铁修饰的污泥生物炭对污泥脱水性能的改善效果

为改善城市污水处理厂污泥的脱水性能,采用铁修饰污泥生物炭作为助滤剂,与FeCl₃一起对污泥进行联合调理。以污泥净产率、污泥比阻和泥饼含水率评价污泥脱水性能;通过污泥Zeta电位、扫描电镜、EDS和泥饼可压缩性系数分析该方法的机理;同时,通过对污泥胞外聚合物、重金属以及总氯含量的分析,探究其调理污泥的环境风险,以明确该方法用于改善污泥脱水性能的可行性。结果表明,在500 ℃下制备的铁修饰污泥生物炭(30%)和FeCl₃(12.82%)联合调理时,污泥脱水的效果最佳;与仅用FeCl₃(12.82%)调理的污泥相比,污泥净产率升高了73.38%、污泥比阻降低了68.75%、泥饼含水率降低了9.03%。在较高温度下制备的铁修饰污泥生物炭,其孔隙结构更为发达、表面铁元素含量更高;与FeCl₃联合调理污泥时,更容易发生絮凝,从而使泥饼的渗透性能更好。而且,在联合调理的条件下,污泥中溶解型、松散结合型和紧密结合型胞外聚合物的含量均有所降低;污泥泥饼中重金属(Cd、Cr、Cu、Pb、Zn)更为稳定,泥饼热解固相产物和非固相产物中总氯含量降低,环境生态风险更小。采用铁修饰污泥生物炭作为助滤剂,可改善污泥脱水性能,并具有实际应用的潜力。     

Sorption of radiolabelled glyphosate on biochar aged in contrasting soils

Glyphosate mobility from terrestrial to aquatic environments has raised concerns about it. Utilizing soil’s inherent properties along with sorption properties of aged biochar, we hypothesized that selective application of biochar would be more effective in economic terms for glyphosate sorption on contrasting soils. To test this hypothesis, batch experiments and liquid scintillation counting for ¹⁴ Okada, E.; Costa, J. L.; Bedmar, F. Adsorption and mobility of glyphosate in different soils under no-till and conventional tillage. Geoderma 2016, 263, 78–85.[Crossref], [Web of Science ®] , [Google Scholar]C labeled glyphosate were used. The sorption behavior of glyphosate was examined in four contrasting Australian soil types (Oxisol, Vertisol, Entisol, and Inceptisol) amended with aged biochar to determine glyphosate concentrations by measuring ¹⁴ Okada, E.; Costa, J. L.; Bedmar, F. Adsorption and mobility of glyphosate in different soils under no-till and conventional tillage. Geoderma 2016, 263, 78–85.[Crossref], [Web of Science ®] , [Google Scholar]C activity using liquid scintillation counting. Freundlich parameters were calculated for soil-soil/biochar combinations. The pattern of glyphosate sorption was Oxisol?>?Vertisol?>?Entisol?>?Inceptisol. Oxisol adsorbed approximately five times more glyphosate compared with Inceptisol. Oxisol soil system adsorbed maximum amount of glyphosate principally due to the presence of iron-aluminum oxides exhibiting variable charges which got increased due to the presence of aged biochar. Considering all the soil/soil-biochar systems, Inceptisol soil system showed the least adsorption of glyphosate. A significant contribution of char was observed only in the Entisol soil system and the finding is valuable as char can be applied in Entisol soil systems to control glyphosate mobility.     

