啤酒糟生物炭吸附固定化功能菌强化去除多环芳烃特性

文章采用不同热解温度制备的啤酒糟生物炭载体吸附固定化特征降解菌(SZ-3),分析啤酒糟生物炭理化性质与形貌表征对功能菌固定化能力的影响,探究菲、荧蒽、芘3种多环芳烃化合物(PAHs)的微生物降解效能强化以及反应周期内功能菌的增殖与酶活特性。结果表明,500℃热解温度制备的啤酒糟生物炭亲水性强,比表面积及孔径分别为2.505 m²/g、23.928 nm,炭材料表面官能团以羧基、脂肪醚为主,电子传递性能优良,对功能菌的吸附量达到825.71 nmol P/g。批次实验条件下,优化制备的啤酒糟生物炭固定化功能菌对水中菲、荧蒽、芘的去除率分别为71%、38%和35%,相较于单独生物炭和游离功能菌体系,固定化降解菌对PAHs化合物去除率提升范围为8%～34%,且菲的生物降解效能强化最为显著。同时,啤酒糟生物炭固定化降解菌体系中的功能菌生长数量和邻苯二酚双加氧酶活性也较大提高。采用啤酒糟生物炭作为微生物固定化载体强化难降解有机物去除具有良好的实际意义。     

响应面法优化制备污泥生物炭负载纳米零价铁

为了确定污泥生物炭(SBC)负载纳米零价铁(nZVI@SBC)的最优制备条件,文章以市政污泥、七水合硫酸亚铁为原料,采用限氧高温热解、酸洗改性和液相还原法制备nZVI@SBC材料。以水中Cd(Ⅱ)的去除率为吸附指标,利用Plackett-Burman实验设计筛选显著因素,并采用Box-Behnken响应面法对制备条件进行优化,进一步通过扫描电镜、X射线能谱和傅里叶变换红外光谱等手段对nZVI@SBC进行表征分析。结果表明,二次多项式模型拟合显著(P<0.01),失拟项不显著(P>0.05),模型决定系数(R²)为0.981 3,模型拟合良好。在SBC热解温度为691℃,铁土质量比(M_Fe/M_SBC)为1.90,酸洗HCl浓度为3.75 mol/L,混合搅拌时间150 min,无水乙醇添加量50 mL的最优条件下,nZVI@SBC对200 mg/L Cd(Ⅱ)的实际去除率为74.77%,与模型理论预测值74.95%接近,证明采用响应面法优化n ZVI@SBC制备条件可靠。     

微波-生物炭工艺对高浓度氨氮废水的处理研究

针对现有氨氮废水处理工艺存在运行成本高、脱氮效率低、操作复杂等问题,文章依据微波-生物炭技术加热速率快、吸附效率高等优势,探究了该工艺的环境影响因素和作用机理。结果表明：采用微波加热法制备的椰壳生物炭BET比表面积可达380.64 m²/g,进一步制备生成生物炭无纺布,在初始氨氮浓度800 mg/L(以N计)、pH 10.5、无纺布投加量6 g/L、微波功率560 W条件下连续辐射加热6 min,氨氮去除率高达98.24%,且生物炭无纺布能保持性能连续使用11个周期以上。微波-生物炭工艺主要利用微波辐射的“热效应”、“非热效应”及生物炭无纺布的吸附解吸作用强化促进废水中NH₃分子的脱除。该研究为高浓度氨氮废水的有效处置提供了高效、清洁的新方法。     

改性花生壳生物炭对磷酸盐的吸附特性

该文以花生壳为原料热解得到花生壳生物炭,并用铁盐对其进行改性,得到改性花生壳生物炭。利用改性花生壳生物炭吸附磷酸盐,研究了吸附动力学和吸附等温线曲线,同时探究了pH对吸附除磷效果的影响。并利用吸附有磷酸盐的改性生物炭作为小麦种子生长的基质。结果表明,改性花生壳生物炭对磷的最大吸附量为1.11 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学拟合方程,吸附曲线符合Langmuir吸附模型,主要为单层吸附过程,吸附过程的最适pH为4～10。同时,吸附有磷酸盐的改性花生壳生物炭能提高小麦种子的发芽率,并且能促进早期幼苗的生长。该改性生物炭可以有效吸附磷酸盐,缓解水体的富营养化,还能作为缓释肥料,实现环境治理与资源化利用。     

