柚子皮生物炭的制备及对水体中锰离子的吸附

以柚子皮为原料经硫化钠活化后炭化处理制备了生物质炭吸附剂,并将之应用于含锰废水的吸附。考察了溶液p H值、底液质量浓度、生物炭投加量等因素对柚子皮生物炭吸附能力的影响,并研究了柚子皮吸附剂对锰离子废水的吸附平衡和动力学特征。结果表明:柚子皮吸附剂对含锰废水具备较强吸附能力,在溶液p H值为6,底液质量浓度为50 mg/L,吸附剂投加量为2 g/L的条件下,对锰离子的去除率为93.5%;吸附平衡实验表明该等温吸附过程符合Langmuir方程,饱和吸附量为24.691 mg/g;吸附动力学研究表明,该吸附过程符合二级动力学方程,吸附速率常数为0.028 6 g/(mg·min)。     

不同热解条件下合成生物炭对铜离子的吸附动力学研究

为了揭示生物质炭对铜离子的吸附动力学特性,研究了以不同条件下合成的生物质炭作为吸附剂吸附铜离子的动力学过程.用生活中常见的玉米芯和龙爪槐为原材料,以限氧升温炭化法制备生物炭.表征了其结构和表面特征,又通过一系列批实验,研究不同热解温度(300、400、500、600和700℃)和不同热解时间(1、2、4、6、8 h)的玉米芯与龙爪槐生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学特征与机理.结果表明,生物炭对Cu~(2+)的吸附动力学数据随时间的变化能很好的用准二级动力学方程进行拟合,可见生物炭对Cu~(2+)的吸附是复杂的,不是单一的单层吸附.同时用颗粒内扩散模型、班厄姆方程和Boyd外扩散模型进行分析,结果表明颗粒内扩散不是两种生物炭吸附铜离子的唯一速率控制步骤,液膜扩散和颗粒内扩散均在吸附过程中起到重要影响,且液膜扩散是主要的限速因素.     

生物炭输入土壤对其石油烃微生物降解力的影响

以木屑和麦秆为原料,在300℃和500℃下热解制备生物炭,分析了生物炭输入对大港油田污染土壤中总石油烃及其组分(正链烷烃n C8~C40和16种PAHs)微生物降解效果的影响.结果表明,生物炭输入强化了土壤中总石油烃及其组分的生物降解.生物炭原料的选取对烷烃降解影响显著,对PAHs影响较小;高温制备生物炭对污染物降解的强化效果较好,这归因于生物炭表面性质和降解微生物种类的不同.土壤中加入生物炭后,低环PAHs的降解效率显著高于高环PAHs.添加典型的土壤易分解有机质(葡萄糖)产生正激发作用,导致生物炭矿化,促进了烷烃降解,抑制了PAHs的去除.可见,生物炭输入可有效促进石油烃的微生物降解,对修复石油污染土壤起正效应.     

施用生物质炭对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征影响

为研究玉米秸秆生物质炭施用后土壤腐殖质组成和土壤胡敏酸结构的变化,选择腐殖质组成修改法和国际腐殖质协会推荐的方法进行土壤腐殖质组分提取和HA样品纯化,采用重铬酸钾外加热法和TOC分析仪测定土壤、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)有机碳含量,采用元素组成和红外光谱分析HA的结构变化.研究结果表明:施入玉米秸秆生物质炭后,表层和亚表层土壤及其腐殖质组分有机碳含量均有不同程度的提高,表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量增加幅度较大,分别增加了83.61%、112.50%、89.63%、91.78%和89.82%,说明玉米秸秆生物质炭的施用更有助于表层土壤有机碳的积累;PQ值(HA在腐殖酸中的比例)略有增加;土壤HA的缩合程度和芳香性增强,氧化度降低.此外,施用玉米秸秆生物质炭后,土壤及其腐殖质组分有机碳含量随土层深度的增加而降低,与表层相比,亚表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量分别下降了62.84%、52.94%、62.38%、66.62%和61.61%;土壤PQ值略有降低;土壤HA的缩合程度和芳香性降低,氧化度增加.     

