微波辐照活性炭改性机理研究

利用微波辐照作为改性手段,在450℃、N2气氛下对椰壳基颗粒活性炭进行了改性研究,测定了活性炭改性前后对甲苯的吸附性能.结果表明:微波改性后,单位质量活性炭(1 g)对甲苯的吸附能力由182 mg提高到193 mg;试验中,吸附床层的穿透时间由2.5 h提高至35 h.改性活性炭的表面碱性官能团含量、比表面积、孔容积、...     

酸碱改性活性炭及其对甲苯吸附的影响

分别用酸溶液(H_2SO_4、HNO_3、H_3PO_4)和碱溶液(NaOH或NH_3·H_2O)浸渍方法对活性炭进行改性,并对酸改性活性炭进行碱溶液二次改性处理,通过表征改性前后活性炭BET比表面积、孔结构、表面官能团等理化特征和测定其对甲苯蒸气的饱和吸附量,研究了影响活性炭吸附甲苯蒸气的关键因素.结果表明,酸改性使BET比表面积、微孔面积、微孔容积减少、表面酸性官能团增加,而碱改性呈现相反的理化特征变化.活性炭理化特征的变化可能与改性溶液的酸碱性、氧化还原性有关,并且这种相反的变化直接关系到活性炭对甲苯蒸气的吸附.3种酸改性的活性炭对甲苯蒸气饱和吸附量相对于原活性炭减少9.6%~20.0%,而两种碱改性的活性炭则增加29.2%~39.2%.相关性分析显示甲苯吸附量与BET比表面积、微孔面积、微孔容积正相关,而与表面酸性官能团负相关;多元回归分析进一步表明微孔容积和酸性官能团数量是影响活性炭甲苯吸附的关键因素.二次改性活性炭甲苯吸附量与表面含氧酸性官能团拟合结果则表明,—COOH、C＝O和—OH都对活性炭甲苯吸附能力有影响,其中—COOH影响较大.研究结果表明有效提高活性炭对甲苯吸附能力,改性宜以提高活性炭微孔容积和减小活性炭表面酸性官能团数量,特别是—COOH数量为目标导向.     

碱铜联合改性珠状活性炭及其对甲苯的吸附机理

为了提高活性炭吸附材料对非极性污染物的吸附性能,采用碱[（NaOH溶液）联合铜（Cu（CH₃COO）₂溶液]对珠状活性炭（beaded active carbon,BAC）进行改性,利用BET、SEM、Boehm滴定和FT-IR对改性前后的活性炭进行表征,并采用动态吸附法和Yoon-Nelson吸附理论模型研究了不同改性方法对活性炭吸附甲苯穿透曲线、饱和吸附量的影响及吸附机理.结果表明:改性后BAC表面不规则的孔隙增多,比表面积和微孔容积减少,平均孔径变化不显著,表面Cu含量明显升高;不同浓度碱铜联合改性后BAC对甲苯的吸附性能均提高,当NaOH溶液浓度为8 mol/L、Cu（CH₃COO）₂溶液质量分数为0.5%时,联合改性效果最好,此时改性后BAC对甲苯的饱和吸附量较改性前增加了50.9%,吸附穿透时间延长了342.9%,吸附平衡时间延长了77.4%.研究显示:较高浓度的碱联合较低浓度的铜溶液对活性炭改性,能显著提高吸附甲苯性能;改性后BAC对甲苯的吸附性能受自身孔隙结构和表面官能团的共同影响,且表面酸性官能团影响显著,表面金属铜与甲苯的结合作用是主要的吸附过程.      

微波辐照技术在活性炭脱硫中的应用

采用微波辐照技术对煤质活性炭进行加热,研究了不同的微波功率、辐照时间和样品粒径等因素对活性炭脱硫性能的影响,找出了合适的处理条件.同时,将改性活性炭和原炭对SO2的吸附和催化性能做了比较,说明了微波辐照活性炭具有比原炭更好的吸附和催化性能.采用氮气吸附仪、pH精密酸度计、XPS、元素分析等测试了改性活性炭和原炭的物理化学性能:活性炭的表面积和孔结构没有显著改变;活性炭的脱硫性能与活性炭的pH值有着一定的关系;具有较低氧含量和较高的氮含量的活性炭具有较好的脱硫活性;CH2　和　CO(烯酮基)官能团含量相对增加有利于SO2的吸附.     

