酸/碱改性香蒲生物炭对水中磷的去除及其机制研究

雨水径流中存在的磷污染问题严重威胁生态环境,而传统的雨水径流处理设施,如雨水花园、渗滤沟等,对磷的去除率较低且成本较高.以湿地中收割的香蒲为原材料,酸改性后制备的生物炭（TH7）的除磷效果非常好,明显优于碱改性生物炭（TOH7）：与原生物炭（T7）相比,酸改性生物炭大大提高了磷的去除效率,可从T7的65%提高至94%,而碱改性生物炭无除磷效果.TH7的表面孔隙发达,比表面积高达434.2m²·g^-1,对磷的吸附符合Freundlich模型和伪二级动力学模型,其吸附属于物理化学吸附,具体的机制为孔隙填充、表面化学沉淀、氢键结合.研究表明,以香蒲为原料制备的改性生物炭是一种效果优越的除磷吸附剂,可应用于植草沟、雨水花园等以填料为主要吸附层的径流处理设施中.     

基于WRF-CMAQ评估秸秆禁烧对区域空气质量的影响

基于本地化的秸秆露天焚烧主要大气污染物排放清单,采用空气质量模式WRF-CMAQ,定量评估秸秆禁烧管控对东北地区空气质量的影响.结果显示,2013~2020年东北地区秸秆露天焚烧污染物排放总量整体呈现先增加再降低的趋势,每年的秸秆焚烧集中期为春耕前（3月和4月）和秋收后（10月和11月）.2017年秸秆焚烧集中期内,秸秆露天焚烧对东北三省的CO和PM_2.5浓度的贡献率分别为24.01%和39.98%,农作秸秆露天焚烧是造成东北地区空气质量下降的重要因素;相同气象条件下,2019年秸秆焚烧集中期,秸秆焚烧对东北三省大气中CO和PM_2.5浓度的贡献率较2017年同期分别下降了9.58%和13.95%,表明2019年的秸秆禁烧政策有效改善了东北地区的空气质量.同时,若东北三省均实施吉林省2019年的秸秆禁烧管控政策,则东北地区的空气质量将会进一步改善.本研究结果可为区域大气污染联防联控政策的制定提供科技支撑.     

改性椰壳炭钝化修复农田土壤镉、铅的长期稳定化效果及生态风险评估

为探究改性椰壳炭钝化修复土壤中镉、铅的长期效果及生态风险,采取硝酸-高锰酸钾改性方法优化椰壳炭表征,通过设置不同改性椰壳炭用量,探究其对土壤中镉、铅生物有效性的长期影响,结合土壤-农产品综合质量影响指数评价结果,最终验证其场地应用的可行性。结果表明:改性椰壳炭可显著提高土壤镉、铅的稳定性,当用量>20 g/kg时,钝化培养12周,土壤中镉、铅以残渣态为主,固定率较对照组分别提高了8%~23%和11%~24%。钝化培养15~18周,土壤镉、铅有效态含量均低于安全阈值,且种植蔬菜未检测到重金属超标,不存在生态风险。采用改性椰壳炭进行土壤重金属场地修复具有一定应用价值。     

超支化聚合物制备及其在水处理中的研究进展

为进一步改善水环境质量,提高水处理效率,开发新型高效的水处理剂尤为重要.聚合物作为一种常见的水处理剂,能够借助自身聚合特性与各类污染物通过静电力、氢键等作用力结合,从而高效分离水体中污染物.超支化聚合物是一类高度支化、具有三维结构的大分子聚合物,该聚合物支化位点多、末端官能团丰富、分子链不易缠结,且易接枝改性、易修饰,能够合成多种功能化新材料.本文根据超支化聚合物的不同末端官能团结构,分别综述了3种超支化聚合物(端氨基超支化聚合物、端羟基超支化聚合物、端羧基超支化聚合物)的合成制备,并研究超支化聚合物的接枝改性及其在水处理中的应用.由于超支化聚合物独特的三维大分子结构和丰富的末端官能团(—NH2、—COOH、—OH等),超支化聚合物及其接枝改性产物能够在多种污染水体(重金属废水、染料废水、含油废水等)中表现出高效去除性能.今后,可进一步对超支化聚合物的接枝改性进行深入研究,制备新型超支化复合材料,以提高超支化复合材料的循环再生及再使用性能,提升水处理效能,降低处理成本,为研发新型环境友好型的水处理剂提供理论基础和技术支撑.     

