磷酸改性生物炭负载硫化锰去除废水中重金属镉

采用磷酸作为活化剂对黍糠生物炭进行改性,得到富含活性官能团的功能性生物炭（fCBC）,并将其作为硫化锰（MnS）的载体,最终成功制备出硫化锰负载的磷酸改性生物炭（MnS-fCBC）,可用于水体中镉（Cd）的高效去除.系统评价了初始浓度、初始pH值以及MnS-fCBC投加量对于吸附反应的影响. MnS-fCBC表现出优越的吸附Cd的能力,在初始Cd浓度为200mg/L、pH=6和投加量1g/L的条件下,MnS-fCBC对于Cd的吸附容量最大,达145.15mg/g.吸附反应受pH值影响显著,在偏酸性条件下能取得较好的去除效果.通过X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪（Raman）对MnS-fCBC进行结构表征分析,结合批次试验探讨了Cd的去除机理.结果表明,表面络合和化学沉淀是Cd去除的主要机理.材料的回用性能试验显示,在5次循环使用后,材料依然有较高的Cd去除能力,表明其具有较高的可重用性.因此,MnS-fCBC可作为一种高效的Cd吸附剂,应用于含Cd废水处理.     

醋糟生物炭对水体中Pb(Ⅱ)吸附的影响

以醋糟为原料在700℃绝氧条件下制得醋糟生物炭,对比研究了醋糟炭化前后对水体中Pb(Ⅱ)的吸附效果与特性。采用比表面分析仪、傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对吸附质进行表征,并通过吸附试验测定了吸附质对Pb(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,在温度为298 K,p H为3~6的条件下,醋糟生物炭与醋糟对Pb(Ⅱ)达到吸附平衡的时间均为30 min,最佳投加量均为3.3 g/L。两种物质对Pb(Ⅱ)的吸附均高度拟合准二级动力学方程,吸附过程符合Langmuir模型,推测其主要为单分子层的化学吸附。与醋糟相比,醋糟生物炭具有更大的吸附容量,为68.027 mg/g,且在常温下即可表现出优异的吸附效果。由SEM和FTIR分析结果可知,醋糟生物炭孔隙结构较醋糟更为发达,且表面含有丰富的含氧官能团和芳香类化合物。     

牛粪生物炭对重金属镉污染土壤的钝化修复研究

为了探讨以牛粪为原材料制备的生物炭对重金属镉污染土壤的钝化修复作用,采用人工模拟重金属镉污染土壤进行盆栽试验,研究分别添加在低温300℃和高温700℃条件下制备的牛粪生物炭,对重金属镉污染土壤p H值、镉含量、镉形态及供试作物中镉含量的影响。结果显示:高温700℃制备的生物炭效果好于低温300℃,与对照值(CK)相比,当两种牛粪生物炭添加量为10 g/kg时处理效果最佳,土壤p H值、镉含量依次升高0.2和0.1、42.2%和21.84%,供试作物中镉含量降低了71.59%和51.22%,酸可提取态镉降低了21.69%和22.89%,残渣态镉含量升高了51.59%和77.71%;牛粪生物炭添加量为2.5g/kg时,Fe-Mn氧化结合态镉、有机结合态镉含量降幅最大,分别为21.88%和14.06%、31.82%和12.12%。牛粪生物炭对重金属镉污染土壤具有良好的钝化修复效果。     

生物炭对城郊农业土壤镉有效性及镉形态的影响

为探索生物炭对镉污染土壤的钝化效果,采用室内培养的方法,研究了低镉(镉含量1.86 mg/kg)及高镉(镉含量6.55mg/kg)土壤条件下生物炭对土壤有效态镉及不同形态镉分布的影响。研究结果表明:至培养末期,添加生物炭显著降低了2种镉条件下土壤有效态镉含量,低镉及高镉条件下降幅分别达到4.31%和6.82%。生物炭添加对短期及较长期内不同形态镉含量均会产生影响。在培养初期,2种镉条件下添加生物炭均使可交换态镉含量显著下降(P0.05),铁锰氧化物结合态镉及残渣态镉含量上升,且后者上升显著(P0.05)。在培养末期,生物炭的添加减少了2种镉条件下可交换态和有机物及硫化物结合态镉含量,提高了碳酸盐结合态及残渣态镉含量,且低镉条件下各形态镉含量的变化均有显著差异。该实验数据表明,生物炭与土壤的有效结合降低了重金属镉的有效态含量,其迁移性和生物有效性得以控制,生物炭对土壤重金属镉具有显著的钝化作用,在土壤重金属镉污染治理方面有着巨大潜力。     

