生物质炭对孔雀石绿和酸性橙的吸附研究

文章以生物质炭为吸附剂,研究了其对以孔雀石绿和酸性橙Ⅱ两种染料作为水污染物时的吸附行为,并且探讨了初始浓度、温度、离子强度及溶液p H值等因素对吸附效果的影响。结果表明吸附符合准二级动力学方程;离子强度对吸附效果贡献不大;随着p H值的增加,生物质炭对孔雀石绿的吸附量增加,而对酸性橙Ⅱ的吸附量降低;吸附热力学研究表明,吸附过程为自发的吸热反应,用Langmuir方程能够更好地对吸附等温线进行拟合。     

牛粪生物炭对水中氨氮的吸附特性

以牛粪生物炭为吸附剂,研究了p H、粒径、投加量、温度和共存阳离子等因素对牛粪生物炭吸附氨氮的影响及吸附特性.结果表明,共存阳离子Na+、Ca2+的存在对牛粪生物炭吸附氨氮有抑制作用,在Na+、Ca2+浓度相同条件下对氨氮吸附影响大小顺序为Na+Ca2+;牛粪生物炭吸附氨氮的最佳初始p H值应在5~8范围;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R2=0.967 3)比准一级动力学方程(R2=0.765 9)和Elovich方程(R2=0.724 9)能更好地拟合动力学数据,颗粒内扩散方程拟合结果发现牛粪生物炭对氨氮的吸附包括表面吸附和颗粒内扩散两个过程.吸附等温线拟合发现Freundlich方程(R2=0.976 2)能很好地描述氨氮在牛粪生物炭上的吸附行为.吉布斯自由能变化(ΔGθ)、焓变(ΔHθ)和熵变(ΔSθ)的计算结果表明,牛粪生物炭对氨氮的吸附是自发的吸热过程.     

生物炭输入对土壤本体有机碳矿化的影响

近年来,生物炭应用于土壤后其碳汇能力已成为国内外的研究热点,但是目前研究结果显示其碳汇功能仍然存在争议,生物炭与土壤本体有机碳之间的作用关系还有待探明.研究以水稻土(C3土壤)为供试土壤,向其中添加以水洗(CS)和未水洗(CN)方式处理的玉米(C4作物)秸秆生物炭,生物炭分别按1%和3%(CS1%、CS3%和CN1%、CN3%)的质量比与C3土壤均匀混合,以不添加生物炭(CK)为对照处理,每个处理重复3次,开展室内培养实验,探讨生物炭添加对土壤有机碳矿化的影响.结果表明:1在180 d的培养期内,CS1%、CS3%、CN1%这3种处理的土壤CO2累计释放量分别为1 865.7、1 864.4和1 856.2 m L·kg-1,均高于对照土壤CK的1 779.0 m L·kg-1,但未形成显著差异.处理CN3%的CO2累计释放量最大,为2 289.1m L·kg-1,明显高于其他处理及对照土壤.说明较高添加量下,水洗生物炭CS处理减排效果明显;2同位素分析结果显示,CK处理土壤的本体有机碳的CO2累计释放量最高,达到1 534.2 m L·kg-1,CS3%与CN3%处理土壤本体有机碳的CO2累计释放量分别为1 000.4 m L·kg-1和1 153.7 m L·kg-1,均明显低于对照处理,说明2种生物炭的添加均能抑制土壤本体有机碳的矿化.激发效应的结果也验证了这一点,CS3%处理土壤的激发效应PE值为-34.8%,处理CN3%的PE值为-24.8%,CS生物炭的负激发效应更显著.     

