葡萄籽提取液还原制备生物炭负载纳米铁对水中As(Ⅲ)的去除性能及机理

利用植物提取液绿色合成的纳米铁,具有绿色环保、成本低廉等优点。本文采用葡萄籽提取液作为还原剂和稳定剂,风车草生物炭为载体,制备了生物炭负载纳米铁(CBC-nZVI),用于去除废水中的As(Ⅲ)。结果表明,纳米铁(nZVI)成功负载于生物炭表面,具有较大的比表面积和孔体积;随着反应时间的延长,溶液温度的升高,CBC-nZVI投加量的增加和溶液初始pH的增大,CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附量不断增大;Langmuir等温吸附模型能更准确地描述CBC-nZVI对As(Ⅲ)吸附行为,CBC-nZVI对As(Ⅲ)去除过程符合准二级动力学模型,表明CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附是单层吸附,以化学吸附为主。ESR表征结果表明CBC-nZVI在有氧反应体系中生成了·OH,反应过程中,As(Ⅲ)大部分被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),通过吸附、氧化还原和共沉淀实现As(Ⅲ)的最终去除。     

低成本海水改性生物炭颗粒的制备及其对水中磷的动态吸附性能

针对生物炭除磷领域中缺乏兼具经济性和实用性的Mg改性生物炭的问题,以海水为廉价Mg源,制备了海水改性生物炭颗粒(SBC-g),探究了其物理化学特性和吸附磷酸盐机理,考察了柱高、流量和初始质量浓度对SBC-g动态吸附磷酸盐的影响及对含磷养殖尾水的处理效果,并对SBC-g进行了经济性分析。结果表明,改性后SBC-g表面负载的Mg(OH)₂纳米片可增加吸附的活性位点,增大了介孔的孔径和孔容,改变了表面电荷性质,从而提高了其对磷酸盐的吸附容量。在一定范围内,柱高的增加或流量和初始质量浓度的降低均可延长穿透时间。Thomas模型对穿透曲线拟合良好(R² > 0.919),可以较为准确地反映动态吸附过程。SBC-g吸附柱对养殖尾水具有良好的除磷效果,在最佳条件下吸附柱的穿透时间为589 min,磷饱和吸附量为1 051 mg·kg⁻¹。SBC-g的生产成本约为2.65 元·kg⁻¹,和其他除磷吸附剂相比具有较大的价格优势,兼具经济性和实用性。该研究结果可为Mg改性生物炭的制备及其在水体磷污染治理领域的实际应用提供参考。     

微碱性土壤施用烟秆生物炭与磷酸盐降低小麦籽粒镉积累

为探究烟秆生物炭（TSB）和磷酸氢二铵（DHP）对微碱性土壤镉（Cd）迁移转化机制,通过盆栽试验调查了其施用对土壤pH、有效态Cd、Cd赋存形态和小麦Cd积累的影响.结果表明：① TSB和DHP显著降低了土壤有效态Cd含量,10.12 t·hm^-2TSB可降低微碱性土壤（pH 7.8）有效态Cd含量的44%.② TSB和DHP显著改变了土壤Cd的赋存形态,6.75 t·hm^-2和10.12 t·hm^-2TSB分别降低可交换态Cd含量的48%和42%,分别增加铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量的47%~67%和22%~38%.所有处理均增加了残渣态Cd含量,以TSB和DHP配施增幅最大,为115%~217%.③ TSB和DHP显著降低小麦根系、叶片、叶鞘、茎秆、颖壳和籽粒Cd含量.10.12 t·hm^-2 TSB小麦籽粒Cd含量降低56%,产量不受影响.10.12 t·hm^-2TSB和DHP配施小麦可增产32%,籽粒Cd含量降低53%.结果说明在微碱性土壤上施用TSB和DHP可促进土壤Cd的形态转化,降低土壤Cd的生物有效性,降低小麦籽粒Cd积累.     

荞麦皮生物炭对奥硝唑的吸附研究

以农林废弃物荞麦皮为原料制备生物炭（BBC）,采用XRD、Raman、N₂吸附/脱附、FTIR和XPS方法对BBC进行表征,研究其对奥硝唑（Ornidazole,ONZ）的吸附性能及机理.结果表明,热解温度在400~800 ℃, BBC的得炭率为24.5%~34%;温度升高,BBC的芳香性和稳定性增加（H/C由0.047降低至0.013）,比表面积和孔容升高,对ONZ的吸附率增加.采用不同动力学和吸附等温线模型对不同热解温度BBC吸附ONZ的过程进行模拟,吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,表明BBC对ONZ的吸附为单层吸附.其中热解温度为800 ℃时的BBC（BBC-800）对ONZ的吸附效果最好,最大吸附量达到27.12 mg?g^-1.初始pH为3.02~11.03,对BBC-800吸附ONZ的影响不大;共存离子（Na⁺、NH₄⁺、CO₃^2-、HCO₃^-和SO₄^2-）对吸附过程有一定促进作用; 腐殖酸（HA）抑制吸附效果, 5.0 g?L^-1时ONZ的吸附率由97.15%下降至56.86%. FTIR、N₂吸附/脱附和XPS分析结果表明, BBC-800对ONZ的吸附机制主要包括孔隙扩散,生物炭表面与ONZ分子间的氢键、π-π和p-π共轭作用. BBC-800能够有效去除实际水体（污水厂二沉池出水、湖水）中ONZ的残留. 吸附-解吸3次循环实验表明,BBC-800仍具有较好的吸附性能, 对ONZ的吸附容量为14.10 mg?g^-1. 研究结果对荞麦皮的资源化及奥硝唑类药物的有效去除具有重要参考价值.     