PDMS基涂层活性炭对甲苯、苯和丙酮吸附研究

活性炭疏水性改性是提高其对含水VOCs选择性吸附的重要手段,然而这种改性方法对活性炭吸附不同VOCs的效果研究较少.采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)对活性炭进行改性处理,并利用BET、Boehm滴定等方法对活性炭进行表征.采用动态吸附法,利用Yoon-Neslon吸附理论模型研究了不同相对湿度条件下,PDMS改性活性炭对VOCs(甲苯、苯、丙酮)吸附穿透曲线、饱和吸附量的影响及关键影响因素.结果表明:PDMS改性活性炭BET比表面积、微孔容积和表面酸碱官能团含量均有减少;经PDMS改性后,活性炭表面疏水性增大.动态吸附实验结果表明:PDMS改性前后活性炭吸附甲苯、苯、丙酮穿透曲线均符合Y-N模型;随着相对湿度增大,未经改性的活性炭(Bare-AC)对甲苯、苯和丙酮吸附速率降低、平衡吸附量减少,PDMS改性活性炭对甲苯、苯分子吸附速率和选择吸附能力提高,其中PDMS改性的活性炭(PDMS/AC-250)对甲苯、苯吸附量为相同条件下Bare-AC的1.86(甲苯)、1.92(苯)倍,但对丙酮分子提高不明显;结合表征结果分析,PDMS改性活性炭对VOCs分子吸附主要依靠化学吸附,同时与VOCs分子极性有关.     

酸碱改性活性炭对甲苯的吸附性能研究

活性炭分别经过不同的酸碱处理,采用红外光谱、Boehm滴定和比表面积分析仪对其进行了表征,并测定了改性活性炭对甲苯的吸附性能。结果表明:HNO_3改性会使活性炭表面的酸性基团含量增加,碱性基团含量减少,NaOH和NaHCO_3改性结果则正好相反。吸附实验表明,碱性基团含量增加有利于提高活性炭对甲苯的吸附能力,而酸性基团含量增加则降低了这一能力。     

活性炭纤维的改性及对Cu~(2+)吸附性能影响的研究

采用硝酸、磷酸、磷酸二氢铵和硝酸铜水溶液对聚丙烯腈基活性炭纤维(PAN-ACF)进行浸渍改性,制备了4种改性活性炭纤维(ACF1-ACF4)。测定了改性活性炭纤维表面含氧酸性官能团、零电荷点、比表面积和孔容,评价了改性纤维对铜离子的吸附性能。结果表明改性后活性炭纤维表面含氧酸性官能团明显增加,其零电荷点相应降低,比表面积和微孔孔容增大。改性活性炭纤维对Cu2+的吸附容量显著提高,其中ACF2吸附性能最佳,其吸附容量从改性前的4.80 mg/g增加到17.32 mg/g,提高了3.6倍。     

壳聚糖改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能

用壳聚糖改性污泥活性炭,测试分析了改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能.同时,用N2吸脱附法、电子扫描电镜、傅立叶变换红外光谱及X衍射等技术对改性污泥活性炭进行了表征,研究了改性条件对污泥活性炭脱硫脱硝性能的影响,探讨壳聚糖改性提高污泥活性炭脱硫脱硝性能的机理.结果表明,壳聚糖颗粒物能够较为均匀地分布于污泥活性炭的表面,壳聚糖与污泥活性炭结合良好,孔径也明显减小.壳聚糖与污泥活性炭是通过化学键结合的.改性时间与改性温度均可改变污泥活性炭的BET比表面积和孔容,但改性温度对BET比表面积和孔容的影响更为显著.具有最优孔结构的样品A3的BET比表面积、总孔容及中孔容分别为168.76m·2g-1、0.084cm·3g-1及0.041cm·3g-1.与污泥活性炭相比,改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能优于污泥活性炭,这是由于壳聚糖中含氮与含氧官能团,丰富了污泥活性炭表面脱硫脱硝活性基团的种类与数量,利于SO2与NO的吸附氧化;通过适当控制改性条件,也可显著地增加BET比表面积和中孔容,以提高SO2与NO气体的物理吸附,从而提高其脱硫脱硝性能.     

