热解条件对生物炭性质和氮、磷吸附性能的影响

以橡木为原料,在不同的热解终温、升温速率和恒温时间下制备生物炭.对生物炭产率、p H、元素组分、工业组分、比表面积、红外光谱等理化特征进行分析,并考察生物炭对水溶液体系中NO-3-N、NH+4-N、PO3-4-P的吸附性能.结果表明:生物炭的产率受热解终温影响最大(极差:54.57%),恒温时间次之(极差:1.16%),升温速率最小(极差:0.42%).随热解终温、升温速率和恒温时间的增加,所得生物炭的p H和C含量增加,而H和O含量降低.热解终温对生物炭表面官能团影响较大,升温速率和恒温时间基本无影响.生物炭对氮、磷的吸附性能主要受热解终温影响.NO-3-N的吸附量最大可达2.80 mg·g-1(600℃),且随热解终温的升高呈指数增加.比表面积、表面碱性官能团和表面金属氧化物与NO-3-N吸附有关.随热解终温的增加,NH+4-N吸附量降低,最大吸附量为3.12 mg·g-1(300℃).阳离子交换量(CEC)是影响NH+4-N吸附的主要因素.PO3-4-P吸附量随热解终温的增加呈先增后减的趋势(在500℃达到最大,为9.75 mg·g-1),且吸附过程主要受生物炭表面碱性官能团和表面金属氧化物的影响.     

湖北省农地资源价值研究

农地价值包括农地提供粮食、纤维等农副产品可计量的市场价值和提供开敞空间、维护生物多样性、保育环境、文化教育等公共物品所具有的非市场价值。科学、合理地评估农地价值,形成完整的资源成本核算体系,可缓解我国农地流失形势,为制定和实施农地生态管护政策等提供理论与实践依据。文章运用收益还原法及条件价值评估法对湖北省不同类型农地的市场价值和非市场价值进行评估,较为科学地评估出农地的整体价值,摸清农地资源的价值构成。研究表明,湖北省包括耕地、园地、林地及水域用地在内的农地资源的非市场价值现值达2514.88×10⁸元,相当于全省2004年生产总值的39.86%,是农地价值构成中无法忽略的重要部分。全省现有耕地资源总价值达11398.77×10⁸元,目前无法进入交易市场或有效地通过交易机制实现的非市场价值有942.63×10⁸元,占耕地总价值的8.27%;园地及水域用地的总价值分别为3715.27×10⁸元和10192.81×10⁸元,非市场价值的比例份额分别达13.64%和5.48%;现有林地资源的非市场价值达506.35×10⁸元,折合林地非市场价值约6407元/hm²。     

生物炭介导鸡粪厌氧消化性能研究

为探究生物炭介导的鸡粪厌氧消化产甲烷的较优添加比例,在发酵温度[（35±1）℃]、接种率30%的条件下,进行了以鸡粪为底物,生物炭为外源添加剂的厌氧消化试验,研究生物炭不同添加量（20%、15%、10%、5%和不添加）对鸡粪厌氧消化产气特性的影响,确定了生物炭介导的鸡粪厌氧消化的较优添加比例;同时,用扫描电子显微镜对厌氧消化前后生物炭颗粒和附着在生物炭颗粒上的微生物进行了观察.结果表明：生物炭的添加提高了鸡粪单位VS产甲烷量,添加20%、15%、10%和5%生物炭的处理鸡粪VS产甲烷量分别为223mL/g、228mL/g、230mL/g和281mL/g,均高于对照组的202mL/g;添加生物炭提高了产气中的甲烷含量,降低了二氧化碳和硫化氢含量,提高了沼气品质;电镜扫描结果表明,厌氧消化后生物炭表面及内部附着了大量厌氧微生物,主要为杆菌、微粒菌和球菌;本研究中,生物炭介导鸡粪厌氧消化最优的添加比例约为5%.     

秸秆生物炭对双氯芬酸钠的吸附性能研究

利用廉价的农业废弃物稻草秸秆,通过磷酸氢二铵（（NH₄）₂HPO₄）活化制备得到秸秆生物炭（SBC）,通过扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析（BET）、红外光谱（FTIR）等手段对其进行表征.研究了SBC对双氯芬酸钠（DCF）的吸附去除,并探讨了吸附时间、SBC投加量、pH值、阴离子浓度对吸附过程的影响.结果表明,当SBC投加量为0.3g/L时,DCF浓度为0.05mmol/L,60min后吸附量达到平衡;pH值范围在5.00~9.00时,SBC对DCF的吸附量去除率随着pH值的增加而减少;Cl^-、SO₄^2-和HCO₃^-对吸附过程的影响不大.拟合结果表明,SBC对DCF的吸附过程更符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温线.经Langmuir等温线模型计算理论最大吸附量为277.78mg/g（pH=7.00,T=20℃）.热力学参数表明SBC对DCF的吸附是自发吸热过程.同活性炭和碳纳米管相比,SBC对DCF的吸附效果更好.     

