沼渣生物炭的制备及资源化利用研究进展

沼渣是生物质经厌氧消化后产生的固体残渣，也是具有较大应用潜力的二次资源。与填埋、焚烧等传统沼渣处理工艺相比，使用热化学法处理废弃生物质沼渣可更好地实现沼渣中有机物的固定，且制备得到的沼渣生物炭结构稳定、性能优良，能被广泛应用于污染物吸附、催化降解、土壤修复等诸多领域。本文归纳总结了国内外常见的沼渣生物炭制备技术和改性方法，重点介绍了沼渣生物炭的结构、元素组成和理化性质。同时，汇总了现阶段沼渣生物炭的主要资源化应用途径，并对未来沼渣生物炭资源利用的发展方向进行了展望。     

沼渣制备生物炭吸附沼液中氨氮

以生物产甲烷的副产物沼渣为原料,用5种不同的方法通过化学活化法制备生物炭,实验结果表明5种生物炭对沼液中的氨氮都有吸附效果,而氢氧化钾活化制备的生物炭(KOH-CC)对氨氮的吸附效果相对较好,吸附剂对氨氮的吸附符合准二级吸附动力学,吸附等温线表现为Langmuir型,通过拟合计算最大吸附容量能达到120 mg·g-1。对生物炭进行BET、扫描电镜及红外等表征,分析了KOH-CC生物炭吸附氨氮过程的作用机理。     

沼渣制备生物炭吸附沼液中氨氮

以生物产甲烷的副产物沼渣为原料,用5种不同的方法通过化学活化法制备生物炭,实验结果表明5种生物炭对沼液中的氨氮都有吸附效果,而氢氧化钾活化制备的生物炭（KOH-CC）对氨氮的吸附效果相对较好,吸附剂对氨氮的吸附符合准二级吸附动力学,吸附等温线表现为Langmuir型,通过拟合计算最大吸附容量能达到120 mg·g^-1。对生物炭进行BET、扫描电镜及红外等表征,分析了KOH-CC生物炭吸附氨氮过程的作用机理。     

生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展

生物炭因具有制备原料来源广泛、比表面积大、孔隙发达、富含碳素、表面官能团丰富等特点而被广泛用于土壤改良、污染物去除、固碳减排等方面.近年来,研究发现将生物炭进行物理、化学或生物改性,会强化生物炭功能,有利于生物炭的高效利用.综述了生物炭及改性生物炭的制备,理化性质分析及其在土壤、水体、大气中的应用,并将改性前后生物炭进...     

改性玉米芯生物炭吸附水体污染物的研究进展

生物炭是一类以生物质为原料在高度缺氧的条件下经过高温处理得到的炭材料。生物炭内部具有丰富孔洞,比表面积大,且表面化学结构丰富具有良好的吸附性能。玉米芯作为一种常见的农业废弃物,也是制备生物炭的原料之一。本文综述了以玉米芯制备生物炭,及其改性工艺的研究进展,旨在为玉米芯生物炭在应用研究提供参考。     

污水处理厂污泥制备生物炭及应用的研究进展

以污泥为原料制备生物炭是实现污泥资源化利用的途径之一,具有成本低、方法简单等优点。为了推动污泥制备生物炭技术的发展和应用,本文从制备方法、影响因素和应用领域等方面总结和归纳了污水处理厂污泥制备生物炭的研究现状,阐述了污泥生物炭不同制备方法及其优缺点,详细分析了不同影响因素对污泥生物炭产率、比表面积、孔径大小和孔径分布等特点的影响,总结了污泥生物炭在环境和农业领域的应用情况,提出了目前污泥制备生物炭技术存在的生物炭产率低、重金属易析出和生产批次差异等问题,并指出了今后的发展方向。     

铜藻厌氧发酵沼渣热解制备生物油的研究

以铜藻发酵沼渣为原料,利用热重仪进行热重分析,并于350~550℃范围内进行热解实验,研究了沼渣在不同温度下的热解特性。利用GC、GC-MS等手段对裂解制得的生物油和裂解气进行组成成分分析。结果表明,沼渣失重分为脱水、蛋白质和纤维素分解、木质素热解及焦油二次裂解4个阶段。随着反应温度的升高,生物油产率先增后减,在450℃达到最大31.05%;同时,生物炭产率逐渐降低,裂解气产率逐渐增加。随着温度升高,生物油中酚类化合物质量分数显著增加,最高达到47.5%。因含氮和氧量较高,所得生物油并不适宜直接作为燃料油使用,但其中所含的酚类化合物和含氮化合物具有较高的应用价值。     