超支化聚合物制备及其在水处理中的研究进展

为进一步改善水环境质量,提高水处理效率,开发新型高效的水处理剂尤为重要.聚合物作为一种常见的水处理剂,能够借助自身聚合特性与各类污染物通过静电力、氢键等作用力结合,从而高效分离水体中污染物.超支化聚合物是一类高度支化、具有三维结构的大分子聚合物,该聚合物支化位点多、末端官能团丰富、分子链不易缠结,且易接枝改性、易修饰,能够合成多种功能化新材料.本文根据超支化聚合物的不同末端官能团结构,分别综述了3种超支化聚合物(端氨基超支化聚合物、端羟基超支化聚合物、端羧基超支化聚合物)的合成制备,并研究超支化聚合物的接枝改性及其在水处理中的应用.由于超支化聚合物独特的三维大分子结构和丰富的末端官能团(—NH2、—COOH、—OH等),超支化聚合物及其接枝改性产物能够在多种污染水体(重金属废水、染料废水、含油废水等)中表现出高效去除性能.今后,可进一步对超支化聚合物的接枝改性进行深入研究,制备新型超支化复合材料,以提高超支化复合材料的循环再生及再使用性能,提升水处理效能,降低处理成本,为研发新型环境友好型的水处理剂提供理论基础和技术支撑.     

不同氮肥策略对汞污染土壤修复效果的影响

为明确不同施氮肥策略对汞污染土壤的改良效果及其对土壤细菌群落的影响作用,该研究选取受汞污染的酸性土壤(G)和碱性土壤(S)为研究对象,分别设置未施肥空白对照（GK、SK）、仅施速效氮肥（GA、SA）、仅施缓释氮肥（GS、SS）以及生物炭配施缓释氮肥（GB、SB）8种实验处理,基于盆栽实验,探究各处理对汞污染土壤的改良作用、微生物群落的影响,并进一步明确对作物安全的作用效果。结果表明,与GK、SK相比,施肥使汞污染土壤中汞含量分别降低了20.47%～81.60%（酸性）与23.38%～75.74%（碱性）;与GA、SA相比,GS、SS处理中,土壤中汞含量分别显著降低了75.96%、69.86%;值得注意的是,生物炭配施处理（GB、SB）对汞污染土壤的改良效果与仅缓释氮肥（GS、SS）处理之间并无显著差异。生物炭配施缓释氮肥处理与其他各处理相比,对原土壤微生物群落结构影响显著,其中,酸性土壤的微生物丰度增加了6.23%,多样性下降11.36%,而碱性土壤中二者均呈下降趋势,分别下降了17.69%、16.81%。对韭菜中汞含量的研究发现,各施氮肥处理中,酸性土壤的可食用部分与根部的汞含量分别下降20.38%～66.46%、20.76%～35.22%;而在碱性土壤中,仅配施处理中作物的可食用部分与根部中的汞含量显著下降,与仅缓释氮肥相比显著下降,分别为45.05%、28.15%。根据Spearman相关性分析金属汞、pH和有机质是影响细菌群落的重要因子。由此可得,施缓释氮肥是降低汞污染土壤的最佳策略,而生物炭配施缓释氮肥在有效改良土壤汞污染（尤其酸性土壤）的同时,显著提高了土壤中细菌的丰度,降低作物中汞含量。该研究在为汞污染土壤改良提供理论依据的同时,探究了缓释氮肥及其与生物炭配施的作用效果。     

磁性生物炭活化过氧化氢降解环丙沙星研究

该文采用共沉淀法制备磁性生物炭（BC-Fe）,并将其用于去除水体中的环丙沙星（CIP）。通过扫描电镜、氮气吸附-脱附曲线、红外光谱和拉曼光谱等对材料进行表征,同时探究材料投加量、溶液p H值和不同阴离子对芬顿体系中CIP去除的影响。结果表明,材料投加量为0.5 g/L,BC/H_2O_2和BC-Fe/H_2O_2系统的CIP去除率分别为57.08%和80.00%,投加量为1.0 g/L时,两系统中CIP去除率分别达79.72%和91.10%。BC/H_2O_2和BC-Fe/H_2O_2系统在中性、弱酸和弱碱条件下均有较好的CIP去除效率。投加CO_3^(2-)对CIP去除率影响最大,其次为PO_4(2-)对CIP去除率影响最大,其次为PO_4^(3-),Cl(3-),Cl^-和NO_3-和NO_3^-对两系统中CIP的去除影响不大。X射线光电子能谱分析表明,BC-Fe表面的电子从Fe-对两系统中CIP的去除影响不大。X射线光电子能谱分析表明,BC-Fe表面的电子从Fe⁽²⁺⁾转移到H_2O_2产生氧自由基,此外 C-OH 和 COOH 也可以通过释放质子生成 CO·和 COO·,进而活化 H_2O_2生成氧自由基。电子顺磁共振结果表明,·OH和·O_2(2+)转移到H_2O_2产生氧自由基,此外 C-OH 和 COOH 也可以通过释放质子生成 CO·和 COO·,进而活化 H_2O_2生成氧自由基。电子顺磁共振结果表明,·OH和·O_2^-是CIP降解过程的主要自由基,在降解过程中发挥了重要作用。     

