聚磷菌协同生物炭对水中U(Ⅵ)的去除特性及机理研究

低浓度含铀废水中铀的高效去除是铀矿冶安全生产过程中亟待解决的问题。生物吸附法是处理较低浓度重金属废水的高效廉价的方法之一。采用生物炭负载聚磷菌,制备了一种新型吸附剂,通过对比分析普通生物炭与负载聚磷菌生物炭对水中U(VI)的去除特性,结合BET、SEM及XPS等检测手段,考察聚磷菌对生物炭去除水中U(VI)的协同作用,探究低浓度铀废水处理新方法。结果表明,通过负载聚磷菌,生物炭能够快速降低水中U(VI)的浓度,去除率可达99.86%。BET及SEM表征手段表明,聚磷菌被固定在生物炭表面,负载聚磷菌的生物炭比表面积大大减小,但对铀的去除率反而增加。结合XPS结果可知,吸附后沉淀产物为四价铀和六价铀的混合物,表明聚磷菌对水中铀进行了还原、微沉淀,具有协同生物炭除铀作用。吸附动力学试验表明,该吸附过程符合准二级动力学模型;Freundlich吸附等温线模型能更好地描述吸附剂对铀的吸附行为。     

页岩气水基钻屑制备低密度支撑剂及性能研究

以页岩气开采中产生的固体废弃物水基钻屑和铝矾土为原料,锰粉为烧结助剂,在一定温度下烧结制备了强度达标的低密度支撑剂。探讨了烧成温度和水基钻屑掺量对支撑剂性能的影响,并利用XRD、SEM对不同水基钻屑掺量的支撑剂进行了微观结构和晶相的分析。结果表明:随烧成温度升高,支撑剂的破碎率先升高后降低,体积密度和视密度与之相反;适量增加水基钻屑的掺量,支撑剂样品的莫来石相衍射峰增强,晶粒尺寸变大,与刚玉相晶粒交织形成网状骨架结构,显著提高了样品强度;当添加20 g水基钻屑、80 g铝矾土和4 g锰粉时,在1350℃下烧结制备的支撑剂性能最佳,在52 MPa闭合压力下破碎率为4.02%,体积密度为1.47 g/cm3,视密度为2.67 g/cm3。     

污泥基生物炭的制备及其对Hg~(2+)的吸附

在添加乙酸钾的条件下将污泥低温热解制备出污泥基生物炭,并将其用于溶液中Hg~(2+)的吸附,考察了Hg~(2+)吸附效果的影响因素,并对吸附机理进行了分析。表征结果显示:热解对污泥有一定的造孔作用,而乙酸钾对孔隙结构的形成影响更大。实验结果表明:在吸附温度为25℃、溶液p H为6、初始Hg~(2+)质量浓度为15 mg/L、污泥基生物炭投加量为6 g/L的条件下,吸附24 h时的Hg~(2+)去除率达97.08%;污泥基生物炭对Hg~(2+)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附行为符合Lagergren准二级动力学方程。     

2种生物质炭对土壤表面结构的影响

以小麦秸秆为原料,在300℃和600℃下制备了2种生物质炭(BC300和BC600),考察了生物质炭添加到土壤后对土壤微孔结构的影响,研究结果表明,在土壤中添加1%的BC300和BC600,土壤的总比表面积由(5.4±0.06)m2/g分别增加到(6.7±0.08)m2/g和(7.7±0.08)m2/g,总孔容由(14.9±0.42)μL/g分别增加到(18.6±0.34)μL/g和(17.2±0.31)μL/g,平均孔径由(13.8±0.38)nm分别降低到(11.1±0.21)nm和(9.0±0.19)nm。     

Fe2O3/PC功能化复合多孔炭材料的制备及除磷机理

采用热活化法辅以加压超声浸渍技术将硅酸盐水泥颗粒（PC）和Fe₂O₃负载于稻壳生物炭（RHC）的表面,得到了具有优异除磷效能和高选择性吸附性能的Fe₂O₃/PC功能化复合多孔炭材料（Fe-PC/RHC）.基于磷吸附容量和磷去除率,对PC和Fe³⁺负载进行量的优化;选取优化炭进行比表面积、孔径分布、物相结构、表面结构、微观形貌和零电位点表征测定.结果表明：复合炭材料表面均匀分散着硅酸钙盐、硅酸铁盐和Fe₂O₃等矿物活性颗粒,对其比表面积、孔结构和吸附性能具有增强作用;当RHC：PC=0.8：1（质量比）,Fe³⁺：RHC=2：1（2 mmol·g^-1）时制备的炭材料Fe₂-PC/RHC,投加0.2 g,处理100 mg·L^-1的磷酸盐溶液,在pH=6~8的条件下表现出了优异的吸附性能;铁盐的掺杂能有效调控介质pH值从11.09降低至7.71,zeta电位从2.82提高到7.57;准二级动力学模型和Langmiur模型更适用于描述Fe₂-PC/RHC吸附磷酸盐的过程,吸附4 h后逐渐趋于平衡,饱和吸附量为69.92 mg·g^-1;在几种常见阴离子和阳离子共存的情况下,Fe₂-PC/RHC对磷酸盐仍然表现出了优异的选择性吸附;结合吸附前后材料的表征结果,化学吸附是主要的除磷机理,此外还可能存在配体交换和静电吸引.     