工程化改性促进生物炭生产技术的研究进展

生物炭是一种由有机原料在氧气有限的条件下热解生成的含碳材料,原料来源在生产生活中较为普遍,有着广泛的应用前景.主要就现有的生物炭工程生产策略进行总结并发表对未来前景的整体看法,系统地归纳了生物炭在物理工程技术、化学工程技术和生物工程技术等生产方法中的延续和发展.     

球磨改性生物炭在环境修复中的应用进展

利用球磨机械力化学技术制备的改性生物炭具有成本低、产能高、绿色无溶剂等优点,近年来受到研究人员的广泛关注.球磨改性增加生物炭表面官能团、扩大其比表面积以及提高吸附容量,使球磨改性生物炭对环境污染物具有优异的去除性能,在环境修复领域应用前景广阔.介绍了球磨改性生物炭的制备与理化性质,总结了球磨改性生物炭在环境修复中对污染物质去除的最新进展,同时明确其对各类污染物的去除机制.在此基础上,探讨球磨改性生物炭在环境修复中目前存在的问题与限制因素,从明确技术和经济可行性、扩展材料应用范围以及厘清潜在生态环境风险等方面提出未来研究方向.     

废物衍生吸附剂的制备、应用和再生

许多研究表明:吸附是一种去除有机污染物有效且经济可行的方法.生物炭作为一种废物衍生的绿色吸附剂,具有许多优势,例如成本低廉、可回收再利用且能够实现废弃物的资源化.本文总结了生物炭的来源、生产条件以及在有机污染物去除方面的研究现状;阐述了生物炭对有机污染物的吸附机理并总结了其再生方法;研究和分析了其工程应用、经济效益和环...     

Pyrolysis shaker reactor for the production of biochar

Intermediate pyrolysis reactors are preferred for processes focused on the production of high-quality biochar. The main types are rotary drums, augers, and moving beds agitated with either grates or paddles. These reactors are usually operated in continuous mode, and are designed to provide a pure, homogeneous biochar product by ensuring near plug flow of the reacting particles. There is a need for laboratory reactors that can provide enough biochar for testing in applications such as soil amendment, fillers for concrete or polymers, coke substitution, or pollutant capture. The pyrolysis shaker reactor (PSR) is a new laboratory reactor that is inexpensive, provides good mixing and temperature control, is easy to operate and allows for rapid turnaround between runs. It provides a homogeneous biochar product. Its use was demonstrated with digestate from the anaerobic digestion of food waste. The rapid and thorough testing program made possible with the PSR indicated that this digestate should be pyrolyzed at 250°C to maximize the release of mineral from the biochar to water, and at 400°C to minimize the release of minerals. Its biochar would require post-treatment to be applied as a substitute for activated carbon.     

生物炭的制备、改性及其在环境修复中应用的研究进展

介绍了生物炭的制备、改性及表征，尤其是在环境修复中的应用。阐述了生物炭常用的制备方法包括热解法、气化法和水热碳化法，指出生物炭的制备原料和条件决定了生物炭的吸附性能。为了提高生物炭的吸附性能，常通过酸、碱、氧化剂、金属氧化物、有机化合物、紫外辐射、等离子体、复合材料、蒸汽及气体吹扫等方式对其进行改性处理，而改性方法的选择主要取决于应用的环境领域。虽然生物炭已在土壤修复及改良、固碳、有机固废堆肥、废水净化及大气污染治理等领域取得了良好的效果，但是生物炭的固碳效果还需要在不同土壤条件进一步验证，生物炭提高土壤质量的原因还需要进一步研究，生物炭去除土壤中有机污染物的作用机理也有待进一步探明。此外，利用生物炭进行环境修复时，应注意生物炭的稳定性问题，以免造成二次污染。综上所述，生物炭在环境修复中具有广阔的应用前景，但也存在一些问题和挑战需要解决。     

