Metal removal with two biochars made from municipal organic waste: adsorptive characterization and surface complexation modeling

The adsorptive characteristics of biochar produced from garden green waste (S-char) and a mixture of food waste and garden green waste (FS-char) were investigated. Adsorption of Cu²⁺, Zn²⁺, and Mn²⁺ onto the two biochars reached equilibrium within 48 hours. The metal adsorption was effectively described by the pseudo-second-order kinetic and Freundlich isotherm models which suggest heterogeneous chemisorption. The initial solution pH influenced adsorption of Zn²⁺ and Mn²⁺ but not of Cu²⁺. Simulation via a surface complexation model showed that the fraction of XOCu⁺ adsorbed onto biochar was increased with increasing pH until it reached the adsorption maximum at pH 8.5, while the endpoint for the maximum of XOMn⁺ was higher than pH 12.     

生物炭负载氧化石墨烯对离子型稀土矿区土壤中重金属的阻控效应

以脐橙皮渣和天然石墨为原料,采用改进Hummer-共热解法制备了生物炭负载氧化石墨烯(BGO)材料,利用土壤钝化实验考察了 BGO复合材料对稀土矿区土壤重金属形态的影响,土柱淋溶实验探讨了淋滤液重金属含量变化特征以及土壤重金属垂向迁移规律,确定了淋溶条件下重金属的累积释放模型.结果表明,添加BGO复合材料提高了土壤pH...     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

生物炭对盐碱土壤氨挥发的影响

为探明生物炭对黄河三角洲盐碱土壤氨(NH_3)挥发的影响,通过室内连续培养的方式,先测定改良的通气法对土壤NH_3挥发的回收率,再对比施加肥料颗粒与肥料水溶液对土壤NH_3挥发的影响,最后探究生物炭的种类、添加量及施肥种类对NH_3挥发速率和总量的影响.结果表明,以硫酸铵为氮源进行的NH_3挥发捕集实验,NH_3回收率平均值高达100. 30%.在相同施氮量下,施加尿素水溶液的处理比施加尿素颗粒的处理NH_3挥发减少了60. 29%,施加硫酸铵水溶液的处理比施加硫酸铵颗粒的处理NH_3挥发减少了61. 40%.相较于不添加生物炭只施用硫酸铵水溶液的空白处理,添加0. 5%生物炭且施加生物炭种类为水稻300℃(RB-300)、水稻600℃(RB-600)、棉花300℃(CB-300)和棉花600℃(CB-600)的处理,NH_3挥发总量分别减少了18. 68%、16. 16%、9. 35%和8. 26%,且施肥后2d内NH_3挥发速率最大,占总挥发量的53. 80%～64. 02%.添加生物炭后,NH_3挥发量随生物炭添加量的增加呈现出先降低后增加的趋势.因此,田间施肥前添加少量生物炭并结合水肥一体化管理技术,可以有效地减少NH_3挥发并提高氮肥利用率.     

药渣生物炭基质联合麦饭石对土壤-黑麦草体系的调控与机制

以板蓝根药渣为原料,选择300℃和500℃厌氧裂解制备2种生物炭(BC300和BC500)、BC500载Fe改性炭(FeBC500)、天然麦饭石(MFS)、BC500与MFS等质量组合[BC500∶MFS(1∶1)]、Fe-BC500与MFS等质量组合[Fe-BC500∶MFS(1∶1)]材料为钝化剂,采用室内盆栽实验和等温吸附实验,研究了其对土壤-黑麦草体系的调控效果,并通过比表面孔分布测定(BET)、扫描电镜分析(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)探讨了其机制.结果表明,在添加量为2%(土)时,BC300、BC500、Fe-BC500、MFS、BC500∶MFS(1∶1)和Fe-BC500∶MFS(1∶1)均可显著降低(P 0. 05)黑麦草体内Cu和Cd含量以及显著增加黑麦草的生物量,且黑麦草的叶绿素含量和根系活力均可指示这一效果. BC300处理抑制黑麦草吸收Cu和Cd,增加黑麦草的生物量的效果要优于其他处理,可使黑麦草地下部分Cu和Cd含量分别减少44. 78%和63. 89%,地上部分分别减少76. 34%和53. 40%;地下部分生物量增加327. 22%,地上部分生物量增加504. 11%. Langmuir方程更好地拟合BC300、BC500和Fe-BC500的吸附效果,且对Cu的最大吸附量分别为8. 02、9. 20和8. 82 mg·g~(-1);对Cd的最大吸附量分别为7. 97、8. 51和7. 70 mg·g~(-1). Freundlich方程能更好地拟合MFS的吸附效果,对Cu和Cd的最大吸附量分别为7. 03 mg·g~(-1)和6. 10 mg·g~(-1). BC300和BC500主要通过其表面羟基、羧基、羰基和酯基,Fe-BC500主要通过其表面羟基和铁羟基,MFS主要通过其中Na Al Si3O8和Al2Si2O5(OH)4表面的硅羟基、羟基和羧基分别与Cu和Cd发生配合反应,进而达到钝化修复Cu和Cd污染土壤的效果.因此,药渣生物炭、铁改性药渣生物炭和麦饭石及其组合材料均可被用于Cu和Cd复合污染土壤修复,但修复机制不同.     

