热解底泥对两种氟喹诺酮类抗生素和双酚A的吸附

将滇池断桥底泥在不同炭化温度(200℃—500℃)下制成热解底泥,用元素分析仪表征其元素组成.以诺氟沙星(NOR)、氧氟沙星(OFL)和双酚A(BPA)为代表化合物,研究人工合成有机污染物在热解底泥上的吸附行为,从而深入了解热解底泥的吸附特性以及其施用对有机污染物的环境行为和风险的影响.结果表明,热解底泥随炭化温度的增加,芳香性升高,极性降低,阳离子交换量降低,对NOR、OFL和BPA的吸附非线性增强.热解底泥的吸附性能比原始底泥更强,随炭化温度的升高,对NOR的吸附依次减弱,对OFL的吸附变化不大,对BPA的吸附依次增强,这与热解底泥极性和阳离子交换量,以及吸附质的极性相关.在原始底泥和热解底泥上,NOR和OFL的吸附均明显强于BPA,这主要因为NOR和OFL与底泥中无机矿物组分可通过阳离子交换作用和阳离子桥接作用使其吸附强于BPA,并且NOR和OFL相比于BPA官能团多且复杂.     

液化黑藻基炭微球水热制备及吸附诺氟沙星的过程与机制

以沉水植物轮叶黑藻为原材料,采用生物质液化和水热合成技术制备黑藻基炭微球(PCSs),并以磷酸为活化剂对所制备的炭微球进行活化以提升其吸附性能.对PCSs的结构和化学性质进行了表征和分析,同时采用扫描电镜对所制备PCSs的表面形貌进行了观察.并系统研究了PCSs用量、溶液温度及pH值对诺氟沙星(NOR)吸附效果的影响.结果表明,PCSs的BET比表面积、平均孔径、总孔容和等电点分别为67.92 m~2·g~(-1)、6.52 nm、0.11 cm~3·g~(-1)和3.0.PCSs用量、溶液温度及pH值对PCSs吸附去除NOR具有显著的影响,在PCSs用量0.6 g·L~(-1)、溶液温度30℃和pH=6时,10 mg·L~(-1)NOR的吸附去除率可达99.3%.动力学实验表明NOR在PCSs上的吸附行为符合准二级动力学模型,等温吸附曲线符合Langmuir方程,PCSs对NOR的最大单分子层吸附量为36.95 mg·g~(-1).热力学参数表明PCSs对NOR的吸附是一个熵增加的自发吸热反应.     

生物炭基针铁矿复合材料对水中莠去津吸附特性研究

以牛粪和水稻秸秆为原料,分别在300℃和500℃条件下制备生物炭,同时通过共沉淀方法制备生物炭基针铁矿复合材料,研究生物炭及生物炭基复合材料对水中莠去津吸附特征。SEM和XRD分析结果表明,复合材料表面粗糙程度增加,2θ在21.2°、33.4°、36.6°、47.6°处出现针铁矿的特征衍射峰,生物炭基针铁矿复合材料制备成功。通过对吸附动力学和等温吸附平衡分析发现,生物炭对莠去津的吸附行为更符合准二级动力学方程,等温吸附过程符合Freundlich模型(r~2为0.925—0.996)。在25℃条件下,莠去津在300℃和500℃条件下制备的针铁矿负载牛粪生物炭上的吸附量分别是原生物炭上吸附量的1.59倍和2.99倍,在针铁矿负载水稻秸秆生物炭上的吸附量分别是原生物炭上吸附量的2.02倍和1.73倍。比表面积和孔结构数据显示,生物炭基复合材料的比表面积是原生物炭材料的4.41—20.8倍,制备生物炭材料的孔结构以中孔为主。莠去津在生物炭上的吸附大体表现为吸热的自发过程。对不同材料制备的生物炭及与生物炭基复合材料吸附性能进行对比,结果表明水稻秸秆制备的生物炭对莠去津的吸附性能优于牛粪制备的生物炭,生物炭基针铁矿复合材料对莠去津的吸附效果优于原生物炭。随制备温度的升高,相同材料生物炭对莠去津吸附性能略有增加。研究结果可为生物炭及生物炭基针铁矿复合材料去除水中莠去津的应用提供理论依据。     