生物炭和有机肥对华北农田盐碱土N2O排放的影响

基于山东滨州地区冬小麦-夏玉米轮作大田试验,探究了施用生物炭和有机肥对夏玉米季土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响,为盐碱土壤N_2O增汇减排提供理论依据.试验按照不同处理氮、磷、钾含量相同原则,设置对照CK[N:0.2t·(hm~2·a)~(-1),P_2O_5:0.12 t·(hm~2·a)~(-1),K_2O:0.2 t·(hm~2·a)~(-1)]、C1[5 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、C2[10 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、C3[20 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、M1[7.5 t·(hm~2·a)~(-1)有机肥]、M2[10 t·(hm~2·a)~(-1)有机肥]这6个处理.结果表明,施加生物炭和有机肥对土壤N_2O排放影响趋势基本一致,排放高峰均出现在施肥(基肥和追肥)后,累积排放量占整个生育期排放量的近一半;与CK相比,C1、C2分别降低N_2O排放的45.3%、31.6%,而C3、M1、M2分别增加了17.3%、37.4%、27.6%.施加生物炭和有机肥均会对土壤N_2O排放产生影响,施加生物炭可以降低N_2O排放,而施加有机肥则促进了N_2O排放.因此,生物炭对减少农田N_2O排放具有巨大潜力.     

溶剂热法制备磁性生物质炭吸附对硝基苯酚

将法桐树叶煅烧得到生物质炭(BAC),以溶剂热法将Fe_3O_4原位生成负载于BAC表面制备磁性生物质炭复合材料(BAC/Fe_3O_4)。用SEM、XRD、TEM、IR、VSM等对复合材料进行表征。实验结果表明:BAC/Fe_3O_4对对硝基苯酚的吸附在溶液pH为10.0的条件下有较高的吸附量,吸附行为符合朗格缪尔吸附等温线,最大吸附量为246.3 mg/g,吸附过程符合伪二级反应动力学方程,吸附速率较快。该材料可以有效地去除对硝基苯酚,在去除有机污染物方面有较大潜力。     

负载铁生物炭对雄黄矿尾渣砷的钝化效果

湖南石门雄黄矿矿区内大量As含量极高的尾渣,严重威胁着当地环境安全与居民生命健康.为推动实现对雄黄矿高As尾渣的稳定化处理,系统分析了FeBC（负载铁生物炭）对雄黄矿尾渣中As的钝化效果,并对FeBC钝化As的发生机制进行探讨.结果表明:水平振荡试验和合成沉降浸出试验（synthetic precipitation leaching procedure,SPLP）中尾渣As的浸出浓度分别为103.7和173.5 mg/L;FeBC的加入[矿渣与FeBC的比例（w/w）为4:1]使尾渣中As的浸出浓度降低72.2%~79.2%.在以模拟酸雨为淋溶液的柱试验中,FeBC处理使淋出液中ρ（As）下降79.1%~99.3%,As淋失总量减少92.8%,但酸雨淋溶量的持续增加使出水中ρ（As）随pH的降低而缓慢上升.FTIR（傅里叶红外光谱）分析发现,FeBC表面负载的Fe原子通过羟基与砷酸根之间的配位基交换作用吸附As是FeBC高效钝化尾渣中As的关键机制;同时,生物炭载体表面含氧官能团还可能通过氢键与As氧合阴离子或分子发生了吸附反应.研究显示,FeBC在钝化雄黄矿尾渣中高含量As方面具有突出优势,可用于快速降低矿渣中As的浸出毒性;但在长期酸雨淋溶条件下,可能需要设置酸度缓冲层以充分保障FeBC钝化As作用的稳定性和持久性.      