磷酸改性生物炭负载硫化锰去除废水中重金属镉

采用磷酸作为活化剂对黍糠生物炭进行改性,得到富含活性官能团的功能性生物炭（fCBC）,并将其作为硫化锰（MnS）的载体,最终成功制备出硫化锰负载的磷酸改性生物炭（MnS-fCBC）,可用于水体中镉（Cd）的高效去除.系统评价了初始浓度、初始pH值以及MnS-fCBC投加量对于吸附反应的影响. MnS-fCBC表现出优越的吸附Cd的能力,在初始Cd浓度为200mg/L、pH=6和投加量1g/L的条件下,MnS-fCBC对于Cd的吸附容量最大,达145.15mg/g.吸附反应受pH值影响显著,在偏酸性条件下能取得较好的去除效果.通过X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪（Raman）对MnS-fCBC进行结构表征分析,结合批次试验探讨了Cd的去除机理.结果表明,表面络合和化学沉淀是Cd去除的主要机理.材料的回用性能试验显示,在5次循环使用后,材料依然有较高的Cd去除能力,表明其具有较高的可重用性.因此,MnS-fCBC可作为一种高效的Cd吸附剂,应用于含Cd废水处理.     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

香榧壳生物炭/g-C3N4活化过硫酸盐的光催化性能

采用简便一步热聚合法制备高催化活性的生物炭/g-C₃N₄复合光催化剂,并在可见光下活化过硫酸盐（PS）应用于对-乙酰氨基酚（AAP）废水的降解研究.通过紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis DRS）、光致发光光谱（PL）对该复合催化剂的光学性质进行了研究.结果表明,生物炭的引入使g-C₃N₄的可见光吸收边界从483nm增强至553nm,并且提高了光致电子-空穴对的分离效率.扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）及X射线光电子能谱（XPS）的表征结果显示生物炭的引入改善了g-C₃N₄的微结构.在反应体系中引入PS强化了AAP的去除效率,在可见光照射下其降解速率是未添加PS的8.9倍,表明该催化体系可有效活化PS产生更多高活性氧化物质.自由基捕获实验表明该催化系统可能存在·O₂^-、h⁺、·OH和·SO₄^-活性物种,复合材料性能的提升主要归因于生物炭作为电子受体,有效抑制了电子-空穴的复合.     

水稻秸秆生物炭对镉、铅复合污染土壤中重金属形态转化的短期影响

用生物炭修复重金属污染土壤已有广泛研究.本文采用水稻秸秆在500℃下制成的生物炭,施入Pb、Cd复合污染的土壤中培养30 d,探讨重金属化学形态变化,以期为生物炭修复重金属污染土壤提供科学依据.结果表明:生物炭添加后,黄棕壤的pH升高,弱酸提取态、可还原态及可氧化态Pb含量降低,残渣态Pb含量极显著增加,土壤Pb活性降低;与未加生物炭处理相比,添加生物炭后高浓度Cd污染土壤中弱酸提取态Cd含量极显著降低,可氧化态Cd含量增加,而残渣态Cd含量变化不显著,表明添加生物炭可以促进弱酸提取态Cd向可氧化态Cd转化.Pb、Cd复合污染土壤中Pb-Cd交互作用极显著,添加生物炭减弱了交互作用对弱酸提取态Pb的影响.     

介孔炭干凝胶对孔雀石绿的吸附性能研究

以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶法,通过调整碱性催化剂碳酸钠用量,制备了一系列介孔丰富的炭干凝胶吸附剂.主要考察了介孔炭干凝胶对染料孔雀石绿的吸附性能,并进行了孔结构、表面形貌和官能团的分析.结果表明,催化剂用量不同的介孔炭干凝胶具有不同的粒径和孔径,当间苯二酚与碳酸钠的物质的量比为1000∶1时,制得的吸附剂比表面积和介孔最丰富,且其对孔雀石绿的吸附量最大.同时,介孔炭干凝胶的用量、吸附时间和温度对吸附容量均有一定的影响,吸附过程符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温模型,最大吸附量为208.33 mg·g~(-1);吸附过程是自发的吸热反应.介孔炭干凝胶对孔雀石绿的主要吸附机理是染料分子与羟基和羧基等官能团之间存在静电作用、氢键作用及范德华力作用.     

生物炭碳封存技术研究进展

生物炭(biochar)是一种在无氧或者限氧的条件下,对生物质原料进行高温热解而得到的一种细粒度、多孔性的碳质材料,其稳定的芳烃结构使之在土壤中对生物和非生物氧化具有较强的抗性,成为一种有效的碳封存技术,并受到越来越多的关注.通过对生物炭碳封存机制的阐述,重点评述了生物炭的制备、稳定性及植物生长和土壤有机碳对生物炭添加的响应等方面对生物炭碳封存潜力的影响,并初步考察了生物炭碳封存潜力和经济性等方面的研究进展.最后针对目前关于影响生物炭碳封存潜力因素以及这些因素之间相互关系等方面的研究中存在的问题和不足,提出了进一步研究的方向,为我国生物炭技术的研究和应用提供有益参考.