生物炭对黄绵土水分入渗和持水性能的影响

基于室内一维土柱入渗试验,定容重条件下研究了生物炭粒径(1—2 mm和≤0.25 mm)和添加量(10 g?kg~(-1)、50 g?kg~(-1)、100 g?kg~9-1)和150 g?kg~-1))对扰动黄绵土的水分入渗过程及持水能力的影响。结果表明:生物炭明显降低了黄绵土的入渗能力,黄绵土的湿润锋深度与累积入渗量随着生物炭添加量的增加而降低,且小粒径生物炭对黄绵土入渗能力的降低作用强于大粒径;生物炭明显增加了黄绵土的持水能力,且随添加量增大而增大,小粒径生物炭的促进作用优于大粒径;添加生物炭后黄绵土湿润锋深度与时间关系可用幂函数描述;Kostiakov、Philip、Horton入渗模型均能较好模拟生物炭添加后黄绵土累积入渗量随时间变化,其中,Kostiakov模型拟合精度更高;van Genuchten公式可以用来描述添加生物炭后黄绵土持水特征。该研究结果为添加生物炭后的黄绵土适宜性评价提供了土壤水分方面的参考依据。     

不同生物质制备的生物炭对菲的吸附特性研究

以不同来源的生物质(荔枝树枝、小麦和水稻秸秆)为原料,在限氧条件下制备生物炭,对其进行表征,并进行吸附实验研究生物炭对菲的吸附特性。结果表明:生物炭的结构和理化性质随着生物质来源和热解温度的不同而呈现出明显的差异;荔枝树枝生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)要明显大于小麦秸秆和水稻秸秆制备所得的生物炭,说明木本植物来源的生物炭与草本植物来源的生物炭在结构性质上有着明显的差异;不同温度(300,400,500,600℃)制备的荔枝树枝生物炭对菲的吸附研究表明,随着热解温度的升高,生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)明显增强,吸附等温线的线性程度降低。生物炭吸附菲的可能机制有疏水效应、孔隙填充效应以及π-π共轭反应等。     

污泥基生物炭的制备及其对Hg~(2+)的吸附

在添加乙酸钾的条件下将污泥低温热解制备出污泥基生物炭,并将其用于溶液中Hg~(2+)的吸附,考察了Hg~(2+)吸附效果的影响因素,并对吸附机理进行了分析。表征结果显示:热解对污泥有一定的造孔作用,而乙酸钾对孔隙结构的形成影响更大。实验结果表明:在吸附温度为25℃、溶液p H为6、初始Hg~(2+)质量浓度为15 mg/L、污泥基生物炭投加量为6 g/L的条件下,吸附24 h时的Hg~(2+)去除率达97.08%;污泥基生物炭对Hg~(2+)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附行为符合Lagergren准二级动力学方程。     

生物炭对土壤氮素淋失的抑制作用

淋洗作用是土壤氮肥损失途径之一,也是环境水体氮素污染的重要途径。研发降低土壤氮素淋失的技术途径不仅有助于提高氮肥利用率和降低化肥的施用量,而且有助于防治水体污染和改善生态环境。本文通过淋滤实验研究了生物炭对我国两种重要土壤类型黒钙土和紫色土氮素淋失的影响。由玉米秸秆制成的生物炭按10 t/ha,50 t/ha,100 t/ha的比例施用于土壤,同时模拟田间尿素施用量240 kg.N/ha并用相当于每天10 mm的降水量用去离子水淋洗土壤。对淋滤液氮素组成和含量分析结果显示,在不施用生物炭的条件下,黒钙土和紫色土总氮的淋失量分别占土壤(土壤+尿素)总氮含量的7.5%和9.0%,氮素的淋失主要发生在前130 mm降水过程中,其淋失量占全部淋失量的96%。在淋失的成分中,除硝态氮外,有机氮也是重要的组成物质,二者均占淋失总氮量的48%。生物炭的施用可以大幅度地降低氮素的淋失作用。50 t/ha和100t/ha的生物炭施用量降低黑钙土氮素淋失分别为29%和74%,减少紫色土氮素淋失分别达41%和78%。但10 t/ha的生物炭施用量却增加黒钙土和紫色土氮素淋失量分别达到22%和2%。这表明较低的生物炭施用量会促进氮素的淋失。生物炭对有机氮淋失的抑制作用大于硝态氮。100 t/ha的生物炭施用量对有机氮和硝态氮淋失的降低率分别为88%和62%左右,因土壤类型不同而有所差异。上述研究结果为寻求防治土壤氮素淋失的技术方法提供了理论依据。     

生物炭对水体中铵氮的吸附特征及其动力学研究

以生物炭作为吸附剂,通过静态实验研究了生物炭对水体中铵氮的吸附特性,并从动力学角度探讨了其吸附机理。结果表明,生物炭对铵氮的吸附在60min内基本达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中铵氮的增加而增加,Langmuir方程能够更好的描述铵氮在生物炭上的等温吸附行为,最大吸附量为l.24mg／g,铵氮在生物炭上的吸附动力学数...     

富磷污泥生物炭去除水中Pb(Ⅱ)的特性研究

以城市污水厂富磷剩余污泥为研究对象,考察高温热解制备生物炭吸附剂对水中Pb(Ⅱ)的去除效果.研究表明,随着热解温度升高,制备的生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力增强;在相同热解温度下,生污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力比消化污泥生物炭大.采用700℃热解1 h制备生污泥生物炭以研究对Pb(Ⅱ)吸附的影响因素,结果显示:吸附180 min达到吸附平衡;富磷污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的去除率随pH增加而升高;生物炭投加量增加,对Pb(Ⅱ)去除率上升,而单位吸附容量迅速减小.污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级反应动力学,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地拟合等温吸附线.在pH 5.0、吸附时间3 h、生物炭投加量20 g.L-1条件下,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为34.5 mg.g-1,表明富磷污泥生物炭可以作为一种廉价的吸附剂.     