羟基磷灰石/蔗渣炭复合吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附机理

以甘蔗渣为原料,采用水热合成法制备羟基磷灰石/蔗渣炭复合吸附剂--HBA,通过静态吸附试验研究HBA对As（Ⅴ）的吸附特性,并采用红外光谱和X射线光电子能谱对吸附前后的HBA进行表征,探讨其吸附As（Ⅴ）的机理.结果表明:HBA的比表面积为89.52 m2/g,pH_zpc（零点电荷）=7.2,HBA上的羟基磷灰石的分子式为Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂.HBA吸附As（Ⅴ）的效果最佳pH为5.0~9.0.Langmuir等温吸附模型适合拟合HBA对As（V）的吸附等温线,25℃时Langmuir最大吸附量为6.76 mg/g,是蔗渣炭对As（Ⅴ）最大吸附量的20多倍.红外光谱分析表明,HBA含有的＝C＝O、─OH、─COOH等含氧官能团,可为化学吸附提供充足的吸附位点和提高HBA的吸附能力.XPS分析表明,HBA表面的含氧官能团[如羧基（─O─C＝O,532.2 eV）、羟基（─OH,530.6 eV）]参与了吸附反应,羟基磷灰石能提高HBA吸附As（Ⅴ）的能力,被吸附到HBA表面上的As主要以AsO₄3-和HAsO₄2-形态存在.      

污泥生物炭中水溶性有机物的三维荧光光谱特征及其与铜的络合

以市政污泥为原料,在400、500和600℃条件下热解制备了污泥生物炭,研究了污泥原料和污泥生物炭中水溶性有机物(DOM)的荧光光谱特性及其与铜的络合能力。结果表明,污泥原料DOM中含有类蛋白质组分和类富里酸组分两大类荧光物质,在400℃和500℃制备的生物炭中只含有类富里酸荧光物质,600℃制备的生物炭中不含荧光物质。污泥生物炭DOM中类富里酸荧光物质受p H和离子强度变化的影响低于污泥原料DOM。污泥生物炭DOM类富里酸物质与Cu2+的络合能力低于污泥生物质DOM,且络合能力均为可见区类富里酸紫外区类富里酸。热解改变了污泥中DOM的组成和性质,可降低与DOM络合Cu2+的迁移性。     

生物炭在农田重金属镉污染治理中的应用分析

随着我国经济的快速发展,人类对大自然的破坏程度也原来有严重,我国土地污染状态也呈现着逐年恶化的趋势,尤其是重金属对于土地的污染问题,已经成为了当今社会一大严峻的挑战。本文围绕生物炭在阻碍农田金属镉胁迫下农作物保护酶系统中的应用、生物炭在调控农田重金属土壤镉赋存形态分布中的应用、生物炭在农田重金属镉吸附上的应用三个方面展开讨论,对生物炭在农田重金属镉污染治理中的应用进行了分析,并提出了一些作者自己的拙见,希望能够对我国农田重金属镉的污染治理工作提供一些理论建议。     

凤眼莲源生物炭对土壤As、Hg、Cd溶出特性与化学形态的影响

以我国典型水生入侵植物凤眼莲为前体制备了生物炭(BCW)和负载铁生物炭(BCW-Fe),在对其理化特性进行充分表征的基础上,系统分析了这2类生物炭对金矿冶炼区酸性复合污染土壤中As、Hg、Cd的钝化修复效果.水浸与酸浸实验表明,5%(质量分数)BCW与5%(质量分数)BCW-Fe处理分别使土壤As浸出浓度降低91.4%~91.6%和64.9%~96.8%,Hg浸出浓度由0.03~0.04μg·L-1降低至0~0.02μg·L~(-1);而2种材料对Cd的钝化优势分别出现在中性和酸性浸出条件下.重金属形态分析结果显示,2种生物炭处理均使As、Hg、Cd由植物可利用性较高的可交换态和碳酸盐结合态向较为稳定的铁锰氧化物与有机物结合态转化.其中,BCW与BCW-Fe的加入分别使可交换态与碳酸盐结合态As总量减少0.3%和3.1%,使这2种非稳态Hg总量分别减少2.3%和3.4%,使这2种形态Cd总量分别减少7.7%和14.9%.综合以上研究结果,凤眼莲负载铁生物炭提供了一种能够在我国广泛分布的酸雨沉降地区内实现对复合污染土壤中As、Hg、Cd同步稳定钝化的有效材料,与此同时,该方法有利于实现对入侵植物的有效管理和应用土地系统进行长期固碳.