中国主粮作物生物炭产量效应的Meta分析

为定量评估生物炭对主粮作物产量的影响,收集了公开发表的116篇相关文献,共866对数据,采用Meta分析法定量分析了生物炭对我国主粮作物产量的影响及其影响因子,同时构建结构方程模型(SEM)进一步解释了因子间的交互关系.结果表明,与不施用生物炭相比,生物炭施用后可改善主粮田土壤理化性质,提高主粮作物产量,平均增产率为8.77%.其中,当生物炭pH为7～8时,平均增产率最大,可达26.49%;其C/N<60时,平均增产率为13.73%,显著高于C/N≥60的平均增产率.将生物炭施入酸性或中性土壤中,更能发挥其增产效应.当施炭量为10～20 t·hm^-2时,小麦和玉米的平均增产率最大;施炭量为15～25 t·hm^-2时,水稻平均增产率最大.但是,不同施炭水平的水稻增产率相近,可考虑损失部分产量,适当减施以兼顾经济效益.此外,生物炭增产效应会随施用年限增加而不断减弱,一般3 a后增产不显著.SEM表明生物炭施用量不仅直接影响主粮作物产量,还通过改善土壤肥力间接影响主粮作物产量,而生物炭C/N和pH仅通过改善土壤肥力影响主粮作物产量.因此,今后...     

控氧热解过程中污染稻草生物炭的组分特性及其重金属累积特征

热解是实现重金属污染生物质无害化资源化的重要手段之一.以重金属污染稻草为原料,研究了控氧热解生物炭的组分特性及其重金属的累积特征.结果表明,低氧热解可有效利用污染稻草制备生物炭,提高重金属在生物炭中的稳定性.氮气氛条件下,稻草生物炭产率为29.4%～34.9%;可溶性有机质(DOM)以类腐殖酸物质为主,其芳香化指数(SUVA₂₅₄)随热解温度升高呈先升后降趋势;生物炭中Ca主要以CaCO₃形式存在.与氮气氛相比,10%和20%(体积分数,下同)氧气氛条件下生物炭(热解残渣)的产率分别降低5.6%～13.5%和14.9%～15.7%,但pH值提高0.5个单位以上;有氧气氛加速了热解过程中木质素组分的降解,生物炭中DOM的SUVA₂₅₄值随热解温度升高逐渐降低.随热解气氛中氧体积分数提高,DOM中类腐殖酸物质向类富里酸物质转化;生物炭中Ca以CaO形式存在,这可能是导致生物炭pH值升高的原因之一.与氮气氛相比,10%氧气氛和400℃条件下,生物炭中Cu、 Cd、 Pb、 Ni和As的可交换形态占比降低了5.2%、 3.7%、...     

锰氧化物改性生物炭基质材料对典型喹诺酮类抗生素的吸附及其在人工湿地的应用

以废弃花生壳为原料,制备锰氧化物改性生物炭球（MBCB）用于去除水中的环丙沙星（CIP）和恩诺沙星（ENR）,探究MBCB对CIP和ENR的吸附特性及在人工湿地中的应用效果.结果表明,负载锰氧化物的MBCB对CIP和ENR的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,混合吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir和Freundlich等温模型都可以较好地拟合MBCB对CIP和ENR的吸附过程,在25℃条件下,通过Langmuir模型拟合出的对CIP和ENR的最大吸附量分别为3.84 mg·g^-1和2.01 mg·g^-1.MBCB对CIP和ENR的吸附过程主要受到内扩散和边界层扩散的控制,是自发的吸热过程,氢键和静电相互作用参与到吸附过程当中.添加MBCB作为基质的人工湿地对CIP和ENR的平均去除率达70.7%和62.9%,分别为对照组的1.625倍和1.719倍.同时,添加MBCB的湿地微生物丰度和多样性所受影响相对较小,这说明MBCB能缓解人工湿地中CIP和ENR的毒性,保证人工湿地对抗生素的去除效果.