生物炭促进餐厨垃圾发酵产己酸效能及机理研究

研究了餐厨垃圾制备的水热炭和热解炭对餐厨垃圾发酵产己酸的影响,分析了生物炭的理化性质及微生物群落结构。结果表明:空白组己酸最大产量仅为1.65 g COD/L,投加5 g/L水热炭和热解炭对产己酸均有促进作用,己酸最大产量分别为3.64,24.24 g COD/L,为空白组的2.2,14.7倍;而过量水热炭和热解炭(10 g/L和20 g/L)反而对产己酸具有抑制效应。生物炭理化性质对比分析表明:热解炭可促进直接种间电子传递,比表面积更大的热解炭可为产己酸功能菌群提供更大面积的附着位点,富集己酸功能菌,促进乙醇和丁酸转化成己酸。微生物群落分析表明:5 g/L热解炭组产己酸功能菌Clostridium_sensu_stricto_12、Caproiciproducens和Clostridium_sensu_stricto_11的相对丰度分别为35.6%、2.0%和1.7%。     

炭膜曝气生物膜反应器硝化作用及其微生物群落结构分析

采用炭膜曝气生物膜反应器处理无机含氮废水,通过改变进水氨氮浓度和水力停留时间,研究了反应器硝化性能、氧利用情况以及氨氮去除负荷,并对生物膜表面特性和硝化菌优势菌种进行分析.结果表明, 在膜内气压0.017 MPa,进水NH⁺₄-N 50 mg/L,HRT为8 h条件下,NH⁺₄-N去除率达到96%,出水NO^-₂-N平均为17 mg/L,一定程度上实现了短程硝化,炭膜所供给氧气被生物膜全部消耗;系统比表面氨氮最大去除速率为9.7 g/(m²·d),炭膜表面有限的生物量制约了去除速率的进一步提高; 荧光原位杂交技术分析揭示生物膜内亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌（Nitrosospira）为亚硝化细菌优势菌种,分别占细菌总菌数的19%和21%,硝化螺菌（Nitrospira）为硝化细菌优势菌种,占总菌数的20%,未检测到硝化杆菌（Nitrobacter）的存在.     

不同温度下小麦秸秆生物炭的制备及表征

以小麦秸秆作为生物质原材料,在200、400、600℃温度条件下,采用限氧控温裂解法制备生物炭。采用热重分析、元素分析、红外光谱分析、比表面积分析和扫描电镜分析表征各物质结构特征,并分析不同制备方法对其元素组成、表面结构、表面性质的影响。结果显示:热重、红外光谱分析结果显示小麦秸秆在热解温度升高到350℃时失重率最大,为33.73%,秸秆的热解过程发生化学键的断裂及脂肪性烷基链的消失;小麦秸秆焚烧物的产率、灰分分别为12%、64.78%,灰分较大;生物炭随着碳化温度的升高,其产率降低,灰分含量增大;随着热解温度升高,生物炭逐渐成为"富炭颗粒",其极性降低,芳香性增大,疏水性增强;电镜扫描分析显示随着炭化温度升高,生物炭孔壁逐渐变薄,内部孔结构逐渐增大,甚至出现大量微孔。     

利用糠醛渣制备机制炭的研究

本文介绍了利用糠醛渣为原料，经过筛选，干燥，掺增粘脱硫剂，成型和碳化制备机制炭的工艺过程，并对制备过程中的各种影响因素进行了讨论。本项研究不仅降低了生产机制炭的成本，也为糠醛渣的合理利用提供了一条新的途径。     

β-环糊精壳聚糖改性生物炭固化稳定化土壤中镉和铬

镉(Cd)和铬(Cr)是在土壤中普遍存在的重金属污染物,固化稳定化作为一种处理土壤中金属污染的方法,具有快速、经济、有效等特点.该试验以稻壳生物炭(BC)为原材料,利用β-环糊精壳聚糖(β-CC)对其进行改性,制备得到一种环保廉价且能有效固化稳定化土壤中重金属离子的有机复合吸附材料β-环糊精壳聚糖生物炭(β-CC BC),其与硅酸盐水泥复配后可以固化稳定化土壤中的Cd、Cr.利用控制单因素变量对改性生物炭的处理效果进行探究,结果表明：(1)以β-CC BC添加量为变量时,添加量为10 g/(0.1 kg)左右时,Cr浸出浓度最低,为1.92 mg/L,添加量为12.5 g/(0.1 kg)时,Cd的浸出浓度最低,为0.61 mg/L;以养护时间为变量时,养护时间为28 d时,Cr浸出浓度最低,为2.13 mg/L,养护时间为21 d时,Cd浸出浓度最低,为0.55 mg/L.(2)通过对5种材料进行浸出试验,并对处理后土壤中Cd、Cr的浸出浓度进行测定,发现与磷酸钾(K₃PO₄)、碳酸钙(CaCO₃)、硅酸钠(Na