炭化温度对植物基生物质炭与易腐垃圾炭的理化特性影响比较

易腐垃圾具有产量大、有机易腐性高的特点,带来严重的环境压力和资源浪费.炭化农用是其减量化处理和资源化利用的有效途径.本研究以山核桃蒲壳、玉米秸秆和易腐垃圾为原料在350、500、650℃条件下热解炭化制备生物质炭,比较植物基生物质炭与易腐垃圾炭理化特性的差异及其影响因素.结果表明,与山核桃蒲壳炭(WSB)和玉米秸秆炭(MB)相比,易腐垃圾炭(PWB)具有碳(C)含量低,氮(N)和灰分含量高的特点.炭化温度对其元素组成影响较弱.当炭化温度由350℃升到650℃时,WSB和MB的C含量分别提高了24.6%和13.2%,氢碳比值(H/C)分别下降了58.7%和34.7%;而PWB的C含量变化不显著,H/C比值仅下降了18.0%.随着炭化温度升高,生物质炭的pH值、EC、水溶性K⁺和Na⁺含量呈上升趋势.相关性分析结果表明,灰分与C/N、C含量、水溶性K⁺含量呈极显著负相关,与N含量、水溶性Na⁺含量、pH值呈极显著正相关.因此,高灰分含量导致易腐垃圾炭对炭化温度响应弱于植物基生物质炭,同时使易腐垃圾炭能为...     

不同秸秆材料与制备工艺下生物炭性质及对土壤重金属的钝化效应

以芦苇、玉米秸秆为原材料,采用正交实验设计方法制备不同处理生物炭,并将其应用到重金属污染土壤修复中,以寻求最佳的生物炭制备工艺并探讨其对土壤中Cd和Pb的钝化效果。结果表明,对生物炭制备影响最大的因素是炭化温度,温度升高会使炭产率下降,pH和灰分含量增加,比表面积在一定范围内也会大幅增加;其他因素如原料含水率、升温速率和炭化时间对生物炭制备的影响均低于炭化温度;所制备的芦苇秸秆生物炭(LWC)和玉米秸秆生物炭(YMC)产率相近,YMC的pH和灰分含量高于LWC,而LWC比表面积高于YMC。综合考虑因素最佳水平并兼顾效率,得出LWC和YMC最适宜制备条件均为含水率25%,升温速率20℃·min~(-1),炭化温度600℃,炭化时间0.5 h。与对照相比,添加LWC和YMC的土壤pH值均有所升高;随着培养时间延长,生物炭对土壤中Cd和Pb的钝化效率也逐渐提高,35 d时有效态Cd和Pb含量最高降低51.7%和44.9%,并且LWC的效果好于YMC。研究结果可为工程化制备生物炭提供一定的技术参考,并且为重金属污染土壤修复提供理论依据。     

动植物来源生物炭对水体中Cd~(2+)的吸附特性

以动植物来源(鸡粪便和小麦秸秆)的生物质为原料,在350和650℃条件下慢速热解制备生物炭并表征其理化性质,采用批量吸附试验研究不同吸附时间、溶液pH值和Cd~(2+)浓度条件下生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,生物炭的pH值和灰分含量升高,芳香性和疏水性增强,极性减弱。相同热解温度条件下,动物来源的鸡粪炭pH值和灰分含量比植物来源的小麦秸秆炭高,芳香结构更完备。生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型(R20.99),吸附在12 h时达到平衡,吸附过程均由外部液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散共同控制,且后者是主要限速步骤。随着溶液pH值的升高(2.0~6.0),生物炭对Cd~(2+)的吸附量均逐渐增加。Langmuir模型能很好地描述植物来源的小麦秸秆炭对Cd~(2+)的吸附行为(R2为0.970 3~0.981 5),Freundlich模型更适用于动物来源的鸡粪炭(R2为0.971 7~0.976 9),动物来源的鸡粪炭对Cd~(2+)的吸附效果优于植物来源的小麦秸秆炭。阳离子-π作用和沉淀作用是650℃生物炭吸附Cd~(2+)的主要机制。     

