD （21.2%）、大团聚体碳（31.7%）和土壤有机碳含量（40.0%）;相比木材、木屑等原料制备的生物炭,农作物秸秆制备的生物炭对土壤的改良效果更佳;在高氮土壤中施用生物炭更有利于提高土壤团聚体稳定性.综上所述,生物炭施用可以改善土壤团聚结构,促进土壤有机碳积累,对农田肥力维持与提升具有重要意义.     

纤维氧化镁改性生物炭及其磷吸附研究

以农业废弃物花生壳为原料,在氯化镁、活性氧化镁水溶液中经陈化、热解得到纤维氧化镁改性生物炭(FMgO-BC).同时,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)等手段对FMgO-BC的组成、形貌进行了表征,并探索了FMgO-BC对磷废水的吸附动力学、颗粒内扩散、等温吸附及竞争吸附.结果表明,制备的FMgO-BC呈多孔结构且纤维状氧化镁交织嵌在生物炭表面,提供了大量的活性位点,同时,FMgO-BC呈规则、分层的孔隙结构,有利于吸附质的传输.在废水pH为3～10范围内,FMgO-BC对废水中磷酸盐具有较高的吸附能力.吸附动力学研究表明,FMgO-BC对磷酸盐的吸附复合准二级动力学模型,对于100 mg·L^-1的含磷废水在1 h即可达到吸附平衡.等温吸附拟合得到FMgO-BC的理论最大吸附量为625.63 mg·g^-1.FMgO-BC的磷吸附机理主要包括MgO质子化、静电吸附、络合等方式.因此,纤维氧化镁修饰生物炭能够显著提升生物炭对于废水中磷的吸附能力与速率.     

催化剂在生物质水热碳化过程中的应用研究进展

在追求废弃物资源化利用的过程中,生物质转化技术受到广泛关注。水热碳化法目前被认为是将高含水率生物质转化为生物炭的最有效技术之一,其与传统的热解炭相比,获得的水热炭具有灰分低、热值高、比表面积大、吸附能力强等特点。然而,生物质原料的差异需要更高的能耗优化,以此提高水热炭产率和性能。添加催化剂可以克服这一问题,对提高原料的反应速率及水热炭热稳定性具有重要意义,但少有文献归纳总结催化剂在生物质水热碳化过程中的应用。将催化剂分为盐类、酸类、金属氧化物、沸石和组合催化5种类型,探讨添加催化剂对水热炭产率和理化性质的影响,分析各类催化剂的催化反应机理,总结其在水热碳化中的催化特点,并讨论了催化剂在生物质水热碳化中未来重点研究方向。     

蟹壳基生物炭催化臭氧降解阿特拉津的研究

在不同热解温度下制备了一系列蟹壳基生物炭(CSB),并应用于催化臭氧降解阿特拉津(ATZ)的研究中。该文采用BET、TG、SEM、XRD和FT-IR表征手段对生物炭的理化性质和形貌进行分析,在500℃下制备的CSB500的比表面积和孔体积达到最大,对应其表面活性官能团含量最高。同时,系统评价了催化剂投加量、初始pH、天然有机物和阴离子对CSB500/O₃体系降解ATZ的影响。结果表明,在500℃下制备的CSB500在催化臭氧降解ATZ表现出优异的催化活性,在15 min内对ATZ的降解率达到99%以上,伪一级反应速率k为0.362 min^-1,并且CSB500在多次循环实验中对ATZ的降解具有良好的稳定性。猝灭剂实验初步揭示了CSB500/O₃体系降解ATZ过程中存在·OH、O₂?^-和¹O₂等多种活性氧物种。最后,研究对反应机理提出了合理推测。     

新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

生物炭与丛枝菌根真菌联用对镉固化效果研究

生物炭因其制备简易、经济高效等优点被视为目前最有效的土壤修复剂之一。但单独使用生物炭进行土壤修复的实际应用中存在瓶颈,并且过度使用生物炭对植物有毒害作用。使用生物炭与其他修复方式联用是一种能有效发挥生物炭优势并且减少其弊端的理想修复手段,丛枝菌根真菌作为土壤中与植物接触最紧密的微生物,具有降低重金属迁移性、提高植物抗重金属胁迫的能力,但如果作为外源微生物进入土壤,其生长会受到一定限制,影响其修复效率。该研究将常被用于土壤重金属修复的生物炭和可提高植物重金属胁迫能力的丛枝菌根真菌联用,研究该联用体系对土壤Cd的固化性能和以及对生菜Cd含量和抗氧化能力的影响。结果表明,使用生物炭与丛枝菌根真菌联用能够降低土壤中可交换态Cd的比例,可交换态Cd比例由CK组62.9%降低至43.22%,剩余态比例上升至15.61%,Cd的迁移性显著降低。土壤CaCl2浸提Cd浓度显著降低,Cd的生物利用性显著下降。此外,生物炭与丛枝菌根真菌联用可以显著增加植物生物量和根长,增加SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性同时减少植物体内MDA含量,植物的抗氧化能力显著增强。研究结果可为生物炭与丛枝菌根真菌联用技术的应...     

