矿物改性污泥生物炭对土壤重金属浸出的影响

为研究凹凸棒石-污泥共热解生物炭对重金属污染土壤的淋溶性的影响，该文在350℃下将污泥、污泥和凹凸棒石混合热解制备2种生物炭，将2种不同生物炭施用于重金属污染土壤中进行钝化实验。钝化完成后土壤开展模拟酸雨土柱淋溶实验，研究重金属随着雨水淋溶的迁移规律，评价材料的钝化效果。结果表明：在淋溶过程中，重金属的累积淋失率呈现前期快速增长，后期持续缓慢增长的趋势，Cd、Zn、Cu、Cr、Ni 5种重金属的累计淋失率整体呈现对照>污泥生物炭>凹凸棒石-污泥共热解生物炭的趋势，共热解生物炭处理后，重金属的累积淋失率降低了11.13%～48.02%，各重金属的累积淋失率随时间的动力学方程拟合结果显示，Elovich修正方程与重金属的释放累积过程拟合相关性最好，R²为0.918～0.995，一级动力学方程的拟合相关性最差，说明重金属在土壤中的释放过程主要受到非均质表面的化学吸附影响，生物炭能够对土壤中的重金属起到较好的固定作用，从而降低重金属的淋失迁移性。凹凸棒石与污泥的共热解显示出了优于单一材料的重金属钝化效果。表明凹凸棒石-污泥共热解生物炭是一种潜在的土壤重金属钝化...     

印染污泥基炭材料制备及其对疏浚余水中溶解性有机质的吸附特性研究

以印染污泥为原料,在650℃无氧条件下热解制备了印染污泥基炭材料(DSC),并采用SEM、XPS、FT-IR和BET等手段表征了DSC的理化性质;将DSC应用于疏浚余水的深度处理,研究了DSC对疏浚余水中溶解性有机物质(DOM)的吸附特性,并结合吸附动力学模型解析其吸附过程;利用紫外-可见光谱(UV-VIS)、荧光光谱...     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

生物炭结构性质对氨氮的吸附特性影响

氨抑制现象在富含有机氮底物的沼气工程中普遍存在,采用生物炭吸附法可固定发酵液中氨氮.为探究生物炭理化结构与氨氮吸附特性之间的相关关系,在不同热解温度(350、450和550℃)下制备以玉米秸秆、稻壳为原料的生物炭,通过元素分析、FTIR和BET等分析生物炭结构及其理化性质,并结合批式吸附实验,研究不同理化性质生物炭对氨氮的吸附特性影响.结果表明随着热解温度的升高,生物炭中碳及灰分含量增多; 450℃制备的玉米秸秆生物炭(CS450)与550℃制备的稻壳生物炭(RH550)对氨氮的吸附分别遵循准二级和准一级动力学模型.Freundlich吸附模型能更好地描述CS450和RH550生物炭对氨氮的等温吸附过程;玉米秸秆炭吸附量与其表面官能团间具有显著相关性;而与稻壳炭的吸附量相关性最显著的为生物炭的比表面积,其次是表面官能团,最后是灰分.其中,RH550吸附性能最好,最大吸附量为12. 16 mg·g~(-1).     

生物质粒径对负载MgO生物炭吸附水体中磷的影响

为研究生物质粒径对负载MgO芦苇生物炭（MBC）去除水体中磷的速率和能力的影响,以0~0.5、1~2和6~8 mm这3种不同粒径的芦苇颗粒为原料、MgCl₂为改性剂制备MBC,用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等对MBC表征,开展MBC吸附溶液中磷酸盐（PO₄^3--P）动力学和等温线实验以及实验数据模型拟合.结果表明,MBC对溶液中PO₄^3--P的吸附速率随生物质粒径增大而增大,0~0.5、1~2和6~8 mm芦苇颗粒制备的MBC对PO₄^3--P的吸附量在2 h内分别达到平衡吸附量的15.4%、25.8%和80.8%,而生物质粒径对MBC的PO₄^3--P最大吸附量（249.0~254.7 mg·g^-1）无明显影响.6~8 mm芦苇颗粒制备的MBC保留了较完整的芦苇细胞壁结构,且含有丰富的微孔和中孔,形成多层次、规则的、连通性好的孔隙结构.0~0.5 mm和1~2 mm芦苇颗粒制备的MBC孔隙结构较差,孔隙连通性受损,影响了磷酸根离子在MBC内部的扩散速率,限制了对磷的吸附速率.因此,以人工湿地收割的废弃植物芦苇为原料制备MBC用于去除水体中磷时,将芦苇破碎至6~8 mm即可,过度破碎会破坏MBC的孔隙结构,减小MBC对磷的去除速率.     