富磷型猪粪基生物炭肥对土壤-萝卜系统的影响

为促进富磷型生物炭肥在西南紫色土区的合理利用,采用盆栽试验研究了不同配比富磷型猪粪基生物炭肥对紫色土理化性质以及樱桃萝卜产量和品质的影响。结果表明,添加富磷型猪粪基生物炭肥后土壤pH值以及有机质、全氮和全钾含量均显著提高,樱桃萝卜莲座期和肉质根膨大期速效磷含量分别提高21.72%～43.47%和0.22%～28.42%。富磷型猪粪基生物炭肥处理樱桃萝卜地上部和根部生物量分别增加17.20%～44.17%和20.63%～83.31%,樱桃萝卜的磷、总糖和维生素C含量均显著提高,且樱桃萝卜磷含量与土壤速效磷含量呈极显著相关;樱桃萝卜Pb和Cd含量分别降低6.12%～44.49%和4.19%～13.31%。施用富磷型猪粪基生物炭肥能够显著改善紫色土理化性质并提升樱桃萝卜产量和品质。     

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.     

玉米秸秆生物炭和碳骨架的制备及对农田土壤CO2排放的影响

为探明生物炭对黄土高原石灰性农田土壤CO_2排放的影响及机理,于400、600和800℃条件下制备玉米秸秆生物炭(BC),并采用热水浸提法制备碳骨架(BS)。在分析材料基本性质的基础上,将其分别按质量比1%和2%与土壤充分混匀,开展为期50 d的室内静态土壤培养实验。结果表明,随着热解温度的升高(从400℃上升到800℃),玉米秸秆生物炭和碳骨架的pH值和总碱性含氧官能团含量显著增加,而溶解性有机碳(DOC)含量、易氧化有机碳(ROC)含量和总酸性含氧官能团含量则显著降低(P0.05)。碳骨架DOC和ROC含量均显著低于同一热解温度条件下制得的生物炭(P0.05)。随着添加材料(生物炭或碳骨架)热解温度的升高,各处理CO_2累积排放量呈降低趋势,且添加生物炭处理的CO_2累积排放量高于添加碳骨架处理,尤其是BC-2%处理CO_2累积排放量显著高于BS-1%处理(P0.05)。在整个培养过程中,培养体系的DOC和ROC含量均呈降低趋势,但DOC含量降低幅度(87.90%～89.18%)大于ROC含量(19.29%～38.49%);培养过程中400、600和800℃处理DOC和ROC含量均呈BC-2%BC-1%/BS-2%BS-1%对照趋势。在添加生物炭或碳骨架处理中,与ROC含量相比,DOC含量对CO_2排放变化的解释程度更高,且达到显著水平(P0.01)。DOC和ROC含量均是影响黄土高原石灰性农田土壤CO_2排放的重要因素,但相比较而言,DOC含量的影响更加显著。     

滇池沉积物生物炭的热稳定性及化学稳定性特征

在200和500℃制备滇池沉积物(泥炭土和草海底泥)生物炭,采用热重分析法和氧化剂氧化法,分别研究其热稳定性和化学稳定性,为判断沉积物生物炭的寿命、指导其应用提供数据和理论基础.研究显示,泥炭土和草海底泥中有机组分的损失主要发生在500℃烧制过程(分别为40%和30%);泥炭土和草海底泥热解后灰分含量分别从44.35%、58.25%升高到58.78%、70.05%(500℃),且脂肪性减弱而芳香性增强.随烧制温度提高,碳结构更加致密,沉积物生物炭热稳定性显著提高.不同温度生物炭的化学稳定性未表现出明显差异,是因为大量的灰分对有机组分提供了较强的保护作用,致使原料和低温生物炭也具有较强的化学稳定性.草海底泥及其生物炭因为灰分含量较高、芳香性较强,热稳定性高于泥炭土.本研究指出,沉积物生物炭稳定性规律不同于传统生物质生物炭,灰分可以明显提高生物炭抵抗环境老化的能力.     