微波制备秸秆活性炭及其对甲苯吸附性能的研究

以小麦秸秆为原材料,ZnCl2为活化剂,微波加热辐照制备小麦秸秆活性炭。通过改变浸渍比、微波功率、活化时间等因素制得秸秆活性炭比表面积最大为1 230 m2/g。并将制备的秸秆活性炭和选取的商品活性炭用于甲苯的动态吸附试验,研究秸秆活性炭吸附甲苯的性能。结果表明,单位面积秸秆活性炭和商品活性炭吸附甲苯量分别为0.267、0.276 mg/m2,说明秸秆活性炭和商品活性炭吸附性能相当。同时对吸附结果进行Langmuir方程拟合,相关系数R2为0.997。     

活性炭性质对其吸附水中硝基苯性能的影响

通过对活性炭进行HNO3氧化及热处理改性,研究了活性炭性质对其吸附硝基苯性能的影响.以低温液氮(N2/77 K)吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布;以Boehm滴定、零电荷点pHPZC的测定及元素分析定量表征活性发表面含氧官能团变化.结果表明:经改性后,活性炭比表面积及总孔容略有减小,表面性质发生较大变化.改性活性炭对硝基苯的吸附容量明显改变,吸附容量大小依次为:AC1′＞AC0′＞AC0＞AC1.经硝酸氧化后,比表面积下降、存在过多表面含氧官能团是导致AC1吸附硝基苯能力降低的主要原因;而AC1'表面适量酚羟基所提供的氢键吸附是其对硝基苯吸附量增加的主要原因.     

黄土高原沟壑区小流域土壤有机碳与环境因素的关系

研究不同环境要素共同作用下的土壤有机碳分布特征及其与环境因素的关系对于全面准确评估黄土高原地区土壤有机碳状况和土壤碳循环具有重要意义.结合野外调查和室内分析,研究了黄土高原沟壑区典型小流域土壤不同组分有机碳分布特征及其与地形条件、土地利用方式和土壤类型之间的关系.结果表明,黄土沟壑区小流域土壤总有机碳变异较小(变异系数为34%),高活性有机碳变异较大(变异系数为43%),有机碳的变异性随其活性的增强而增大.各组分有机碳之间极显著正相关,而且在不同环境条件下的含量顺序一致.各组分有机碳在不同地形条件下以塬面土壤最高,沟道土壤最低:在不同土地利用方式下以林地和农田土壤较高,草地土壤较低;在不同土壤类型中则以黑垆土最高,红土最低.不同环境条件下各组分有机碳之间的关系分析表明,环境条件不但直接影响有机碳的分布,还通过影响有机碳不同组分之间的关系来改变其分布特征.研究区总有机碳与活性有机碳之问的关系受环境条件影响最大,中活性与高活性有机碳之间的关系受环境条件影响最小.     

黄土高原沟壑区小流域不同地形下土壤性质分布特征

地形条件是影响黄土高原地区土壤性质分布的主要因素,研究不同地形条件下土壤性质的分布是合理评价黄土区土壤质量状况的重要前提。论文研究了黄土高原沟壑区小流域地形条件对土壤性质剖面分布的影响,结果表明土壤硝态氮、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶为高度变异的土壤性质;pH值和过氧化氢酶为小变异土壤性质。塬面和沟道土壤pH值和过氧化氢酶活性较低,阳离子交换量较高。土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性在土壤剖面随土层深度的增加逐渐降低,且均表现为塬面>梯田>坡地>沟道的趋势。不同地形条件下土壤pH值的变化由地形条件引起的土壤过程及硝态氮在土壤中的累积引起;阳离子交换量的变化由成土过程、pH值和有机质的差异引起;土壤有机质及氮、磷养分的差异由与地形条件对应的土地利用方式引起;土壤酶活性的差异则是有机质的差异引起的。     