不同农作物秸秆原料制备生物炭特性及重金属浸出行为

采用水稻秆、大豆秆、小麦秆和玉米秆为原料在550℃缺氧条件下制备生物炭,考察不同原料生物炭理化性质及热解后重金属(Cr﹑Ni、 Cu﹑As﹑Cd和Pb)迁移转化特征,及其在不同浸出液中的浸出行为.结果表明,4种原料制备的生物炭的理化特性和元素组成基本一致,其中玉米秆生物炭微孔体积(0.006 cm³·g^-1)和比表面积(110.120 m²·g^-1)低于其他原料生物炭.秸秆热解后重金属(除Cd外)含量增加了14.04%～410.81%,且大部分重金属(除Cd和Pb外)化学形态由不稳定态(弱酸提取态和可还原态)向稳定态(可氧化态和残渣态)转化.制备的生物炭中的重金属在超纯水和缓冲盐溶液中无浸出或浸出量较少,在乙酸溶液和腐殖酸溶液中浸出量较高.其中Cu在乙酸溶液中浸出量较高,为2.601～4.224 mg·kg^-1,As在腐殖酸溶液中浸出量较高,介于0.074～0.166 mg·kg^-1.热解后,各种重金属的环境质量指数(PI_i)和内梅罗...     

生物炭施用对紫色土旱坡地土壤氮流失形态及通量的影响

明确生物炭施用对紫色土旱坡地土壤氮流失形态及通量的影响,为提升紫色土旱坡地耕地质量及减少紫色土旱坡地农业面源污染发生风险提供科学依据.以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间试验,研究了不施肥(对照)、常规施肥、优化施肥及生物炭(化肥减量配施生物炭)这4个处理对紫色土旱坡地地表径流和壤中流氮素流失形态及通量的影响.结果表明:①在各施肥处理中,常规处理总径流量最大,为16 133 L·a~(-1),生物炭处理总径流量最小,为11 893 L·a~(-1).各施肥处理以壤中流为主要径流方式,壤中流流失量占总流失量的61.80%～68.60%;与对照(不施肥处理)相比,其余各施肥处理泥沙流失量均有所降低,其中常规处理降低的效果最明显.②铵态氮主要通过地表径流流失,占总流失通量的86.51%～96.58%;铵态氮流失通量最大的为施生物炭处理[0.69 kg·(hm~2·a)~(-1)].③各施肥处理产流中的颗粒态氮浓度均高于对照处理,且常规施肥处理的颗粒态氮流失通量最大,为2.87 kg·(hm~2·a)~(-1).④各施肥处理的壤中流和地表径流中的全氮浓度和硝态氮浓度均存在极显著正相关关系(P0.01).硝态氮是全氮流失的主要形态,且二者均以壤中流为主要流失途径;全氮通过壤中流流失占比为72.86%～89.13%,且常规施肥处理的全氮总流失通量最大,为35.58 kg·(hm~2·a)~(-1),而施生物炭处理全氮总流失通量最小,为21.49 kg·(hm~2·a)~(-1).化肥减量配施生物炭能明显降低径流量和氮的流失通量,可有效阻控农业面源污染发生的风险.     

