小麦秸秆生物炭对石油烃污染土壤的修复作用

以小麦秸秆为原材料,在300℃下缺氧裂解3、6、8 h制备生物炭,比较了3种生物炭的产率、pH值、灰分以及C、H、N元素含量,表征了300℃、6 h生物炭的表面形态,并用其作为修复材料,对大港油田的石油污染土壤进行修复。结果表明,随裂解时间的延长,生物炭产率下降,pH值升高,灰分含量增加,H/C值下降,但产率、pH值、灰分和H/C值都是从3h到6h差异显著,6h到8h差异不显著。C元素含量先升高后下降。石油污染土壤经生物炭修复14 d和28 d后,总石油烃降解率分别为45.48％和46.88％,均显著高于对照组。修复14 d后土壤中的萘、苊、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3-cd]芘也都有不同程度的下降,其中苯并[a]芘含量下降幅度达98.18％,其他几种PAH的降解率也都高于对照组,28 d后这些PAH的含量又有上升趋势。这说明小麦秸秆裂解时间对生物炭的性质有影响;300℃、6 h生物炭可以用来修复石油污染的土壤。     

Effect of manganese oxide-modified biochar addition on methane production and heavy metal speciation during the anaerobic digestion of sewage sludge

Low organic matter content and high heavy metal levels severely inhibit the anaerobic digestion (AD) of sewage sludge. In this study, the effect of added manganese oxide-modified biochar composite (MBC) on methane production and heavy metal fractionation during sewage sludge AD was examined. The MBC could increase the buffering capacity, enhance the methane production and degradation of intermediate acids, buffer the pH of the culture, and stabilize the sewage sludge AD process. The application of MBC positively impacted methane production and the cumulative methane yield increased up to 121.97%, as compared with the control. The MBC addition can improve metal stabilization in the digestate. An optimum MBC dose of 2.36?g was recommended, which would produce up to 121.1?L/kg volatile solids of methane. After the AD process, even though most of the metals accumulated in the residual solids, they could be transformation from the bio-available fractions to a more stable fraction. The total organic- and sulfide-bound and residual fraction content at a 3?g dose of MBC that is 0.12?g/g dry matter were 51.06% and 35.11% higher than the control, respectively. The results indicated that the application of MBC could improve the performance of AD and promote stabilization of heavy metals in sewage sludge post the AD process.     

生物炭负载γ-MnO2纳米复合材料活化过一硫酸盐降解对氯苯酚的性能及机理

采用水热法合成了4种不同晶相结构MnO₂及生物炭负载γ-MnO₂复合纳米材料,并对其活化过硫酸盐(PMS)降解4-CP的性能进行了研究。采用XRD、SEM、EDS以及XRF等手段对不同复合纳米材料进行了表征分析,发现仅有γ-MnO₂成功负载到生物炭材料表面形成γ-MnO₂@BC复合纳米材料。在优化条件下,γ-MnO₂@BC活化PMS体系能在20 min内将10 mg·L⁻¹对氯苯酚完全降解。γ-MnO₂@BC对H₂PO₄⁻之外的阴离子均表现出较强的抗干扰性。采用自由基捕获及电子自旋共振波谱(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段研究了该复合纳米材料活化PMS降解污染物的机理。结果表明,γ-MnO₂@BC活化PMS产生的活性氧物种为单线态氧,并发现Mn(III)与Mn(IV)的比值是影响不同晶相二氧化锰催化性能的主要因素。     

蚯蚓粪生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附性能

为寻求蚯蚓粪便(EM)新型的资源化利用途径,以 EM 为原料制备生物炭(EMBC),用于吸附废水中 Cu(Ⅱ)。在探讨 EMBC 基本性质的基础上,研究了 Cu(Ⅱ)初始浓度、时间、 pH 、温度、离子强度、 EMBC 投加量等因素对吸附效果的影响,并分析了潜在的吸附机理。结果表明:EMBC 对 Cu(Ⅱ)吸附量随初始浓度和温度的增加而增加;EMBC 对 Cu(Ⅱ)的吸附在 24 h 内可达到平衡;单位质量 EMBC 对 Cu(Ⅱ)的吸附量随 EMBC 投加量的增加而减小,EMBC 对 Cu(Ⅱ)吸附量随 pH 和离子强度的增加先降后升。Freundlich 等温吸附模型能更好地拟合 EMBC 对 Cu(Ⅱ)的吸附行为(R2=1),且二级吸附动力学可以更好地描述吸附过程(R2=0.99),结合傅立叶红外光谱分析,表明 EMBC 对 Cu(Ⅱ)的吸附机制可能是化学吸附作用为主。     

蚓粪生物炭制备温度对甲基橙吸附性能的影响

为了寻求蚯蚓粪的资源化途径,采用慢速热解制备蚓粪生物炭（VMBC）,在探讨热解温度对生物炭（VMBC）基本理化性质影响的基础上,深入研究VMBC吸附甲基橙的性能。结果表明,提高热解温度,炭产率与C、H、O、N含量下降,灰分和比表面积则增大。高温有利于生物炭芳香性和疏水性形成。提高热解温度可以改善VMBC对甲基橙的吸附能力。此外,较高的甲基橙初始浓度可促进VMBC对甲基橙的吸附。较低的pH和较高的吸附温度有利于甲基橙的吸附。Freundlich模型可以较好的拟合VMBC对甲基橙的吸附,表明VMBC对甲基橙的吸附为多层非均相吸附,且较容易进行。二级动力学模型能够较好的拟合吸附过程,表明VMBC对甲基橙的吸附受化学作用的主导,且VMBC表面官能团在吸附过程中起到重要的作用。     

纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料协同微生物去除水中1, 1, 1-三氯乙烷

针对地下水1, 1, 1-三氯乙烷污染问题,通过溶液插层和液相还原法制备了纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料;采用扫描电镜观察、热重分析、傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射分析等手段对复合材料进行了表征;研究了复合材料在厌氧条件下协同胞外呼吸菌(Shewanella oneidensis MR-1)去除水中1, 1, 1-三氯乙烷的效果;确定了材料的最佳使用条件;探讨了协同体系中污染物的去除机理。结果表明：复合材料中纳米零价铁和聚乳酸颗粒较为均匀地分散于生物炭表面;材料中生物炭、聚乳酸和纳米零价铁的最佳质量比为7∶1∶2,材料最佳投加量为1.0%,且其对不同浓度污染物均有明显去除效果;在最佳条件下,培养360 h后协同体系中1, 1, 1-三氯乙烷的最大去除率为94.61%;复合材料促进胞外呼吸菌的异化铁还原脱氯是协同体系去除污染物的主要机理。该铁基生物炭复合材料能够有效协同胞外呼吸菌提高水中1, 1, 1-三氯乙烷的去除率,且具有良好的缓释长效性。     

木耳菌糠生物炭对阳离子染料的吸附性能研究

为了有效处理印染废水,以废弃木耳菌糠(AG)为原料,采用限氧热解法在350、550、750℃的温度下制备木耳菌糠生物炭(AGBC),处理含有孔雀石绿(MG)、番红花红T(ST)的有色废水.考察了不同初始pH值、吸附时间、初始浓度对AGBC吸附MG、ST的影响,讨论了吸附动力学及等温吸附特性.并利用傅里叶变换红外光谱(F...     

KOH活化小麦秸秆生物炭对废水中四环素的高效去除

活化是提高生物炭吸附性能的重要手段.以小麦秸秆为研究对象,KOH为活化剂,制备KOH活化生物炭（K-BC）,同时制备原状生物炭（BC）作为对照.对生物炭进行比表面积和孔径、元素分析、XPS、FTIR、Raman、XRD和pH_pzc等表征,考察KOH活化对生物炭理化性质的影响,并探究生物炭对水体中四环素的吸附性能和机制.结果表明,KOH活化之后生物炭的比表面积和孔体积可达996.4 m²·g^-1和0.45 cm³·g^-1.KOH活化会制造更多的碳结构缺陷,影响生物炭的官能团和表面电性.拟二级动力学和Langmuir模型可以较好地拟合生物炭吸附四环素的过程.环境温度升高能提高生物炭对四环素的吸附量.K-BC吸附四环素是自发、吸热和无序度增加的过程.K-BC对四环素的最大吸附量理论可达到491.19 mg·g^-1（实验温度为45℃）.结合吸附后生物炭的Raman、FTIR和XPS表征,发现孔隙填充和π-π作用是K-BC吸附四环素的主要机制,氢键和络合作用也发挥重要作用.此外,K-BC还具有良好的循环使用性能.综上所述,KOH活化小麦秸秆生物炭是有效和可行的,可用于废水中四环素的去除.     

氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(VI)

以聚乙烯亚胺（PEI）为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@PEI-HBC）,并利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr（VI）的影响及其去除机理.结果表明：在投加量为0.5 g·L^-1,温度为20℃,pH值为5,Cr（VI）初始浓度为20 mg·L^-1条件下,各材料对Cr（VI）的去除率大小为nZVI@PEI-HBC > nZVI > PEI-HBC > HBC.SEM显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr（VI）效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr（VI）去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr（VI）的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe（II）的释放,促进Cr（VI）还原为Cr（III）,然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.     

生物炭的制备及其镁改性对污染物的吸附行为研究

以小麦和玉米秸秆为原料,于不同温度下制备了生物炭样品,并采用氯化镁(MgCl_2)、乙酸镁(Mg(CH_3COO)_2)和硝酸镁(Mg(NO_3)_2)对秸秆及其生物炭进行改性.通过分析各生物炭产率、pH、元素分析、比表面积、CEC、XRD及FT-IR,探究了生物炭理化性质的变化规律.各样品对氨氮、Pb(Ⅱ)及乙草胺的吸附试验结果表明:小麦秸秆经Mg(CH_3COO)_2改性后得到的生物炭的饱和吸附量最大;对3种吸附质的吸附过程均符合准二级吸附动力学方程;低浓度下吸附过程均可自发进行,对氨氮的吸附符合Langmuir模型且以离子交换作用为主,对Pb(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型且以离子交换作用为主,对乙草胺的吸附符合Langmuir模型且以分配、氢键和π-π电子受体供体作用为主.