生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用

生物炭是由植物或动物废弃生物质在完全或部分缺氧条件经裂解炭化产生的一类高度芳香化、抗分解能力极强的碳质固体物质,是一种富含碳元素的有机连续体。生物炭比表面积大、疏松多孔,含有羟基、羧基、羰基等活性官能团,对多种重金属离子具有吸附固定作用,可以用来去除或削减水体中的有毒有害重金属。此外,利用酸、碱、石墨烯等物质对其进行修饰或改性,可提高对重金属的吸附能力。根据当前研究现状,综述了不同生物炭对水溶液中重金属离子的去除作用,并比较了一些生物炭改性前后与重金属的作用效果差异,同时归纳了生物炭与重金属的相互作用机理及其影响因素。在此基础上,展望了生物炭在去除水体环境中有毒有害重金属的研究方向,以期望生物炭得到更好应用。     

秸秆生物质炭的制备及吸附性能研究

将麦秆、向日葵秆和玉米秆低温热解制备生物质炭。采用傅里叶红外光谱、X射线衍射等仪器对其结构进行了表征。研究了热解温度、溶液p H值、初始浓度、吸附时间以及吸附剂用量等因素对各生物质炭吸附亚甲基蓝效果的影响。实验结果表明,3种生物质炭均含有多孔的微晶炭,表面存在大量的活性-OH,-COOH等基团,对亚甲基蓝有较强的吸附作用;在最佳吸附条件下,玉米秆炭、向日葵秆炭以及麦秆炭对亚甲基蓝的吸附容量分别为26.6,26.2,14.7 mg/g。     

生物质炭对邻苯二甲酸二丁酯污染土壤微生物群落结构多样性的影响

在邻苯二甲酸二丁酯(DBP)污染的不同类型土壤(有机质含量低的新垦红壤、有机质含量高的熟化红壤)中添加不同种类(稻草炭、毛竹炭)以及不同用量(0%、0.5%和2%)的生物质炭,温室种植上海青并在56 d后采集土样,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)考察了土壤类型、生物质炭种类以及用量对土壤微生物群落结构多样性的影响.结果表明:对细菌、真菌及微生物总PLFA这三者的含量而言,熟化红壤显著(p0.05)高于新垦红壤,熟化红壤中添加2%稻草炭使其显著(p0.05)增加,新垦红壤中添加毛竹炭使其显著(p0.05)降低.新垦红壤中添加2%稻草炭对革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌比值的增加效果最显著(p0.05),添加2%毛竹炭对土壤微生物群落Shannon指数的降低效果最显著(p0.05).添加2%稻草炭对DBP污染土壤中微生物压力指数降低效果最显著(p0.05).生物质炭对熟化红壤中真菌/细菌、革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌及微生物群落Shannon指数均无显著影响.PCA分析表明,土壤有机质含量以及生物质炭的种类和用量均会对土壤微生物群落结构产生一定影响,且生物质炭的影响与土壤有机质含量密切相关.     

施用生物质炭对黑土黑碳含量和结构特征的影响

生物质炭(Biochar,Bc)是黑碳(Black Carbon,BC)的一种,当前关于生物质炭在农业上的研究大都集中在其对土壤理化性质和作物生长的影响,而关于施用生物质炭对土壤黑碳结构和数量影响的研究很少.为了解施用生物质炭对土壤黑碳的影响,本试验采用盆栽试验的方法,设置4个处理,施加生物质炭量分别为0(CK)、6、12和24 t·hm-2,采用Wolbach-Anders法对土壤中的黑碳进行提取,运用元素分析、红外光谱和热重分析等方法研究了不同施入量的生物质炭对土壤黑碳产生的影响.实验结果表明:施用玉米秸秆生物质炭能明显增加土壤中黑碳的含量,随着生物质炭施用量的增加,不同处理相对于对照(CK)中土壤黑碳含量分别提升7.04%、22.96%和46.90%.施用玉米秸秆生物质炭降低了黑碳的脂族性、氧化性,提升了黑碳的缩合度、芳化度,提高了黑碳结构的稳定性,提高了土壤黑碳的热稳定性.施用玉米秸秆生物质炭能够提高p H,提高土壤的速效养分含量.     