氧氟沙星在不同性质碳基吸附剂上的吸附动力学特征

本研究探讨用香蕉皮和玉米芯两类生物质制备的生物炭、多壁纳米碳管(CNTs)和活性炭(AC)对氧氟沙星(OFL)的吸附动力学过程.结果表明,吸附动力学过程符合双室一级动力学模型.OFL在两类生物炭上的吸附能力随炭化温度的升高而减弱,归因于生物质炭化程度的增大,芳香性增加,生物炭有机分配相减少.生物炭的O含量极大地影响了其与水分子之间形成水膜的能力,OFL穿透水膜在生物炭表面上的吸附过程成为控制OFL吸附快慢的关键环节.OFL在CNTs和AC的快室吸附比在生物炭上的先趋于平衡,这可能与CNTs和AC较为单一的表面性质有关.CNTs的慢室吸附比AC的慢室吸附需要更长时间达到平衡,主要原因是随着OFL分子在CNTs表面持续吸附,原先由于疏水性作用聚合在一起的CNTs逐渐分散开,暴露出更多的表面积,导致OFL持续的吸附,在动力学上表现为慢室吸附.此外,单位比表面积上CNTs对OFL的吸附量最高,表明如果能够使CNTs充分分散,大量暴露的表面可能使CNTs成为去除有机污染的高效吸附剂.     

不同温度生物炭酸化前后的表面特性及镉溶液吸附能力比较

以稻秆为原料,在不同温度(300,400,500,600,700℃)条件下采用限氧控温炭化制备生物炭,用HCl和HF对其进行酸化处理,利用傅立叶变换红外光谱仪、比表面积和孔径测定仪现代分析手段对生物炭酸化前后的表面官能团、比表面积、孔径等特性进行比较,分析制备温度和生物炭表面特性之间的关系,探究制备所需生物炭的最佳温度条件。通过生物炭酸化处理和镉吸附实验结果,研究酸可溶矿物在生物炭吸附镉的贡献及制备温度对生物炭吸附镉能力的影响,为生物炭吸附水体中重金属镉提供科学依据。傅里叶红外分析表明,不同温度生物炭表面官能团存在一定的差异,主要表现为随制备温度升高,烷烃基缺失,甲基-CH3和亚甲基-CH2逐渐消失,形成了芳香环且芳香化程度增加。生物炭酸化后无机矿物Si O2吸收峰逐渐消失,官能团种类并没有发生变化,不同官能团随制备温度变化规律仍与酸化前生物炭一致。表面积及孔径分析结果表明,生物炭孔结构主要为中孔,随着热解温度的升高,比表面积和总孔容有所增大,在600℃达到最大;平均孔径随着制备温度升高而变小。生物炭酸化处理可以显著增大生物炭比表面积,总孔容也有所增加。生物炭酸化后充分去除了矿物质,孔隙结构未发生变化,孔结构仍为中孔,微孔表面积减小。镉吸附实验表明生物炭对镉具有较强的吸附能力,不同温度条件下镉吸附率均高于75%,且随温度升高而上升。生物炭经酸化处理后,镉吸附能力显著下降,这说明生物炭中的酸可溶矿物质在镉溶液的吸附过程中有重要作用。     