生物炭基材料在抗生素废水处理中的研究进展

生物炭是一种由生物质原料热解而成的稳定多孔碳材料。目前，生物炭及其碳基材料作为功能材料因其在一定程度上不仅实现了废弃物的合理资源化利用，而且兼具经济与环境效益而倍受研究者关注。本文综述了生物炭的生物质原料种类、生物炭在不同成分下（纤维素、半纤维素、木质素）的形成机制及表面特性；重点介绍了生物炭的改性技术，主要包括物理化学处理、杂原子掺杂、金属元素掺杂、多种元素共掺杂以及制备工艺的改良等，生物炭改性的目的是为了增加其比表面积、反应活性位点和官能团，改良孔隙结构和无机成分，从而提高它在修复环境污染的性能；然后综述了生物炭作为优良吸附剂或催化剂在用于抗生素废水的具体应用及其去除机理。最后指出生物炭虽被证明了具备去除水中各类抗生素的潜力，但在材料本身的优化以及工程抗生素废水应用中仍有一些需要填补的知识空白。     

炭化工艺对脱水沼渣炭理化性质的影响

以一级脱水沼渣为原料,通过热重-红外联用分析其失重行为及热解气相产物的组成,采用单因素试验方法,考察炭化温度、升温速率、保温时间对沼渣炭的得率、理化性质的影响。结果表明：360～480℃区域为热解的主要阶段。随着温度的升高,炭得率、挥发分含量降低,灰分含量增加,固定碳含量在700℃最高（18.37%）;随着升温速率提高,灰分、固定碳含量提高,炭得率及挥发分含量降低;随着保温时间的延长,炭得率逐渐降低,对灰分、挥发分、固定碳影响不显著;原料及炭热值较低;重金属Cd和Pb含量低于“有机-无机复混肥料”标准限值（GB 18877—2009）;Hg和Cr含量较低,符合肥料用有害重金属元素限值标准,而有益于植物生长的元素Mn和Zn含量较高,本研究为减量化处理复杂沼渣提供了理论依据。     

An investigation of drum granulation of post-pyrolysis washed biochar

Biochar, unwashed and washed with a solution of Triton and hydrogen peroxide, was wet drum granulated using molasses binder solutions. Unwashed biochar was very hydrophobic and granulation proceeded through forming liquid marbles and layering. Washing reduced the hydrophobicity of the biochar. The effectiveness of the wash depended on the biochar source; it significantly reduced the hydrophobicity of biochar from woodchips and moderately reduced the hydrophobicity of biochar from flower digestate. Therefore, washed biochar from woodchips was granulated using a hydrophilic mechanism, while washed biochar from digestate was granulated according to a combination mechanism of liquid marbles collapsing and then coalescing. The change in granulation mechanism produced stronger and denser granules with higher yields of granules in the 1–4 mm optimal size range. Washing and then granulating biochar created a product that could be further tailored for optimal soil amendment.     

Impact of post-pyrolysis wash on biochar properties

Washing biochar modifies its properties for use as a soil amendment. The important biochar properties for use as a soil amendment are hydrophilicity, adsorption, and stability. Biochar was obtained with intermediate pyrolysis at 400°C of three different feedstocks: woodchips, Bayview Flowers Digestate, and Storm Fisher Digestate biomass. A simple wash with an aqueous surfactant solution improved the properties of the biochar for soil amendment, with a non-ionic surfactant combined with oxidizing hydrogen peroxide being the most effective. The improved properties included the removal of tars and possible modification of surface properties that increased hydrophilicity and adsorption and decreased leaching of any hydrocarbons that could negatively impact the surroundings. As a result, the washed biochar will exhibit better water retention and a more hospitable environment for the growth of beneficial microorganisms. In addition, by making the biochar more hydrophilic, a wash will make its granulation easier, reducing dust emissions during its application and allowing its formulation with enhancement additives. Although many post-pyrolysis treatments of biochars have been investigated, the proposed wash is simple and effective, with beneficial advantages for downstream processing and application as a soil amendment.     