核桃壳生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制

为探究生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制,以农业废弃物核桃壳为原材料,在400 ℃下热解碳化制备生物炭,与黏土、碳酸氢钠、硅酸钠混合制备生物炭小球。采用ESEM观察、比表面积测定、红外光谱对其表面结构和组成进行表征,并将其用于对雌酮(E1)、雌二醇(E2)和雌三醇(E3)的吸附去除研究。分别考察了吸附时间、溶液pH、生物炭小球投加量以及雌激素初始浓度对吸附效果的影响,并通过颗粒内扩散、等温吸附、吸附动力学探讨其吸附机制。结果表明：生物炭小球对雌激素的吸附平衡时间为15 min;投加量为1 g、pH为5、初始浓度为2 500 μg·L-1时平衡吸附量最大;颗粒内扩散模型研究结果表明吸附机制包括分配作用和表面吸附;准二级动力学可较好地描述生物炭小球对雌激素的吸附过程;生物炭小球对雌激素的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。所制备的生物炭小球对雌激素污染物具有较好的去除效果,在环境治理方面具有一定的应用前景。     

污泥生物炭对土壤中Pb和Cd的生物有效性的影响

以污泥为原料,在500 ℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合X射线能谱（EDS）、环境扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）等表征手段,分析添加污泥生物炭后污染土壤pH和Pb与Cd化学形态的变化来探究污泥生物炭对土壤中Pb、Cd的固定效果,并用盆栽方式评估添加污泥生物炭对小青菜生物量及体内重金属含量的影响。结果表明：添加污泥生物炭后,污染土壤的pH随平衡时间的延长显著升高;对于单一污染土壤和复合污染土壤,污泥生物炭对Pb和Cd均有较强的固定作用,而污泥生物炭在复合污染土壤中对Pb的固定效果优于在单一污染土壤中;添加污泥生物炭能提高小青菜的生物量,且能有效降低小青菜对污染土壤中Pb和Cd的吸收。     

生物炭基固定化菌剂对石油类污染物的高效降解

以生物炭为载体,采用吸附法制备固定化菌剂,通过分析不同材料生物炭的结构差异,探讨了不同生物炭的结构在固定化中的影响机制。SEM和EDS分析表明,降解菌主要固定在生物炭表面。生物炭内含有C、N和P成分,能为降解菌提供营养物质。生物炭的多孔结构能促进石油污染物的降解。结果表明,经玉米芯和秸秆生物炭固定化后F-3、R-7及其混合菌的除油率显著提高,分别为41.7%和29.5%、52.5%和42.8%、63.8%和53.2%。玉米芯生物炭固定化菌剂的除油率比秸秆生物炭固定化菌剂高10.6%。玉米芯生物炭表面比秸秆生物炭粗糙,其固定的微生物量为4.2×1010 cfu·g-1,固定效率达71.2%;秸秆生物炭固定的微生物量为2.5×1010 cfu·g-1,固定效率为57.6%。固定化菌剂的最佳制备条件为：选择500℃下热解3 h的玉米芯生物炭为载体,微生物接种量为10%,载体投加量为10 g·L-1,置于35℃、130 r·min-1摇床中固定18 h。     

不同温度下制备花生壳生物炭的结构性质差异

热解温度是影响生物炭结构性质的重要因素。在200~700 ℃温度范围内,以花生壳为生物质原材料制备生物炭,并对生物炭的理化性质及结构组成进行表征,以期了解花生壳生物炭特征及其随热解温度变化的规律。结果表明,生物炭的产率随着温度的升高而减少,灰分和pH随着温度升高而增加。生物炭的C含量随着温度升高而增加,H元素含量却随着温度升高而减少。H/C随着温度的增加而减少。红外光谱分析表明,随着温度的升高生物炭的烷基基团减少,芳香化程度逐渐升高。500 ℃制备生物炭的K2Cr2O7和KMnO4氧化碳损失量最低,分别为18.6%和1.70%。X射线衍射分析表明,随着温度的升高,生物炭中草酸钙矿物分解消失,碳酸钙矿物形成。     