生物炭对水溶液中肉桂酸的吸附机制研究

研究了不同温度(300—900℃)制备的杉木生物炭对水相中肉桂酸的吸附.所有温度下,生物炭对肉桂酸的吸附等温线都呈非线性关系,并以表面吸附为主.高比表面积是800—900℃生物炭吸附量较大的主要因素.为探明生物炭的化学组成对肉桂酸吸附的影响,将吸附量进行了比表面积标化分析,结果表明,300℃生物炭的高含量异质性原子和800—900℃生物炭表面高含量灰分占用了生物炭的吸附点位,导致它们对肉桂酸的标化吸附量明显小于400—700℃生物炭.此外,低pH抑制了600℃生物炭-水溶液中肉桂酸的解离,减少了生物炭表面—OH与解离肉桂酸之间以氢键结合的吸附量,导致400—700℃生物炭中600℃生物炭的标化吸附量最低.研究明确了生物炭的不同性质对肉桂酸吸附的影响及机制,为选择合适的生物炭作为土壤添加剂来降低肉桂酸化感作用提供了科学依据.     

镁改性芦苇生物炭对水环境中磷酸盐的吸附特性

为了实现湿地水生植物资源化利用,加强对水环境中磷污染的控制,以中国东北地区湿地典型水生植物芦苇(Phragmitesaustralis)为生物质材料,在700℃条件下制备成生物炭,用六水合氯化镁作为改性剂对生物炭进行改性,通过SEM和能谱分析对芦苇生物炭改性前后进行表征,发现未改性的芦苇生物炭的电镜呈明显的孔隙结构,孔壁薄,孔隙排列有序,Mg元素含量仅为0.17%;而镁改性芦苇生物炭的孔隙负载了一些针状结构,且Mg元素的含量达到5.04%。说明镁离子成功负载在生物炭的表面。通过SEM、EDS、FTIR、XRD等技术对镁改性芦苇生物炭吸附磷酸盐前后进行表征,发现磷酸盐主要以Mg HPO_4和Mg_3(PO_4)_2的形态吸附在镁改性生物炭上。吸附动力学实验结果表明,镁改性生物炭对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附机理是由物理吸附和化学吸附共同作用的。通过颗粒内扩散模型的分析发现吸附速率由表面吸附、液膜扩散和颗粒内扩散等共同决定。镁改性生物炭对磷酸盐的吸附热力学可以用Langmuir方程描述(R~2=0.938 6),表明该吸附行为主要是单分子层吸附。共存离子实验表明,HCO_3~-和CO_3~(2-)能明显抑制镁改性生物炭对磷酸盐的吸附。经过3次解吸,镁改性生物炭吸附后的磷可全部释放。当温度为308 K,改性剂浓度为2 mol·L~(-1),改性生物炭投加量为2.0 g·L~(-1),p H为7.0时,吸附效果最佳,吸附量可达到2.37 mg·g~(-1)。     

磷酸改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO3)复合材料对双酚A的吸附

本研究选取油菜秸秆为原料,在600℃下热解得到生物炭和磷酸改性生物炭,并用共沉淀法制备3种改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料.采用批量吸附法研究不同pH、吸附时间和不同生物炭/LDHs配比条件下复合材料对双酚A的吸附特性,借助XRD、FTIR和BET等测试手段探究了复合材料吸附双酚A的机制.结果表明,改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料吸附双酚A的吸附平衡时间为4 h,符合准二级动力学方程(R~20.99);复合材料对双酚A的吸附效果稍逊于改性生物炭,改性生物炭在复合材料中所占比重越大,吸附效果越好.当pH值在5.0—9.0范围内变化时,改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料对双酚A的吸附量呈下降趋势,且在pH=9.0时达到最小值.等温吸附模型数据表明,复合材料用Freundlich等温吸附模型效果更好.通过XRD、BET、FTIR测试研究发现,由于LDHs占据了生物炭表面的活性位点,致使生物炭与双酚A之间的相互作用减弱,降低了复合物的吸附能力.本研究结果初步阐释了改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料吸附双酚A的机理,为生物炭-LDHs复合材料处理水体中有机污染物的应用提供了借鉴和参考.     