不同热解温度生物炭对 Cd(Ⅱ)的吸附特性

以花生壳和中药渣为原料,分别于300、350、400、500、600℃下慢速热解制备生物炭,并表征其物理化学性质.研究不同p H、吸附时间和Cd(Ⅱ)浓度下生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附特征.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度增加,比表面积增大,含氧官能团数量减少,π共轭芳香结构更加完备,Ca和Mg等无机元素不断富集,矿物溶解性降低,导致了Cd(Ⅱ)在不同热解温度生物炭上吸附能力及机制的差异.随溶液p H的升高(2.0~6.0),生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附量逐渐增加.吸附过程可分为快吸附和慢吸附两个阶段,吸附速度受膜扩散、颗粒内扩散和沉淀作用、离子交换等过程的控制.随热解温度的升高,快吸附在生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附中所占比例逐渐降低.高温生物炭(≥500℃)中含氧官能团的锐减及难溶晶体矿物的形成降低了其对Cd(Ⅱ)的快吸附速率.沉淀和离子交换可能是低温生物炭(≤400℃)吸附Cd(Ⅱ)的主要机制;高温生物炭(≥500℃)中更完备的π共轭芳香结构增加了Cd-π作用对吸附的贡献,而难溶磷酸盐和碳酸盐的形成则降低了沉淀作用对吸附的贡献.这些研究结果为筛选对Cd(Ⅱ)具有高效去除或固持能力的功能生物炭(designer biochar)提供了重要的理论数据.     

碳酸钙与生物炭对酸化菜地土壤持氮能力的影响

针对太湖地区稻田改种菜地后带来的土壤酸化现象,以碳酸钙与生物炭作为酸化改良剂,开展室内培养及多次淋洗模拟试验,比较两种改良剂对酸化菜地土壤持氮能力及酸化修复效果的影响.结果表明,基于碱缓冲曲线法,本试验用酸化菜地土壤每提高1个p H单位需向土壤中添加碳酸钙3.92×10-2mol·kg~(-1)或生物炭27.73 g·kg~(-1).无外源氮条件下碳酸钙添加使土壤氮矿化速率显著提高了37%,对土壤铵态氮、硝态氮含量影响不显著;生物炭添加使土壤氮矿化速率显著提高了35%~44%,且显著增加了土壤硝态氮含量42%~58%.模拟淋洗下,生物炭添加显著消减渗漏液体积24%,渗漏液氮浓度45%,显著减少氮淋失量42%~57%,而碳酸钙添加对渗漏液体积没有影响,增加了渗漏液中氮浓度,氮淋失量增加了12%~76%.淋洗后,各处理土壤p H值发生不同程度的降低,无外源氮条件下添加碳酸钙处理土壤p H值降幅最低,外源氮添加条件下生物炭添加处理降幅最低.由此可见,碳酸钙对酸化土壤修复效率较高,但在外源氮添加条件下降低了土壤持氮能力,更适用于酸化严重且需要休耕改良的菜地土壤;生物炭在维持土壤p H值的同时可以有效提高土壤矿质氮留存量,降低氮淋失,更适用于仍在高强度种植的菜地土壤.     

花椰菜基生物炭对水中Pb (II)的吸附性能

以农业废弃物花椰菜的根和叶为原材料,采用限氧裂解法在500℃条件下制备花椰菜根基生物炭(BCR)和叶基生物炭(BCL),探究了吸附时间、温度、Pb(Ⅱ)初始浓度、pH及不同共存离子对2种生物炭吸附性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、红外光谱(FTIR)及比表面积测定(BET)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了吸附机理.结果表明,2种生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级动力学和颗粒内扩散模型,BCR和BCL对Pb(Ⅱ)的吸附分别在3 h和6 h达到吸附平衡;2种生物炭对不同浓度下Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型;在25℃条件下,BCR和BCL对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别达到454.55和434.78 mg·g~(-1),BCR和BCL具有良好的吸附效果,可作为优良的生物质基吸附材料.     

生物炭颗粒的分级提取、表征及其对磺胺甲噁唑的吸附性能研究

以玉米秸秆为原料,在不同温度条件下(300~600℃)制备生物炭,并对生物炭进行粒径分级(50~250μm,5~50μm,1~5μm,1.0μm).通过比表面积测定仪、透射电镜、纳米粒度仪、X射线光电子能谱对不同粒径生物炭的理化特性进行表征;并以粗粒径(50~250μm)生物炭为对照,探讨生物炭胶体颗粒对典型有机污染物磺胺甲噁唑(SMX)的吸附性能.结果表明:生物炭胶体颗粒比粗粒径生物炭具有更大的比表面积以及更发达的微孔结构,且随着制备温度的升高,生物炭胶体颗粒的比表面积和孔容提高更加显著;生物炭胶体颗粒表面含有更多的含氧官能团以及矿质元素;生物炭胶体颗粒对SMX的等温吸附曲线能够用Freundlich吸附方程较好地拟合,表明吸附过程可能为异质性表面吸附,且吸附能力显著强于粗粒径生物炭.以上结果表明,生物炭胶体颗粒具有独特的理化特性,因而在环境中可能参与更多的生物地球化学过程;此外,其对有机污染物具有更强的吸附能力,加之较强的迁移特性,很有可能作为载体促进污染物在水土环境中的迁移转化.因此,在充分利用生物炭改土固碳的同时,有必要关注其可能引起的环境风险.