磁性生物质炭的制备及在污染水体中的应用

介绍了磁性生物质炭的制备方法及所需的原料,尤其是在污染水体中的应用。阐述了磁性生物质炭的制备方法,包括浸渍-热解法、液相还原法、共沉淀法和物理混合法,并指出各种制备方法的优缺点。重点分析了磁性生物质炭吸附污染物的影响因素及机理,发现磁性生物质炭的热解温度及投加量、溶液的pH、反应时间、污染物的初始浓度、吸附温度和溶液中其他竞争离子等对污染物吸附效果都有一定的影响,而且其吸附机理比较复杂,关键的吸附机理包括物理吸附、离子交换、静电吸附、共沉淀、表面络合等。详细总结磁性生物质炭在污染水体中的应用,磁性生物质炭已广泛用于去除水体中的各种污染物,包括重金属、无机阴离子、抗生素、农药、有机染料及核污染物。此外,还对磁性生物质炭的再生和回收进行了评价。     

生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能

以重金属、药物及个人护理品污染物（PPCPs）和氮磷氟等为代表的水体主要污染物脱除已成为水污染治理研究的重点。吸附法由于其具有操作简易、成本效益高等优势，在水污染治理方面应用广泛。相比于传统吸附材料，生物炭具有原材料丰富、比表面积大、成本低廉等优势，但其表面官能团的丰富度有限，经适当改性能够增加生物炭的吸附活性位，从而提高其吸附性能。本文根据改性剂类型、合成方法及合成的先后顺序，系统阐释了生物炭的改性方法及其复合体的理化特性；结合最新研究报道，在合成方法、吸附性能和机理方面归纳汇总了生物炭基复合材料在水体重金属、PPCPs和其他污染物中的吸附应用，并对生物炭基吸附剂再生与资源化利用的新理念及应用进行了概述，最后展望了生物炭基吸附剂有待深入研究的方面，并提出建设性的意见。     

生物炭吸附重金属离子的研究进展

生物炭在过去的十几年里受到了广泛关注,由于其低成本、环境友好、可再生等优点,在环境管理方面具有良好的应用前景。本文介绍了生物炭的概念、应用和性质,重点综述了生物炭吸附重金属离子的研究进展,并探讨了目前面临的挑战和应用前景。生物炭是在缺氧或无氧条件下热化学转化生物质得到多孔富碳材料,主要用于土壤改良,可以提高作物产量、实现碳封存以及减少温室气体排放,并且在催化、能源和水处理等方面具有潜在的应用。生物炭制备方法包括热解、气化、水热炭化等,生物炭的性质受生物质原料、制备工艺和技术参数影响。重点介绍了生物炭吸附重金属离子的相关研究,包括生物炭吸附重金属离子的影响因素、吸附机理和改性生物炭的制备。通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和表征技术可以揭示表面络合、静电引力、表面沉淀和离子交换等吸附机理。生物炭吸附重金属离子的最新研究主要致力于通过改性提高生物炭的吸附性能,改性方法主要包括物理化学活化以及复合金属氧化物或化合物、功能有机物、纳米粒子等。生物炭吸附重金属离子面临一些问题和挑战,距离实际废水处理应用还有一定差距。     

Precision application techniques reduce ammonia emissions following food-based digestate applications to grassland

The anaerobic digestion of source-segregated food waste for the production of biogas has increased significantly in recent years. The digestate produced is a valuable source of plant nutrients such as nitrogen and phosphorus. However, minimising ammonia (NH₃) emissions following land application of digestate is important to maximise crop available N supply and reduce environmental impacts. The objectives of this study were (1) to compare NH₃ emissions from food-based digestate to those from cattle slurry applied to grassland under comparable conditions and (2) to evaluate the effect of precision application techniques (shallow injection and trailing shoe) on NH₃ emissions compared with the conventional surface broadcast method. The results showed that NH₃ emissions from broadcast-applied food-based digestate (mean 31% total N applied) were higher than from cattle slurry (mean 21% total N applied), reflecting its higher total N and NH₄–N contents, and high pH (mean pH 8.4). Both precision application methods reduced NH₃ emissions from food-based digestate by 40–50% in comparison with the surface broadcast treatments, with shallow injection more effective than trailing shoe (P < 0.05). Precision application techniques could be an effective method for reducing NH₃ emissions when applying food-based digestate to grassland, providing soil conditions are suitable. Practitioners should be encouraged to use precision application techniques when spreading high N digestates. Given that increasing quantities of food-based digestate are predicted to be produced in the future, failure to mitigate emissions effectively could adversely impact our ability to meet national NH₃ reduction targets.