膨化活性生物炭高效吸附双酚A的机理研究

物理和化学改性方法会引起生物炭理化性质和微观结构的改变，从而影响其对污染物的吸附.通过对玉米粒进行微波膨化制备出膨化生物炭，再用氢氧化钠和磷酸分别对膨化生物炭进行改性制备膨化活性生物炭.利用SEM、BET、FT-IR和XRD等手段对生物炭材料进行表征.通过吸附试验探究了膨化和活化过程对生物炭吸附双酚A(BPA)的影响.结果发现，膨化后炭材料比表面积增大，吸附量增加.膨化结合酸活化的生物炭比表面积最大(856.34 m2·g^-1)，对双酚A的吸附量也最大(220.73 mg·g^-1)，吸附量较未经膨化和活化的生物炭提升了7倍.膨化结合碱活化的生物炭孔结构更加发达，平均孔径为6种材料中最大(2.25 nm). Langmuir模型能够较好地拟合6种生物炭对BPA的吸附等温线，说明吸附过程以单层吸附为主.吸附位点能量分析表明，BPA在低浓度时优先占据碳材料表面的高能位点，高浓度时转为占据较低能量的位点.内扩散模型分析说明膨化和活化均能提高扩散过程速率.     

水稻秸秆生物炭对异丙甲草胺的吸附和缓释作用

以控制除草剂污染为目标,对水稻秸秆进行低温(200和350℃)限氧热解制备生物炭,考察其对异丙甲草胺的吸附和缓释作用。结果表明,热解温度为350℃时制备的生物炭(D350)比表面积为23.2 m2·g-1,对异丙甲草胺的吸附能力明显高于秸秆原料,与200℃时制备的生物炭(D200)接近。但是,D350生物炭对异丙甲草胺的表面吸附作用更强,且脱附滞后指数(5.35)明显高于D200生物炭(2.07),脱附滞后效应更明显。以生物炭为载体制备的颗粒制剂可延缓除草剂释放,水中释放动力学模型参数nr值接近Fickian扩散模型的0.50,且释放50%活性成分所需时间(t50)与脱附滞后指数呈正相关。     

裂解温度对稻秆与稻壳制备生物炭表面官能团的影响

以稻秆和稻壳为原料,在不同温度下(300、400、500、600、700℃)采用热裂解法制备生物炭,利用比表面积及孔径分析仪测定各生物炭比表面积,以傅里叶红外光谱图(FTIR)和Boehm滴定法分别定性和定量分析不同生物炭表面官能团的种类和数量,分析不同温度对不同原材料制备生物炭的表面官能团种类和数量的影响.结果表明,中、低温裂解条件(300、400、500℃)下,同温度稻壳生物炭(RC-H)比表面积显著高于稻秆生物炭(RC-S);高温裂解(600、700℃)条件下,同温度RC-S比表面积则更大.随裂解温度升高,两种原材料制备的生物炭比表面积均呈显著增大的趋势,其中稻秆在600℃下制备的RC-S比表面积最大,稻壳在700℃下制备的RC-H比表面积最大.FTIR分析结果显示,同一温度下两种材料制备的生物炭特征吸收峰基本相同,且表面基团种类大致相同,但RC-S较RC-H表面官能团更丰富,在热解过程中均形成了芳香环结构,且芳香化程度随裂解温度升高而增加.不同裂解温度下两种材料的生物炭表面官能团变化规律相似,主要表现为烷烃基随裂解温度升高而缺失,甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,而芳香族化合物增加,芳香化程度增强.Bohem滴定结果表明,各裂解温度下RC-S的表面官能团总量和碱性官能团数量均高于RC-H,而各裂解温度下RC-S的酸性官能团含量均小于RC-H.随裂解温度升高,两种材料制备生物炭的表面官能团变化规律相似,表现为表面官能团总量均减少,酸性官能团含量降低,碱性官能团含量增加.     