化学老化后稻壳生物炭理化性质的改变及微观结构表征

为研究化学老化对生物炭理化性质与微观结构的影响,本研究采用H_2O_2、HNO_3老化不同温度(350℃和550℃)下制备的稻壳生物炭,并利用元素分析、扫描电镜、漫反射红外光谱、X射线光电子能谱等测定比较生物炭老化前后表面理化性质及微观结构的变化.结果表明,经两种氧化剂老化后两种生物炭中O元素含量及O/C原子比均增加.与老化前生物炭相比,老化后两种生物炭中羟基、羧基、酮羰基、脂肪醚、酯基等含氧官能团的含量均发生不同程度的变化.通过漫反射红外与X射线光电子能谱分析相结合,发现两种稻壳生物炭经H_2O_2、HNO_3老化后均生成了羟基、羧基等含氧官能团,从而使得生物炭极性增加.此外,经HNO_3老化后稻壳炭表面生成硝基、硝酸盐等含氮基团,N元素含量亦显著增加.但氧化剂对两种温度下制备的生物炭中炭元素含量影响存在差异:经H_2O_2、HNO_3氧化后550℃制备的生物炭(R550)中C元素含量与芳香性降低;而经H_2O_2氧化后,350℃制备的生物炭(R350)中C元素含量与芳香性均上升.     

不同热解温度龙虾壳生物炭特征及对Zn~(2+)的吸附机制

为研究不同热解温度条件下生物炭的理化性质及对Zn~(2+)的吸附特性和机理,以龙虾壳为生物质原料,采用限氧慢速热解法在300、400、500和600℃条件下制备龙虾壳生物炭,分别记作LS300、LS400、LS500和LS600。采用扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)等对龙虾壳生物炭进行表征,并结合批量吸附实验分析其对Zn~(2+)的吸附特性和机理。结果表明:随着热解温度的升高,龙虾壳生物炭产率降低,灰分含量升高,pH增大,孔径增大,芳香性增强;4种生物炭吸附动力学遵循准二级动力学模型,LS600在7 h时达到吸附平衡,其他3种均在24 h时达到平衡;LS600的吸附等温线更符合Langmuir模型,LS300、LS400和LS500的等温吸附过程更符合Freundlich模型,LS600对Zn~(2+)的吸附效果最好,最大吸附容量可达462. 50 mg·g-1;龙虾壳生物炭对Zn~(2+)的吸附机理包括阳离子交换、沉淀作用、与含氧官能团络合及与π电子配位。     

生物炭对旱作农田土壤理化性质及作物产量的影响

生物炭因其结构和功能特性受到国内外学者广泛关注,在农业土壤改良培肥、固碳减排等方面展现出巨大的应用潜力,但基于田间长期定位试验,开展生物炭对大田土壤理化性质及作物产量的影响研究尚不多见。以西南地区玉米(Zea mays L.)-油菜(Brassica campestris L.)轮作农田为研究对象,通过不同生物炭添加比例的田间定位试验研究了生物炭施用对旱作农田土壤容重、pH值、有机质、矿质态氮、有效磷、含水量等理化性质以及作物产量的影响,试验共设4个处理:单施复合肥、尿素(C0);复合肥、尿素+20 t·hm-2生物炭(C2);复合肥、尿素+50 t·hm-2生物炭(C5);复合肥、尿素+100 t·hm-2生物炭(C10)。结果表明:与C0对比,C5和C10处理均显著降低了土壤容重,降低幅度分别为14.6%和32.5%;C2、C5和C10处理土壤年均pH比对照组分别提高了0.10、0.17和0.15个单位;处理组土壤中有机质含量比对照组分别提高44.9%、137.7%和297.2%;土壤硝态氮含量比对照组分别提高了38.0%、26.3%和88.4%;土壤有效磷含量分别提高了34.8%、135.0%和232.2%;生物炭处理下土壤年均含水量比对照组分别提高了8.8%、29.1%和44.7%。玉米、油菜籽实和均表现为生物炭处理高于对照组。玉米籽实提高7.6%~20.3%,玉米根茎叶生物量提高8.6%~46.8%;油菜籽实产量提高显著,高于对照组15.7%~35.4%,根茎叶生物量提高-17.2%~30.3%。综合来看,本试验条件下,生物炭施用有利于降低土壤容重,提高土壤pH、有机质含量、NO3--N含量、有效磷含量、含水量,显示出生物炭作为土壤改良剂施用于农田能有效改良土壤理化性质和提高耕作性能。     