磁性污泥基生物炭对Pb2+的吸附性能

为克服湿法制备磁性生物炭颗粒时团聚严重、固液分离困难、热解前需消耗大量能源脱水干化的问题,本研究以市政污泥为原料,通过无溶剂法热解制备了磁性污泥基生物炭(MSBC-2),并利用SEM、FTIR、XPS、VMS和Raman等方法对产物的表面结构与特征进行了表征。基于序批实验,分析了pH、温度、背景离子强度、生物炭投加量对该吸附材料的Pb²⁺吸附性能的影响,并进行了吸附动力学、吸附等温线及吸附热力学研究。结果表明：MSBC-2的Pb²⁺去除率随pH及温度的升高而升高,pH>4后去除率基本不变,离子强度对Pb²⁺去除率基本无影响。MSBC-2对Pb²⁺的吸附行为符合准二级动力学模型及Langmuir模型,表明吸附过程的限速步骤为化学反应,吸附为单分子层吸附;MSBC-2的反应速率常数k₂是未改性生物炭的4.1倍,25 ℃时最大理论吸附容量为113.36 mg·g⁻¹,高于大多数湿法制备的磁性生物炭;该吸附过程非自发、吸热且熵增过程;MSBC-2对Pb²⁺的吸附机理主要包括表面络合、离子交换和物理吸附。     

磁性山竹壳炭的制备及对氯霉素吸附性能

以山竹壳为原料,K₂C₂O₄为活化剂,Fe(NO₃)₃为赋磁剂制备了磁性山竹壳炭。考察了制备条件对山竹壳炭理化性质的影响,并探究其对水体中氯霉素的吸附性能。结果表明,随着K₂C₂O₄用量的增加和炭化温度的升高,磁性山竹壳炭的比表面积和孔容增加,但Fe₃O₄逐渐被还原为单质Fe。当磁性山竹壳炭PGC-4-900投加量为0.3 g·L⁻¹,溶液质量浓度为125 mg·L⁻¹时,对氯霉素吸附容量最大可达316.3 mg∙g⁻¹。吸附过程为自发、吸热和无序度增加的过程。吸附动力学符合拟二级动力学模型,等温模型可用Langmuir方程描述。磁性山竹壳炭在吸附氯霉素方面具有宽泛的pH适应性,静电作用非磁性山竹壳炭对氯霉素吸附主要机理,孔隙填充和π—π作用在氯霉素吸附过程中起主导作用。     

芒果核壳炭的制备及对水中Cr6+的吸附

以芒果核壳为原料通过H3PO4活化制备了新型的吸附剂H3PO4-C。考察了影响该吸附剂对水体中Cr（VI）的去除效果的因素,并研究了吸附动力学特征和吸附过程控制机理。结果表明,芒果壳生物质炭对Cr（VI）具有良好的吸附能力,在25℃下,较佳的吸附条件为：当投加量为3 g·L-1,Cr（VI）初始浓度为50 mg·L-1,溶液pH值为3时,吸附5 h,去除率为93.8%。准一级、准二级动力学模型用来拟合吸附过程,结果表明,准二级动力学符合该吸附过程,吸附速率常数为0.001 3 g·（mg·min）-1。用Langmuir和Freundlich模型描述吸附等温过程,结果说明,该吸附过程服从Langmuir吸附,饱和吸附量为28.571 mg·g-1,内扩散为该吸附过程的限速步骤,内扩散系数D=4.21×10-9 cm2·s-1。     

简青霉-生物炭联合吸附处理染料废水

利用简青霉菌丝球固定生物炭制得一种新型生物吸附剂,吸附处理亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)两种染料,考察了接触时间、菌丝球和生物炭用量、pH、染料初始浓度等影响因子对处理效果的影响。结果表明,菌丝球固定生物炭不仅保留了两者的吸附能力,而且易于固液分离。含炭菌丝球对亚甲基蓝的吸附效果优于甲基橙。甲基橙和亚甲基蓝的吸附平衡时间分别为48 h和60 h。亚甲基蓝在碱性条件下的吸附去除效果更好,甲基橙的吸附最适pH范围为5~6。Langmuir等温模型比Freundlich等温模型更适合模拟含炭菌丝球对亚甲基蓝和甲基橙的吸附行为。实验结果可以为微生物和生物炭的联合应用提供科学依据。