人居生活废弃物生物黑炭对水溶液中Cd^2＋的吸附研究

以人居生活废弃物生物黑炭为材料,探讨生物黑炭对Cd^2＋的吸附动力学及热力学特性,通过平衡吸附法研究吸附时间、Cd^2＋初始质量浓度、吸附剂投加量、溶液pH值以及黑炭粒径对Cd^2＋吸附率的影响。结果表明,吸附时间为2h时基本达到吸附平衡,准二级动力学方程能很好地描述生物黑炭对Cd^2＋的吸附过程。Langmuir模型能较好地描述生物黑炭对Cd^2＋的等温吸附过程,根据该模型模拟得到25℃条件下Cd^2＋最大吸附量为6．22 mg·g^-1 Cd^2＋去除率随生物黑炭投加量的增加而增大;生物黑炭对Cd^2＋吸附量随其粒径减小而增大;溶液初始pH值为4．0-7．5时,pH值变化对Cd2’吸附量的影响不显著。采用人居生活废弃物生物黑炭去除水溶液中Cd^2＋时,控制溶液Cd^2＋初始质量浓度30mg·L^-1,粒径小于0．25mm,投加水平8g·L^-1,反应温度25℃,反应时间1-2h,Cd^2＋去除率可达80％。人居生活废弃物生物黑炭可以作为去除污染水体中Cd^2＋的吸附剂。     

土壤生态系统中黑碳研究的几个关键问题

因人类活动的影响,全球大气C02浓度自1750年以来呈现逐步上升的趋势。农业生产活动与气候变化紧密相关,因土地利用方式的改变以及高度集约化的粮食、食物生产等农业活动都有可能增加CO2等温室气体的排放。如何遏制和减少大气中的CO2浓度是当前的热点问题,黑碳这一物质形式有可能为这一问题的缓解或解决提供新途径。生物质黑碳是生物质材料在低氧或无氧状态下经热裂解而形成的一种富含碳元素的有机连续体,其中碳（C）元素的含量高达70％-80％,并且大多以稳定的芳香环形式而存在。人类生存环境中所形成黑碳的80％以上最终都要归于土壤,且由于其较强的抗分解能力而长期滞留于土壤环境中。利用黑碳的这些特性及其碳封存能力,实施积极而有效的土壤管理措施,有可能增加土壤生态系统中的碳储存,从而为人类社会应对全球气候变化提供新的机遇。在文献资料调研的基础上,描述了土壤中黑碳的来源及其增加土壤碳储存、减缓陆地生态系统碳循环的潜力;阐释了量化土壤中黑碳的重要性以及精确测定土壤黑碳含量的关键所在;揭示了黑碳在土壤环境中的稳定性,探讨了外源黑碳与土壤本体有机碳的相互作用关系,并分析了黑碳对土壤温室气体排放的影响及其不确定性。揭示这些问题有助于客观评价黑碳能否作为一个有效的土壤有机碳库,也益于明确黑碳在全球碳循环以及中国农业减排过程中的作用与地位。     

秸秆生物炭修复电镀厂污染土壤的效果和作用机理初探

以某电镀厂污染场地重污染区域土壤为研究对象,利用秸秆生物炭对污染土壤进行稳定化试验,研究不同生物炭添加量(0、10、30、50、70和100 g.kg-1)条件下土壤中重金属全量和形态变化。结果表明,秸秆生物炭能够改变污染土壤中重金属的形态分布,对该污染土壤有明显的稳定化作用。其中对铬的作用效果最明显,随生物炭添加量的增加,残渣态铬含量明显上升,100 g.kg-1生物炭添加量处理残渣态铬含量较对照(1 098.75 mg.kg-1)增幅最大,增加59.51 mg.kg-1;对铜和镍的稳定化效果受添加量的影响,当生物炭添加量分别在70和30g.kg-1以上时,对铜和镍有一定稳定化作用;对该污染土壤中锌则无明显稳定化作用。当生物炭添加量为50 g.kg-1时,4种重金属残渣态总量较对照(1 745 mg.kg-1)明显增加,为1 805.95 mg.kg-1,添加量也较为合理。     

人居生活废弃物生物黑炭对水溶液中Cd2+的吸附研究

以人居生活废弃物生物黑炭为材料,探讨生物黑炭对Cd2+的吸附动力学及热力学特性,通过平衡吸附法研究吸附时间、Cd2+初始质量浓度、吸附剂投加量、溶液pH值以及黑炭粒径对Cd2+吸附率的影响.结果表明,吸附时间为2h时基本达到吸附平衡,准二级动力学方程能很好地描述生物黑炭对Cd2+的吸附过程.Langmuir模型能较好地描述生物黑炭对Cd2+的等温吸附过程,根据该模型模拟得到25℃条件下Cd2+最大吸附量为6.22mg·g-1.Cd2+去除率随生物黑炭投加量的增加而增大;生物黑炭对Cd2+吸附量随其粒径减小而增大;溶液初始pH值为4.0～7.5时,pH值变化对Cd2+吸附量的影响不显著.采用人居生活废弃物生物黑炭去除水溶液中Cd2+时,控制溶液Cd2+初始质量浓度30mg·L-1,粒径小于0.25 mm,投加水平8g·L-1,反应温度25℃,反应时间1～2h,Cd2+去除率可达80％.人居生活废弃物生物黑炭可以作为去除污染水体中Cd2+的吸附剂.