凤眼莲、稻草和污泥制备生物炭的特性表征与环境影响解析

有机废弃物限氧热解制备生物炭可在减缓温室气体排放的同时改善土壤和水体环境质量,但同时生物炭在环境中的应用具有潜在生态毒理风险.因此,在将生物炭大规模应用于各类环境介质前,对其关键物理-化学性质进行系统分析与评价是极为必要的.本文选择对我国水生生态环境危害最大的入侵植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和我国产量最高的农业废弃物稻草,以及市政污水处理厂剩余污泥3种生物质前体,于250~550℃进行低温慢热解,对所制备生物炭的表面形貌、元素组成、矿物形态和一系列关键化学特性进行了全面表征与比较分析.在此基础上,深入探讨了此3类生物炭应用于土壤改良、重金属污染修复和水体富营养化控制的潜力与风险.结果表明,凤眼莲生物炭中K、Ca、Na、Mg含量最为丰富,指示其对于缓解土壤酸化具有重要应用价值,而其中P主要以AlPO_4晶体态存在,水溶性较低,这有利于降低此类生物炭引起水体富营养化的风险;水稻秸秆生物炭阳离子交换量(CEC)相对较高,达到33.7 cmol·kg~(-1),表明其在提高土壤保肥能力和降低重金属生物有效性方面具有较大潜力;SEM-EDX显示,凤眼莲生物炭和稻草秸秆生物炭均具有发达的束筒结构,可优先考虑用于改善土壤通气性;但是,部分生物炭中水溶性Cd、As含量超出安全阈值,表明对有机质前体和热解产物进行严格检测和筛选是实现生物炭在环境与农业中安全利用的必要环节.     

Phosphorus recovery from biogas fermentation liquid by Ca-Mg loaded biochar

Shortage in phosphorus (P) resources and P wastewater pollution is considered as a serious problem worldwide. The application of modified biochar for P recovery from wastewater and reuse of recovered P as agricultural fertilizer is a preferred process. This work aims to develop a calcium and magnesium loaded biochar (Ca-Mg/biochar) application for P recovery from biogas fermentation liquid. The physico-chemical characterization, adsorption efficiency, adsorption selectivity, and postsorption availability of Ca-Mg/biochar were investigated. The synthesized Ca-Mg/biochar was rich in organic functional groups and in CaO and MgO nanoparticles. With the increase in synthesis temperature, the yield decreased, C content increased, H content decreased, N content remained the same basically, and BET surface area increased. The P adsorption of Ca-Mg/biochar could be accelerated by nano-CaO and nano-MgO particles and reached equilibrium after 360 min. The process was endothermic, spontaneous, and showed an increase in the disorder of the solid-liquid interface. Moreover, it could be fitted by the Freundlich model. The maximum P adsorption amounts were 294.22, 315.33, and 326.63 mg/g. The P adsorption selectivity of Ca-Mg/biochar could not be significantly influenced by the typical pH level of biogas fermentation liquid. The nano-CaO and nano-MgO particles of Ca-Mg/biochar could reduce the negative interaction effects of coexisting ions. The P releasing amounts of postsorption Ca-Mg/biochar were in the order of Ca-Mg/B600 > Ca-Mg/B450 > Ca-Mg/B300. Results revealed that postsorption Ca-Mg/biochar can continually release P and is more suitable for an acid environment.