东南亚生物质燃烧对我国春季PM2.5质量浓度影响的数值模拟

为研究东南亚生物质燃烧对我国的影响,利用NAQPMS(嵌套网格空气质量预报模式系统)模拟分析了2013年3月我国及东南亚污染物质量浓度分布,以及东南亚国家生物质燃烧对我国ρ(PM_2.5)的贡献. 结果表明:NAQPMS模式可较好地再现ρ(PM_2.5)的时空演变规律. 在我国西南部分地区,东南亚生物质燃烧贡献与当地人为源相当,并且在ρ(PM_2.5)较高时尤为明显. 东南亚生物质燃烧对我国的影响主要有两个路径:第一个路径是缅甸向云南等地的输送,对云南ρ(PM_2.5)的月均贡献达到20 μg/m3(贡献率为30%),是云南本地生物质燃烧贡献的2倍左右,日均贡献甚至可达到34 μg/m3(贡献率为43%),高于我国人为源贡献(28 μg/m3)和贡献率(36%);第二个路径是老挝和越南向云南与广西交界的输送, 对南宁ρ(PM_2.5)的月均贡献为10 μg/m3,日均贡献高值区间为20～40 μg/m3. 我国人为源对东南亚的影响较小,对ρ(PM_2.5)月均贡献率在10%以内,主要集中在越南和东南亚南部沿海城市. 东南亚人为源对我国的影响也较小,ρ(PM_2.5)月均贡献在2 μg/m3以下. 研究显示,东南亚生物质燃烧对我国特别是西南地区产生的影响不可忽视.      

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700 ℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液pH、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.      

改性生物炭对Ni~(2+)和Cu~(2+)的吸附

以废弃松木屑为原料制备了生物炭,采用六亚甲基四胺(HMTA)和/或CO2对其进行改性,并将其用于水中Ni2+和Cu2+的吸附。表征结果显示,以HMTA和CO2共同改性的生物炭BC1的表面积最小但表面含氧官能团含量最高。实验结果表明:生物炭经改性后,其吸附性能明显提高,且以BC1为最优;在不调节溶液p H、初始重金属离子质量浓度为50 mg/L、吸附剂加入量分别为2.0 g/L和1.0 g/L、吸附时间分别为360 min和240 min的优化条件下,BC1对Ni2+和Cu2+的去除率分别达到99.81%和95.88%;改性生物炭对Ni2+和Cu2+的吸附过程可以用Langmuir等温吸附模型来描述,而其吸附动力学具有拟二级动力学方程特征。     

生物炭负载纳米铁镍双金属去除水中1,1,1-三氯乙烷

以小麦秸秆为原料制备生物炭,再通过液相还原法制备了生物炭负载纳米铁镍双金属材料(Ni/Fe/BC),运用FTIR,SEM,XRD技术进行了表征,并将该材料用于水中1,1,1-三氯乙烷(TCA)的去除。表征结果显示,生物炭具有良好的空隙结构和较大的比表面积,能有效负载纳米铁镍双金属,防止纳米铁镍双金属颗粒的团聚。实验结果表明:Ni/Fe/BC的最佳制备条件为生物炭、Fe、Ni的质量比1∶1∶0.01;在TCA质量浓度200 mg/L、Fe加入量1 g/L的条件下,反应60 min时,Ni/Fe/BC对TCA的去除率达99.2%,与未经生物炭负载时的39.1%相比显著提高;生物炭通过吸附TCA使TCA与双金属的接触增多,而铁腐蚀产生的氢被吸附在镍金属表面形成活性氢自由基,促进了TCA的去除。     

基于离散模型的落叶资源利用方案评价

结合社会调查,对落叶资源利用的几种方案进行评估分析,运用离散模型分析得到影响资源利用方案的各因素的比重,找到最优的落叶资源利用方案。以武汉市为例,分析表明将落叶进行生物质发电能有效利用落叶资源且资源利用率高,能为我国环保事业做出贡献。