雷竹落叶生物炭对微囊藻毒素的吸附性能

为探索农业废弃物再生吸附材料对微囊藻毒素的吸附机制问题,采用典型农业废弃物雷竹落叶制备生物炭,研究适宜的制备工艺,探讨吸附条件和有机介质对微囊藻毒素-LR(MCLR)的吸附特性影响及其机制.结果表明,雷竹落叶竹叶生物炭的芳香性随着炭化温度和升温速率的升高而增加,极性指数则减小,同时比表面积也迅速增大,从0.25 m2·g-1到87.09 m2·g-1;竹叶生物炭对水体中MCLR具有较强的吸附能力,吸附量随炭化温度和升温速率的升高而增加,从72.27μg·g-1到624.47μg·g-1;吸附行为符合非线性Freundlich模型,且N指数和lnKF与芳香性和极性大小呈良好的线性关系;吸附效果受pH、反应温度和自然界溶解性有机质(DOMs)的影响,在pH值为3时有最大吸附量,当反应温度升高时吸附量减小,DOMs对MCLR的吸附有明显的竞争作用.适宜的制备工艺生成的雷竹落叶生物炭能有效地去除水体中MCLR.     

富磷污泥生物炭去除水中Pb(Ⅱ)的特性研究

以城市污水厂富磷剩余污泥为研究对象,考察高温热解制备生物炭吸附剂对水中Pb(Ⅱ)的去除效果.研究表明,随着热解温度升高,制备的生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力增强;在相同热解温度下,生污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力比消化污泥生物炭大.采用700℃热解1 h制备生污泥生物炭以研究对Pb(Ⅱ)吸附的影响因素,结果显示:吸附180 min达到吸附平衡;富磷污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的去除率随pH增加而升高;生物炭投加量增加,对Pb(Ⅱ)去除率上升,而单位吸附容量迅速减小.污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级反应动力学,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地拟合等温吸附线.在pH 5.0、吸附时间3 h、生物炭投加量20 g.L-1条件下,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为34.5 mg.g-1,表明富磷污泥生物炭可以作为一种廉价的吸附剂.     

镁改性水生植物生物炭吸附水中的微囊藻毒素-LR

利用水生植物苦草和狐尾藻制备镁改性生物炭,并对生物炭的比表面积、孔隙度、元素组成、pH_pzc、FTIR、XPS、XRD进行表征,开展吸附水中微囊藻毒素-LR(MC-LR)的研究.结果表明,与未改性生物炭相比,镁改性生物炭具有较大的比表面积和中孔孔容,其表面负载有MgO和Mg(OH)₂,且具有更多的含氧基团和更高的pH_pzc.以2.0 mol·L^-1的MgCl₂浸渍制备的镁改性生物炭对MC-LR的去除效果最佳.准一级、准二级动力学、Elovich和颗粒内扩散模型都能在不同程度上较好地描述吸附过程.吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型,且较高的温度有利于对MC-LR的吸附,而较高的pH和较大分子量的DOM会抑制吸附.颗粒内扩散、中孔填充是吸附的重要机制,还可能存在氢键、静电吸引和π⁺-π EDA相互作用力.本研究为水生植物残体资源化利用提供新的思路.     

氮改性对生物炭理化性质的影响及其对废水中铜离子的吸附特性

原状生物炭对废水中污染物的去除效果有限,改性是提高其吸附能力的重要途径.本文以水稻秸秆为对象,尿素为改性剂,在700℃无氧热解条件下分别制备了原状秸秆生物炭（RSBC）和氮改性秸秆生物炭（N-RSBC）,采用扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析仪（BET）、元素分析仪（EA）、Zeta电位、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）以及X射线光电子能谱（XPS）对RSBC和N-RSBC的形貌、比表面积、元素组成、矿物类型和官能团进行表征,考察溶液初始pH值、离子类型和离子强度对生物炭吸附Cu²⁺的影响,并结合吸附等温线和吸附动力学实验、吸附后表征结果探究生物炭对废水中Cu²⁺的吸附性能和机理.结果表明,氮改性导致了生物炭的比表面积和孔体积的降低,而生物炭的官能团类型却更加丰富,特别是含氮官能团.当溶液初始pH值从2.0增加到6.0,生物炭对于Cu²⁺的去除率逐渐增加.对RSBC而言,Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg2+的存在能略微增加其对Cu^...     