生物炭输入对不同滨岸带土壤营养元素有效态变化的影响

生物炭作为一种新型环保材料常被用于改良土壤和污染修复,生物炭输入对土壤中营养元素的有效态会产生明显影响.本文基于太湖滨岸带不同土地利用类型(林地、草地、耕地和荒地),对比研究生物炭施加对不同类型土壤中营养元素有效态含量的影响,并探讨其动力学变化规律.结果表明,生物炭施加能够明显影响滨岸带土壤营养元素有效态含量,但对碳氮磷的影响效果存在差别.添加生物炭之后,土壤中溶解性有机碳呈显著下降趋势,而有效氮轻微增加,有效磷则明显增加.林地、草地、耕地和荒地土壤中溶解性有机碳含量分别下降了33. 3%、27. 4%、29. 5%和51. 4%;有效氮含量分别提高了10. 8%、18. 2%、16. 4%和15. 2%;有效磷含量分别增加了40. 0%、50. 2%、34. 0%和43. 6%.对比控制组(CK)和添加组(BC)的变化,土壤溶解性有机碳和有效磷含量在两组之间差别不大,而有效氮的含量变化差距较大,且在4种利用类型土壤中,生物炭施加后对不同营养元素有效态的影响程度有所差异.     

生物炭施用及老化对紫色土中抗生素吸附特征的影响

以长江上游低山丘陵区典型坡耕地石灰性紫色土为研究对象,采用更接近实际田间土壤含水量条件的土水比(1 g∶1 mL,并对比1 g∶10 mL),通过批量平衡吸附实验,系统研究了施用新鲜生物炭(0%、1%和5%,质量分数)及田间老化作用(1 a)对3种抗生素(磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶和氟苯尼考)在低浓度条件下(0～5 mg·L~(-1))吸附特征的影响规律.结果表明,5种供试土壤中3种抗生素的吸附等温线均能被线性方程和Freundlich模型较好地拟合,且吸附过程中吸附自由能ΔG~θ在-0. 39～11. 53 kJ·mol~(-1)之间,表明对照土及施炭土对3种抗生素的吸附都以物理吸附为主;生物炭的施用能显著增加紫色土对3种抗生素的吸附,其中对K_(ow)值较小的磺胺二甲基嘧啶和氟苯尼考的增加幅度更大,生物炭施用比例越高则提高幅度越大;生物炭新鲜施用时效果更好,而老化后这种增强作用明显减弱.老化施炭土吸附平衡溶液的荧光峰响应强度均低于新鲜施炭土,故新鲜施炭土和老化施炭土的吸附性能差异可能是由于后者的生物炭所含不稳定、可溶解的有机质组分经老化后减少所致.     

两种生物炭的制备及其对水溶液中四环素去除的影响因素

以中药材三桠苦药渣和玉米秸秆为原料,分别在400、600和800℃下热解制备生物炭,并研究其对水溶液中四环素的去除及其影响因素.利用元素分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积分析(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对制备的生物炭进行表征;并探究热解温度、生物炭添加量、初始溶液浓度、吸附时间、溶液pH、离子强度、环境温度等因素对生物炭去除水溶液中四环素的影响;通过吸附动力学和等温吸附平衡探究两种原料制备的生物炭对溶液中四环素的吸附行为.结果表明,生物炭对四环素的吸附性能随制备温度的升高而增加,800℃制备的三桠苦药渣生物炭(EIBC800)具有最佳吸附性能.生物炭添加量、溶液pH、离子强度、吸附时间对800℃制备的三桠苦药渣生物炭(EIBC800)和玉米秸秆生物炭(CSBC800)吸附水溶液中四环素影响较大,吸附时环境温度对吸附的影响大小依赖于抗生素质量浓度.EIBC800和CSBC800对四环素的吸附行为均符合准二级动力学方程(R~2分别为0. 954 0和0. 835 5),等温吸附符合Freundlich方程(R~2分别在0. 899 1～0. 957 9和0. 973 6～0. 994 6之间),主要吸附过程为化学吸附,且吸附过程均是自发吸热的过程.通过以两种原料所制备的生物炭吸附性能对比,EIBC800吸附抗生素的能力比CSBC800更强,说明中药渣在制备生物炭去除水环境中的抗生素具有较好的应用前景.