黄土沟壑区小流域不同地形下土壤微量元素分布特征

研究了黄土沟壑区小流域塬面、坡地、梯田和沟道土壤微量元素的剖面分布特征,以揭示不同地形条件下微量元素的有效性及地球化学特性.结果表明,不同土层土壤全量微量元素的变异系数均小于15%,为小变异土壤性质,有效态和吸附态铁和锰的变异系数均高于36%,为高度变异土壤性质;有效态和吸附态锌和铜属于中到高度变异.全量铁、锰和铜以沟道土壤较高,全锌、有效态和吸附态微量元素含量以塬面土壤较高.不同形态微量元素的剖面分布趋势取决于地形条件.不同地形下成土过程及不同地形条件所对应的土地利用方式造成了全量微量元素的差异,而土壤有机质含量的差异是不同地形条件下有效态和吸附态微量元素剖面分布特征不同的主要原因.     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁顶、峁坡、沟底)和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林)为研究对象,采集表层(0~20 cm)314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P0.000 1)影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著(P=0.051 1)。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底峁坡峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底(8.0 g/kg)、峁坡(7.1 g/kg)分别是峁顶(4.2 g/kg)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木天然灌木人工乔木天然草地人工灌木人工草地农田果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田(6.9 g/kg)、果园(8.8 g/kg)、天然草地(9.3 g/kg)分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地(灌木林和乔木林)却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量(24.6 g/kg)是沟底(16.4 g/kg)的1.5倍。     

复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义.本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁峁坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献.在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布. SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁峁坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0～20 cm)大于下层(20～100 cm)的趋势.此外,FRD对SOCD的影响显著(P 0. 05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P 0. 05).在农田措施下,沟谷(0. 87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0. 43)和梁峁坡(0. 43)的2. 0倍;在草地措施下,沟坡(0. 57)的根系-碳转化效率分别是沟谷(0. 45)和梁峁坡(0. 27)的1. 3倍和2. 1倍;在林地措施下,梁峁坡(0. 56)的根系-碳转化效率是沟坡(0. 44)的1. 3倍.因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁峁坡适合进行退耕还林.     

黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素

了解表层土壤有机质与全量养分的空间变异规律及其影响因素,能够为黄土高原生态脆弱带的土壤养分管理提供参考。基于王东沟的93个野外采样点,综合多种地统计学方法,分析了土壤养分的空间变异特征及其影响因素。结果表明:研究区表层土壤养分含量处于中等水平,空间变异大小依次为全磷>全氮>有机质>全钾,均由结构性因素主导;有机质、全氮较全磷、全钾变异尺度小、空间自相关性弱、空间复杂程度高。有机质、全氮的分布格局为南高北低,主要影响因素包括海拔、坡度、曲率和土地利用;全磷呈现相反的北高南低分布,海拔、坡度、土地利用、土壤机械组成和人类活动对其影响较大;全钾则为内部高四周低,分布较破碎,坡向和土壤机械组成作用较强。据此建立了9个环境因子与土壤养分之间的回归预测模型,以期为研究区土壤资源的可持续利用提供数据支持。     

黄土高原典型土壤剖面有机碳物理组分分布特征

为阐明黄土高原典型区域土壤轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)含量随土壤类型、土层和土地利用方式的变化规律,分析了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤剖面(0~200 cm)LFOC和HFOC含量及分布特征。结果表明,从南到北,土壤LFOC和HFOC含量均显著下降 (P<0.05),整体来看,黄土高原典型区域土壤LFOC含量占有机碳比例偏低;LFOC含量及在土壤有机碳中的分配比例随土层加深而递减,其比例变化范围为1%~26%;土地利用方式对浅层土壤LFOC和HFOC含量影响较为显著,草地土壤0~60 cm土层LFOC和HFOC含量均高于同层次农田土壤(P<0.05),60 cm土层以下差异不显著;土壤LFOC和HFOC含量与微生物量碳、微生物量氮含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),前者的相关性系数更高,分别为0.841和0.507,表明土壤LFOC与微生物关系非常密切,是土壤微生物重要的碳和能量来源,极易受土地利用方式和微生物活性影响,同时表明用LFOC的变化更能快速有效地说明土壤碳库的变化规律。     