生物炭基质可显著地促进香蕉幼苗生长

在香蕉幼苗生长过程中,基质酸化、养分不足或失衡是一个常见的问题,为了解决这一问题,同时兼顾循环利用农林废弃物,按照体积分数分别配制6种不同的基质,分别为CK(100%椰糠),T1(2%生物炭+98%椰糠),T2(5%生物炭+95%椰糠),T3(10%生物炭+90%椰糠),T4(20%生物炭+80%椰糠)和T5(50%生物炭+50%椰糠),采用育苗袋种植巴西蕉组培苗120d。结果表明,与对照相比,在含生物炭的基质上生长的香蕉假茎长提高了56.3%—93.8%,根长增加了66.7%—155.6%,地上部和地下部干重分别提高了100.6%—174.1%和84.8%—468.2%,同时香蕉幼苗地上部氮磷钾累积量也增加。这显然是由于生物炭显著改善基质肥力性状所致,如pH、有机碳、EC、全氮磷钾和速效磷钾含量,均随着生物炭分数的增加而提高。但是,生物炭分数超过20%,对香蕉幼苗生长的促进作用会降低,最合适的基质是10%生物炭加90%椰糠（T3）。此外,还需要注意,生物炭的促生作用主要表现在幼苗生长后期。     

微波生物炭对阴、阳离子型染料的吸附特性

以小麦秸秆为原材料、以活性炭为催化剂,在微波辐照下制备了生物炭并进行了理化表征,而后对比考察了其对阴离子染料甲基橙(MO)和阳离子染料亚甲基蓝(MB)的吸附特性。结果表明,提高微波辐照功率,生物炭的比表面积和孔体积逐渐增大,对染料的吸附量也相应增加,对MB的吸附量达87.72 mg/g。相关性分析表明微波生物炭对MO的吸附主要是受比表面积和孔体积决定的物理吸附,对MB的吸附则兼具有物理吸附和静电吸引作用。动力学和等温线研究表明微波生物炭对染料的吸附受多种因素控制,低功率制备的微波生物炭符合Langmuir吸附,而高功率制备的炭更符合Freundlich多分子层吸附。影响因素研究表明,受静电作用、络合作用的影响,溶液pH值、阳离子浓度以及吸附温度都会影响吸附效果。     

磁性生物炭球的制备及其对土壤中Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

以松木屑与海藻酸钠为碳源,FeCl3为交联剂与赋磁剂,制备了磁性生物炭球(MB).利用海藻酸钠与FeCl3之间发生的交联反应实现了同步成型与赋磁.利用BET、SEM、XRD、FT-IR、VSM等分析手段对MB进行了表征,证明了MB具有较大的比表面积和良好的孔隙结构,其表面成功负载了Fe3 O4并具有良好的磁性.低温热解...     

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%.     

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.     

油菜/玉米轮作农田土壤呼吸和异养呼吸对秸秆与生物炭还田的响应

土壤呼吸是农田生态系统碳排放的主要途径,为研究土壤呼吸、其组分和水热因子对秸秆与生物炭还田的响应,在重庆国家紫色土肥力与肥料效益长期监测基地采用根系排除法联合运用土壤呼吸自动监测系统(ACE-002/OPZ/SC)测定了无物料还田(CK)、秸秆还田(CS)、秸秆+速腐剂还田(CSD)、生物炭还田(BC)、秸秆+生物炭1∶1还田(CSBC)5种处理下的紫色土丘陵区油菜/玉米轮作制中油菜和玉米生长季的土壤呼吸及其水热因子,并计算了根系呼吸贡献.结果表明,秸秆与生物炭还田显著影响土壤呼吸季节性变化特征和峰值,除BC处理外,其他处理均促进了土壤呼吸和碳排放;油菜季土壤呼吸呈单峰曲线,在0.12~2.29μmol·(m~2·s)~(-1)波动,不同处理土壤呼吸差异显著,表现为CSCSDCSBCCKBC处理;玉米季各处理土壤呼吸变化较复杂,变化范围为1.02~15.32μmol·(m~2·s)~(-1),其中CS、CSD和CSBC呈双峰型曲线,CK和BC呈单峰曲线.土壤异养呼吸能够解释土壤总呼吸变化的86.50%~93.94%,各处理的玉米季根系呼吸贡献(26.49%~32.86%)显著低于CK处理(53.65%).土壤呼吸速率的变化主要受5cm土壤温度控制,与土壤含水量无显著关系;5cm土壤温度能够解释土壤呼吸季节变化的82%~94%.土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值在3.28~4.47之间,与CK处理相比,CS、CSD、CSBC处理的Q10分别降低了26.62%、18.12%、20.58%;而BC处理则增大了12.53%.水热双因子对土壤呼吸不存在协同作用,仅用土壤温度单因子指数函数可较好地模拟土壤呼吸速率的动态变化.可见,秸秆、秸秆+速腐剂和秸秆+生物炭还田显著促进了土壤呼吸,生物炭还田抑制了土壤呼吸.