生物炭对邻苯二甲酸二甲酯在土壤中自然降解和吸附行为的影响

为了解生物炭应用于邻苯二甲酸酯污染土壤修复的可行性,选择邻苯二甲酸二甲酯作为目标污染物,以花生壳为原料制备生物炭,通过室内模拟试验研究生物炭对邻苯二甲酸二甲酯在土壤中自然降解和吸附行为的影响。结果表明,未添加与添加生物炭土壤中邻苯二甲酸二甲酯的自然降解过程均遵循一级动力学方程,生物炭含量0.5%和1.0%的土壤中邻苯二甲酸二甲酯的半衰期分别延长2.185 d和4.151 d,表明添加生物炭会不同程度地延缓土壤中邻苯二甲酸二甲酯的自然降解;在不同的生物炭含量水平下,土壤对邻苯二甲酸二甲酯的吸附均能很好地符合Freundlich方程所描述的规律,生物炭含量0.1%、0.5%和1.0%土壤的吸附常数Kf分别为35.647、45.830和57.649,显著高于对照土壤（7.793）,表明土壤对邻苯二甲酸二甲酯的吸附作用随生物炭含量增加而显著增强。     

电活性微生物激活生物质炭/零价铁协同钝化Cr(Ⅵ)及机制

纳米零价铁（nZVI）具有对六价铬［Cr（Ⅵ）］还原去除能力,但其存在易老化和易团聚的问题,会大大降低对Cr（Ⅵ）反应活性.本文将具有异化铁还原能力的MR-1引入到老化生物质炭负载纳米零价铁（nZVIB）除Cr（Ⅵ）的反应体系中.研究厌氧条件下老化后nZVI/B与MR-1之间对Cr（Ⅵ）去除存在的协同效应机制,以及反应体系中pH条件,初始Cr（Ⅵ）浓度和MR-1菌浓度对这种协同效应的影响.结果表明,在pH为7时体系有明显协同效应,去除率提高51.3%.并且该协同效应随初始Cr（Ⅵ）增加而减弱,随着MR-1浓度增加而增强.固相分析结果表明Cr（Ⅵ）主要以还原为Cr（Ⅲ）的形式被固定.MR-1的异化铁还原能力起到了重要的作用,通过零价铁表面铁氧化物老化层还原,为反应体系提供了大量还原性的Fe（Ⅱ）,同时也释放了内部nZVI的反应活性位点,而生物质炭不仅分散了nZVI还介导MR-1的胞外电子传递过程,从而增强了体系对Cr（Ⅵ）协同钝化能力.本研究为有效解决nZVI长期使用过程中的老化问题提供了新思路.     

裂解温度对新疆棉秆生物炭物理化学性质的影响

生物质的裂解温度影响其所生产的生物炭炭的物理和化学性质,进而影响其田间应用效果。棉花秸秆是干旱区特别是新疆地区的主要农业生物质资源,其生物炭利用途径有望克服现有秸秆利用途径的不足,但对棉秆生物炭理化性质及其变化的认识还很缺乏。本文在不同的裂解温度下对新疆棉秆生物炭物理和化学性质进行研究,发现随着裂解温度的升高,生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低,p H、电导和持水性能提高,Na+、K+趋势不明显,Cl-和SO2-4等盐碱化离子以及Ca~(2+)、Mg~(2+)营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等均提高,NH+4-N在550℃碳化条件下含量最高。因此在田间应用中,应针对土壤特点和解决的问题,调控碳化温度,从而达到趋利避害的目的。     

生物炭对小麦种子萌发与幼苗生长的植物毒理效应

为明确生物炭对植物的毒性效应,以石英砂+生物炭水浸提液培养方法研究不同剂量生物炭对小麦种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明:在不同剂量(0.0、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0 g·kg~(-1))生物炭水浸提液处理下,虽然小麦发芽率较对照组无显著性变化(P0.05),但根、芽生长表现出低剂量促进高剂量抑制,且在160.0 g·kg~(-1)时抑制率最大,分别为18.11%和22.22%。在幼苗的生长期(11 d),高剂量生物炭对幼苗根生长的抑制作用增强,160.0 g·kg~(-1)处理下抑制率显著增加至55.59%(P0.05)。此外,当生物炭剂量较低时,小麦幼苗根、叶中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活力增加;随生物炭剂量的增加,3种抗氧化酶活力降低,丙二醛(MDA)含量升高,幼苗生长出现生理损伤,表现出明显植物毒性效应。     

Fe/污泥基生物炭持久活化过硫酸盐降解酸性橙G

利用污泥基生物炭（SDBC）固定铁物质制备了一种污泥基非均相催化剂（Fe-SDBC）,用于活化过硫酸盐（PS）以降解酸性橙G（OG）.Fe-SDBC/PS体系显示出对OG优异的降解性能.评价了影响降解的因素（Fe-SDBC金属负载量、Fe-SDBC投加量、初始pH值和PS浓度）.并通过X射线荧光光谱仪（XRF）、傅立叶变换红外分析仪（FT-IR）和拉曼光谱仪（Raman）对Fe-SDBC进行了表征.自由基清除剂实验表明,SO₄^·-和OH·自由基均在降解过程中生成,且活化PS历程主要发生在非均质催化剂表面.分析Fe-SDBC活化PS的潜在机理,表明不同形式的铁物质是PS分解的主要贡献者,Fe²⁺/Fe³⁺的转化循环提高了Fe-SDBC持久活化PS的效果.Fe-SDBC循环实验表明其对活化PS具有较好的可重用性,连续3次24h降解高浓度污染物仍能发挥作用.综上所述,Fe-SDBC作为一种污泥基非均相催化剂可以持久活化PS,从而实现OG的降解.     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、 1、 4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、 1%、 2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明:①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分(P<0.05),其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74～47.53%,速效钾提高了3.16～4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量(P<0.05),尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,...