黄土丘陵区小流域土壤碳氮比的变化及其影响因素

研究土壤C:N的变化有助于深入理解土壤有机碳氮的积累过程及其土壤质量的变化趋势。以黄土高原丘陵沟壑区砖窑沟小流域为单元,基于地貌类型和土地利用方式两大因素,采集737个土壤样品,研究流域内土壤C:N的变化差异及其影响因素。梁峁坡上,林地和草地0~20 cm土层的土壤C:N分别是农田土壤C:N的1.13和1.03倍;沟坡上,林地、草地和农田土壤的C:N分别为13.88、12.58、9.02。农田条件下,梁峁坡、沟坡和沟谷的土壤C:N分别为10.34、9.02和10.77;林地条件下,沟坡和梁峁坡的土壤C:N分别为13.88、11.67;草地条件下,沟坡土壤C:N是梁峁坡土壤C:N的1.19倍。同一地貌类型或土地利用方式条件下,土壤C:N均呈现表层大于深层的趋势,0~20 cm和20~40 cm土层的土壤C:N分别是40~100 cm土层土壤C:N的1.05~1.17和1.16~1.42倍。     

黄土塬区小流域深层土壤有机碳变化的影响因素

以黄土高原沟壑区王东沟小流域为对象,研究了地形(塬面、塬坡和沟道)、土地利用(自然草地、人工草地、人工林地、农地和果园)对0～200cm土层内土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)垂直分布特征的影响,以揭示黄土高原小流域深层SOC储量及其影响因素.结果表明,SOC含量除表层(0～20cm)沟道(10.0g·kg-1)大于塬面(7.8g·kg-1)和塬坡(8.2g·kg-1)外,塬面底层SOC均显著高于塬坡和沟道;塬坡和沟道SOC含量随深度增加而降低,而塬面上呈现SOC随深度增加降低-升高-降低的变化趋势.塬面上,SOC含量呈现人工草地(5.4g·kg-1)农田(5.2g·kg-1)和果园(5.1g·kg-1)的趋势,影响深度为表层40cm;塬坡上,呈现自然草地(4.3g·kg-1)人工林地(3.8g·kg-1)人工草地(3.3g·kg-1)和果园(3.3g·kg-1)的趋势,影响深度达到100cm;而沟道内,林草地利用方式对整个垂直剖面分布的差异无显著影响.20～100cm土层SOC储量占0～100cm储量的67.6%;100～200cm土层SOC储量占0～200cm储量的37.3%,相当于0～100cm的63.8%.研究结果表明地形、土地利用显著(p0.05)影响SOC垂直分布特征;黄土高原沟壑区深层SOC储量巨大,不容忽视.     

土地利用方式对土壤有机质及其碳库管理指数的影响

采用野外调查和室内分析的方式对子午岭不同土地利用方式下,土壤有机质、3种活性有机质及其碳库管理指数(CMI)进行了研究,结果表明,土壤有机质、3种活性土壤有机质含量均随土层的加深逐渐降低,在土壤剖面基本表现为林地、撂荒未翻耕地>撂荒翻耕地>农用地.同一土层,3种土壤活性有机质含量及其有效率表现为低活性有机质>中活性有机质>高活性有机质.不同利用方式下,活性有机质有效率随有机质活性增强,呈现撂荒未翻耕地>林地>撂荒翻耕地>农用地的趋势.不同利用方式之间的CMI的差异随有机质活性的增强而增大,且影响深度也逐渐加深.在0~30cm土层内,林地3种活性有机质的CMI高于撂荒翻耕地和农用地;而在30cm之下土层,3种利用方式低活性有机质的CMI相差不大,但中活性有机质和高活性有机质的CMI表现为林地>撂荒翻耕地>农用地.3种活性土壤有机质与其他生物化学性质之间均表现为显著或极显著相关关系,表明活性有机质可以指示土地利用方式对土壤有机质和CMI的影响.