花生壳和松木屑制备的生物炭对Cu~(2+)的吸附研究

为了深入了解生物炭施用对重金属环境行为和风险的影响,研究了生物炭吸附Cu~(2+)的机理。以花生壳和松木屑为原料,采用限氧升温炭化法,在200~500℃热裂解制得8种生物炭,并通过元素分析仪、傅立叶变换红外光谱分析(FITR)和扫描电镜-能谱分析(SEM/EDS)对其进行了表征。同时,采用批试验方法研究了生物炭对Cu~(2+)吸附行为。研究结果表明,(1)热解温度越高,灰分含量越多,p H增大,生物炭芳构化程度越高,比表面积更大;(2)Cu~(2+)在生物炭上的吸附动力学划分为快吸附和慢吸附两个一级动力学阶段,其中快室是生物炭表面含氧官能团如羧基(-COOH)、酚羟基(-OH)等与重金属离子相互作用的吸附,慢速室是生物炭通过颗粒内扩散作用被生物炭吸附;(3)FM模型更适合于对花生壳和松木屑制备的生物炭吸附Cu~(2+)的数据进行拟合,所得非线性指数(n)的值在0.23~0.67之间且随热解温度升高n值越来越小;(4)在热解温度为200~500℃,花生壳生物炭对Cu~(2+)的吸附量先下降后增加且PS5对Cu~(2+)的吸附性能最佳;而松木生物炭对Cu~(2+)的吸附量没有明显的规律性变化,但PC2对Cu~(2+)的吸附性能最佳。     

生物炭对极性与非极性有机污染物的吸附机理

以玉米秸秆为原料,分别在200、400、600、700℃下制备了不同性质的生物炭,对其性质进行了表征.研究了极性物质普萘洛尔和非极性物质萘在生物炭上的吸附,并对不同物质的吸附机理进行了探讨.结果表明,随裂解温度的升高,生物炭芳香性增强,极性降低,比表面积增大.普萘洛尔和萘的吸附都随生物炭裂解温度的升高而增大,普萘洛尔的lgKoc由3.10(低平衡浓度3 mg·L~(-1))和2.88(高浓度10 mg·L~(-1))增加到3.89和3.67;萘的lgKoc由2.74(低平衡浓度3 mg·L~(-1))和2.65(高浓度15 mg·L~(-1))增加到4.59和4.05.疏水分配作用对萘在低温生物炭上的吸附起主要作用,而随裂解温度升高,表面吸附和孔填充所占贡献逐渐增强.除了以上机理,普萘洛尔还可通过静电吸引进行吸附,而且在BC200上,由于大量极性官能团的作用,有利于静电吸附,其对普萘洛尔的吸附显著大于对萘的吸附;而且存在分子的倾斜吸附或多分子层吸附,单位表面积的吸附量远远大于单分子层吸附预测值.而在高温生物炭上,由于萘的分子较小而憎水性较高有利于孔填充作用,其对萘的吸附大于对普萘洛尔的吸附.     

沉水植物生物炭对Cr~(6+)和磷的吸附特性

生物炭作为吸附剂已广泛应用于重金属及磷污染废水处理,成为环境科学领域研究的前沿热点。沉水植物量大源广,可作为生物炭的制备原料,但其对Cr~(6+)和磷的去除研究相对缺乏。选取常见的沉水植物(眼子菜、苦草和金鱼藻),在350、450和600℃温度下热解,研究其在不同初始pH值与平衡时间下对Cr~(6+)和磷的吸附性能。结果表明:酸性条件更有利于沉水植物生物炭对Cr~(6+)和磷的吸附,其中350℃条件下制备的金鱼藻生物炭和眼子菜生物炭对Cr~(6+)和磷的吸附量最大,分别为0.094 2(pH=4)和0.338 1 mmol·g-1(pH=6)。沉水植物生物炭对Cr~(6+)和磷的吸附遵循准二级动力学模型,表明吸附过程由化学吸附占主导地位。沉水植物生物炭富含羧基、羟基等含氧官能团,除450℃条件下制备的苦草生物炭零电荷点(pHzpc)是6以外,其余样品pHzpc均为8。吸附Cr~(6+)和磷后,生物炭表面变得更粗糙,褶皱明显并出现亮斑,Cr~(6+)和磷含量明显增加。沉水植物生物炭因其独特的物理化学结构,可制备多孔炭用于污染物吸附等领域。     