铝锆改性生物炭对水体低浓度氟的吸附特性

针对低浓度含氟水难处理,氟超标排放造成水污染等问题,制备了铝锆改性生物炭(AZBC),研究其对水体低浓度氟离子(F^-)的吸附特性及吸附机制.结果表明,AZBC是具有均匀孔隙结构的介孔生物炭,能够快速吸附水体F^-,可在20 min内达到吸附平衡.当初始ρ(F^-)为10mg·L^-1,AZBC投加量为30 g·L^-1时,F^-去除率为90.7%,出水浓度低于1mg·L^-1.AZBC的pH_pzc为8.9,推荐pH使用范围为3.2～8.9.其吸附动力学符合拟二级动力学,吸附过程符合Langmuir模型,在25、 35和45℃下的最大吸附量分别为8.91、 11.40和13.76mg·g^-1.可用1mol·L^-1 NaOH脱附F^-,5次循环使用后,AZBC的吸附量下降约15.9%. AZBC的吸附机制为静电吸附和离子交换共同作用.以某工业园区污水厂污水为实验对象...     

改性陶瓷膜催化PMS氧化的二级出水处理特性

以高效去除污水厂二级出水中溶解性有机物为目的,设计了两种由碳基催化剂(N-C、Fe/N-C)制成的高效渗透无损催化陶瓷膜(N-C-CM、Fe/N-C-CM),建立了复合催化膜原位活化过氧单硫酸盐(PMS)过滤体系,探明了复合催化膜的最佳反应条件.结果表明,在催化剂负载量为0.15g,PMS投加量为15mmol/L,pH值为9的条件下,相较PMS直接氧化结合原始陶瓷膜(VCM)过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系,Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系对二级出水中TOC、色度和UV₂₅₄去除率最高,分别为62.83%、81.42%、56.62%,出水浑浊度为0.00NTU.通过对比有无PMS时3种陶瓷膜在相同条件下过滤二级出水后的膜比通量、膜污染阻力分布与反冲洗后的膜通量恢复率,进一步证实了Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系能减少膜表面污染物聚集,从而有效缓解膜污染.通过EPR进一步证实Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系较PMS直接氧化结合VCM过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系产生更多的SO₄^-?...     

不同气氛热解生物炭可溶性有机碳的光谱特征

为探明不同气氛热解生物炭可溶性有机碳(BDOC)的性质特征,在不同热解气氛(CO₂、N₂和空气限制)和热解温度(300～750℃)下制备了一系列小麦秸秆生物炭,通过提取其BDOC并结合紫外-可见光谱和荧光光谱-平行因子分析方法对BDOC性质进行分析.热解温度为300℃时,CO₂和N₂热解生物炭释放的DOC含量高(CO₂:10.55mg/g,N₂:10.17mg/g);而热解温度为450～750℃时,空气限制热解生物炭释放的DOC含量高(0.31～2.88mg/g).生物炭释放DOC含量与生物炭的挥发性物质含量、H/C和(O+N)/C呈正相关关系.空气限制热解BDOC具有更低的分子量,更高的芳香性(SUVA₂₅₄范围:7.66～16.86),腐殖化程度(HIX范围:10.77～52.21)和类腐殖酸物质含量,而CO₂和N₂热解BDOC含有更多的类蛋白物质.此外,CO₂和N...     

芬顿污泥制备磁性生物炭回用于对硝基苯酚的去除及机制

芬顿/絮凝组合工艺在处理难降解有机物废水时会产生大量的芬顿污泥,会提高废水处理成本,同时也会对环境构成威胁,迫切需要开发一种绿色可持续的方法实现芬顿污泥资源化利用.该研究通过将处理PNP(对硝基苯酚)废水产生的芬顿污泥和污水厂生化污泥共热解,原位制备具有高催化活性的MBC(磁性生物炭),并作为多相芬顿催化剂用于去除PNP,实现“以废治废”.结果表明：当芬顿污泥和生化污泥质量比为1∶1、热解温度为800℃时,制备得到的MBC-800-3催化性能最佳;合适的混合比例可有效避免颗粒聚集,高温形成缺陷结构和多种铁相,为MBC-800-3提供了丰富的反应活性位点;当废水初始pH为3、H₂O₂浓度为60 mmol/L、MBC-800-3投加量为0.4 g/L时,PNP和TOC(总有机碳)的去除率均最高,在催化反应100 min时分别达到98%和62%;酸性条件下,MBC活化H₂O₂产生·OH和·O₂-催化降解废水的有机物,其中,·OH作为主要活性物种,其来源包括均相芬顿反应和非均芬顿相反应...