温度对污泥热解产物及特性的影响

温度是污泥热解产物及产物分布状况的主要影响因素之一。为了确定最优的热解温度,为不同的热解工艺提供参考,用直径为200mm的外热式固定床反应器,以唐山西郊污水处理厂剩余污泥为实验物料,在终温为250～700℃并在初期通以氮气的情况下,对污泥的热解产物分布及特性进行了研究。实验表明:在物料成分和其它条件不变的情况下,热解反应所需时间随着热解终温的升高而缩短;热解气和热解焦油的质量分数增大;焦炭质量分数减小。热解焦炭的工业分析表明,随热解终温的升高挥发分减少、固定碳和灰分增加。热解焦油的热值在10～43MJ·kg-1之间;焦炭的热值10～24MJ·kg-1之间。     

煤热解过程中含硫气体的释放特征

利用热解炉-高分辨飞行时间质谱联用仪和热解炉-同步辐射光电离飞行时间质谱仪检测不同含硫量的煤IBC105和C22650在热解过程中释放的8种含硫气体,并对这8种含硫气体的释放规律进行了分析.实验结果表明,在200℃—400℃的热解区间内含硫气体释放相对较多,表明硫元素大部分是以有机态的形式在煤中赋存,而且芳香硫相对于脂肪硫含量较多;同时含硫量较高的煤IBC105中噻吩硫的热解释放量,较煤C22650多;由于煤中芳香性有机物的裂解多以苄基的形式出现,因此在两种煤中二苄基硫醚释放量都较噻吩或者苯并噻吩多.     

废塑料处理技术进展与展望

文章介绍了解决废塑料污染的几种方法，分析了目前我国废塑料回收利用技术的现状，并介绍作者在这方面进行的一些新的研究工作：（1）使用自制的催化剂完成了聚烯烃类塑料催化热解回收燃料油的小试，获得了较好的效果；（2）通过实验对发泡聚苯乙烯热解回收苯乙烯单体的工艺流程提出了优化操作条件。根据国内外实际，文章最后对废塑料回收利用提出了几点建议。     

修复植物热解过程中重金属元素迁移行为研究

在管式炉反应器中研究了重金属土壤修复植物长香谷稻秆中Cd、Pb、Mn、Cu和Zn在不同温度、停留时间和反应气氛下的迁移行为,结果表明：在低于元素挥发的温度热解时,固体残渣中重金属元素的富集倍数随温度的升高而增加;在元素挥发的温度热解时,该元素在固体残渣中的富集倍数随着停留时间的延长而减少;800℃以上CO2气氛比N2气氛更有利于Mn、Cu和Zn在热解残渣中富集。选择合适的热解条件能够达到将原料减容减重并富集其中特定重金属元素的目的。     

矿物质对煤热解气化过程中NH3形成的影响

以酸洗脱灰煤、原煤及添加含铁化合物的煤样作为研究对象,考察了煤中的矿物质和添加物铁对平朔气煤热解、CO2气化和水蒸气气化过程中形成的NOx前驱物NH3释放的影响．结果表明：煤中的矿物质和添加物铁在煤的热解和气化过程中,对NH3的释放均有明显的作用;煤中矿物质的脱除和添加剂的存在均可以减少NH3的释放,但其作用机理并不同．     

PVC的热解脱氯动力学分析

采用动态热重法对PVC热解脱氯反应动力学进行了研究，对不同升温速率下TG曲线采用下同方法分析，计算出反应速率常数、反应级数、活化能等脱氯反应动力学参数，并推断出反应机制，分析结果表明，PVC热解存在两个阶段，氯原子主要在250℃-300℃之间以HCl的形式释放，且反应为一级反应。     