农林废弃物基生物炭对重金属铅和镉的吸附特性

以沙柳、水稻和玉米秸秆3种农林废弃物为原材料,于500℃条件下热解制备生物炭,并通过元素分析、比表面积分析仪、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)等分析方法对所制备的生物炭进行表征。探究了溶液初始pH、干扰离子强度和初始吸附剂投加量等因素对3种生物炭吸附Pb~(2+)和Cd~(2+)作用的影响,讨论了吸附动力学特性及吸附等温特性。结果表明:不同生物质制备出的3种生物炭的碱性和灰分含量由高到低依次为沙柳秸秆生物炭(SWB)、玉米秸秆生物炭(CB)和水稻秸秆生物炭(SB),FTIR检测结果显示3种生物炭表面均含有大量含氧官能团;当溶液pH为3～6时,3种生物炭对Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附量随pH值的增加而升高,对Pb~(2+)的吸附效果随着溶液中离子强度的增强而降低,而SWB对Cd~(2+)的吸附效果随离子强度的增加而增加;3种生物炭对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,R~2均大于0.99,表明生物炭吸附速率主要由化学吸附机制决定;SWB、SB和CB对Cd~(2+)的吸附过程既符合Langmuir模型,又符合Freundlich模型,而生物炭对Pb~(2+)的吸附过程更适合Langmuir等温模型,表明生物炭对Pb~(2+)的吸附近似单分子层吸附,而对Cd~(2+)的吸附存在多分子层吸附。     

铁基改性椰壳生物炭对砷的吸附效果及机制研究

目前针对生物炭修复重金属污染的水体、土壤方面的研究虽然很多,但是对其吸附污染物的机制研究却较少。为了提高生物炭对砷的吸附能力,以农业废弃物椰壳为原料,在300℃下利用硫酸及硫酸铁制备铁基改性生物炭,采用SEM-EDS、FTIR、XRD及XPS等手段对椰壳生物炭(CSB)、硫酸改性生物炭(SCSB)以及铁基改性生物炭(SFCSB)表面结构与特征进行表征,通过pH值影响实验、等温吸附实验和动力学吸附实验对CSB、SCSB及SFCSB 3种生物炭吸附砷(As)的效果进行比较。结果表明,硫酸及硫酸铁共同改性使生物炭的比表面积增大了1.56倍,表面官能团新增亚甲基(–CH_3)和羧基(–COO),SFCSB表面的Fe吸附As(Ⅴ)后在Fe2p能级生成了Fe_2O_3和FeOOH,证明铁基改性成功。SFCSB对As(Ⅴ)的吸附符合Elovich动力学模型及Langmiur等温吸附模型,当pH=5时,SFCSB对砷的最大吸附量为14.65 mg·g~(-1),与未改性的CSB相比吸附量提高了238倍。SFCSB对As(Ⅴ)的吸附方式为物理化学吸附,吸附机制包括生物炭表面正电荷与阴离子之间的静电吸引、O–H–As氢键结合、砷氧阴离子与铁氧化物的配位体效应和表面羟基官能团络合等。研究表明,铁基改性椰壳生物炭是一种高效的除砷吸附剂。该研究从农业废弃物利用和环境修复的角度出发,为制备更高效、能深度净化污染的生物炭提供参考,也为吸附机制的探讨提供理论依据。