Stabilization of metal processing plant sludge via sequential application of phytoremediation and pyrolysis

The aim of this study is to evaluate the metal removal ability of three different plants from metal processing sludge containing Pb, Cd, and Zn. Therefore, phytoremediation and pyrolysis were sequentially applied. In the phytoremediation applications, sunflower (Helianthus annuus), corn (Zea mays), and rape (Brassica napus) seeds were sown in sludge/soil mixtures at four different levels (25/75, 50/50, 75/25, 100/0). The chelating agent, ethylenediaminetetraacetic acid, was added to the mixtures for plant uptake during phytoremediation. At the phytoremediation stage, it was noted that rape was the most effective plant for the mixture of 75/25 sludge/soil, with metal removal efficiencies ranging between 80%–90%. At the pyrolysis stage, after harvesting, contaminated plants grown in a 75/25 sludge/soil mixture were pyrolyzed at 500 °C, with a heating rate of 35 °C/min. The results show that 60%–90% of the initial metal content was held by the solid product. In addition to this, it can be concluded that pyrolysis stabilizes metals into a solid product and that this solid product can be safely landfilled as inert waste since its toxicity leaching value is lower than the limit values.     

Efficient adsorption of thiophene from model fuel by pyrolysed rice husks: factors of influence

Rice husks pyrolysed at different temperatures in the range of 250–700°C were investigated as adsorbents for thiophene removal from a model fuel. The adsorption ability of the samples was evaluated under both static and dynamic conditions. It was found that pyrolysed rice husks without any pretreatment are a promising adsorbent for the removal of sulphur-containing molecules from the model fuel. Removal of 92% of the sulphur from the fuel was achieved. The adsorption capacity of the pyrolysed rice husks correlates with their textural and chemical characteristics which strongly depend on the pyrolysis temperature. The adsorption of thiophene is influenced by the initial sulphur concentration level, the fractional composition of the adsorbent, the temperature and the adsorbent/fuel volume ratio. The adsorption capacity of the pyrolysed rice husks is higher under static than under dynamic conditions.     

不同深度脱水污泥的热解特性及动力学分析

选用4种利于深度脱水的复合调理剂(FeCl3/CaO、FeCl3/CaO/煤粉、芬顿试剂(Fe2+和H2O2组成体系)/CaO、芬顿试剂CaO/煤粉)来改善污泥的脱水性能,所得泥饼的含水率为43.7%—56.1%,满足深度脱水的要求.CaO和煤粉的添加能改变污泥的灰分和挥发分含量.与传统聚丙烯酰胺(PAM)脱水污泥的热重分析对比结果表明,由于复合调理剂对EPS的破坏溶解作用,因此对污泥热解性质有较大影响,不仅能前移水分失重峰,还使得热重主要反应阶段峰个数变少.热解动力学计算表明,反应级数在1—2范围内.表观活化能差异表明4种复合调理剂处理后脱水污泥更容易发生热解反应.     

蜡状芽孢杆菌的裂解气相色谱分析初探

裂解气相色谱 (ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｇａｓＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ,ＰＹＧＣ)用于细菌的分析较多 .一般菌株都有其特征的裂解图谱 ,而同属不同种 (或不同血清型 )的菌株 ,其相应的特征峰或峰群的强度不同 ,通过比较 ,均可将其区分至属、种 ,甚至亚种水平[1] .周方等[2 ] 1980年用ＰＹＧＣ分析了肠道杆菌 ,纪标等[3 ] 1992年用ＰＹＧＣ分析了 15株伤寒沙门氏菌 ,李兆麟等[4] 1981年用ＰＹＧＣ分析了苏云金芽孢杆菌的所有血清型 ,可以快速简便地把它们分开 .本文作者用ＰＹＧＣ对 5株蜡状芽孢杆菌进行裂解气相色谱分析 ,以期探讨其热解…