硫酸钙/污泥基生物炭对水中铅的吸附性能研究

将硫酸钙作为添加剂与污泥共热解制备硫酸钙/污泥基生物炭(SBC),并使用BET、SEM、FTIR和XRD表征,研究了其对Pb~(2+)的吸附去除特性。结果表明,硫酸钙已负载在生物炭表面并对去除Pb~(2+)有促进作用。当温度为25℃,初始pH为5,SBC投加量为0.4 g/L,吸附时间为240 min时,Pb~(2+)去除率可达99.69%。Langmuir等温吸附模型能更好地描述SBC对Pb~(2+)的吸附过程,最大吸附量为280.899 mg/g;SBC对Pb~(2+)的吸附更符合准二级动力学模型,该吸附过程可能以化学吸附为主;热力学分析表明SBC对Pb~(2+)的吸附是自发的吸热过程,升温有利于吸附。     

污泥生物炭制备及其对磷的吸附性能研究

以污水污泥、粉煤灰为原料,以质量分数为30%的氯化锌溶液为活化剂,在不同温度下煅烧制备污泥生物炭,用于处理含磷废水。通过单因素静态吸附实验探讨了污泥生物炭对磷的去除效果,并探究了其吸附机理。结果表明：300 ℃制备的污泥生物炭具有较好的除磷效果;扫描电镜（SEM）、比表面分析仪、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）对原料和污泥生物炭表征结果显示,污泥生物炭煅烧前后的形貌及表面基团发生了显著改变,煅烧后样品的表面产生了较多微小空隙,比表面积增大,最高可达5.51 m²/g;在磷初始质量浓度为50 mg/L、吸附剂用量为16 g/L条件下,吸附在90 min达到平衡,磷的去除率高达93.73%;吸附过程符合准二级动力学方程及Freundlich等温吸附模型,最大饱和吸附量为9.615 mg/g;整个吸附过程ΔG⁰<0、ΔH⁰<0,是自发进行的放热过程;吸附过程除物理吸附外,同时涉及磷酸盐与吸附剂—OH或C—O共价键发生电子对配位作用,为物理-化学复合吸附;吸附剂第5次吸附为首次吸附量的85.74%,表现出较好的再生性能。     

木屑生物炭的制备及其对Pb2+的吸附特性研究

以松木（SM）和楠木（NM）木屑为原料，分别在300、450、600℃下制备了6种木屑生物炭，通过扫描电镜、孔径与比表面积分析仪、傅里叶红外光谱仪和热重分析仪对生物炭的理化性质进行了表征，并探讨了金属离子（Na⁺、K⁺、Ca²⁺）和pH值对生物炭吸附Pb²⁺的影响，同时研究了其吸附动力学。研究结果表明：在相同制备条件下，随着热解温度升高，生物炭的比表面积和孔容积增大，其最可几孔径呈下降趋势，楠木生物炭的比表面积（23.2~311.4 m²/g）均大于松木生物炭（17.6~210.6 m²/g）；FT-IR分析表明，热解温度的升高使生物炭芳香化程度增强，有助于生物炭与Pb²⁺形成稳定的结构。楠木生物炭对Pb²⁺吸附量（46.92~77.12 mg/g）高于松木生物炭（34.90~62.79 mg/g）；溶液中的Na⁺和K⁺不利于生物炭对Pb²⁺的吸附，Ca²⁺有利于Pb²⁺的去除。生物炭对Pb²⁺的吸附均符合准二级动力学方程，颗粒内扩散模型分析表明吸附受多种因素共同影响。     

氧化铝改性污泥生物炭粒制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附特性

为拓展城市剩余污泥资源化利用途径，本文以剩余污泥球粒为原料在高温限氧条件下制备污泥生物炭粒（SBC），同时以氢氧化铝溶胶为前体浸渍污泥球粒后在500℃下热解获得氧化铝改性污泥生物炭粒（SBC-Al）。使用BET、XRD、FTIR和SEM对生物炭粒进行了表征，并研究了生物炭粒改性前后对Pb(Ⅱ)的吸附特征及效果。结果表明：SBC-Al比表面积和总孔容分别达到83.266m²/g和0.158cm³/g，相比于SBC分别增大了142.42%和167.80%；XRD显示氢氧化铝溶胶浸渍使SBC-Al表面负载了γ-Al₂O₃粒子，FTIR红外谱图说明氧化铝改性可能会增加炭粒表面官能团数量，同时SEM显示出SBC-Al表面相较于SBC具有更多的层片状结构，从而增加生物炭粒的吸附性能。Pb(Ⅱ)的吸附动力学符合二级动力学方程和Elovich方程，同时用二阶段颗粒内扩散模型可以较好地拟合。吸附等温线以Freundlich模型为主，且SBC和SBC-Al对低浓度（＜50mg/L）Pb(Ⅱ)的去除率均较高，分别在95%和99%以上，实测最大吸附量可分别达626.73mg/g和663.97mg/g，但SBC-Al提高了对更高浓度（50～100mg/L）Pb(Ⅱ)的去除率。热力学计算数据表明吸附过程为吸热反应；脱附解吸试验说明，生物炭粒具有良好的循环再生利用性能。     

污泥生物炭/凹凸棒土的制备及其吸附性能研究

利用凹凸棒土(ATP)和污水污泥(SS)慢速共热解制备污泥生物炭/凹凸棒土(SBC/ATP)，并开展其对亚甲基蓝(MB)吸附性能的研究。通过扫描电镜、X射线衍射光谱、红外光谱、X射线光电子能谱等表征对污泥生物炭及其复合材料的微观形貌和理化性质进行了分析。探究了热解温度和原料配比对污泥生物炭/凹凸棒土吸附性能的影响，同时考察了吸附剂投加量、pH、MB溶液初始质量浓度及吸附时间等因素对MB去除率的影响。实验结果表明，500℃下制备的SBC/ATP₍(50%))在吸附剂投加量为1.2 g/L、pH=11、MB溶液初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间为180 min时，吸附容量最大为53.74 mg/g。SBC/ATP₍(50%))对MB的吸附更符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型，说明该吸附过程主要为化学吸附控制的单分子层吸附。     

镁改性植物源生物炭的制备及其对磷酸盐的吸附特性

为处理含磷废水和实现农业废弃物的资源化利用，将小麦秸秆制成生物炭，通过MgCl₂溶液对其进行浸渍改性，探究改性生物炭对水中磷酸盐的吸附特性。结果表明：热解温度为600℃，0.1 mol/L MgCl₂溶液改性得到的小麦秸秆生物炭(WS-0.1Mg-600)在pH=7、初始磷酸盐浓度为10 mg/L时，对磷酸盐吸附效果最好；WS-Mg-600投加量为1.25 g/L时，对磷酸盐吸附量为(4.02±0.46)mg/g;WS-Mg-600吸附磷酸盐最佳pH为10。吸附过程符合拟二级动力学方程以及Langmuir模型，表明该吸附过程是以化学吸附为主，并为单层吸附。     

污泥-玉米秸秆热解制生物炭及其对Pb~(2+)的吸附特性

开展了脱水污泥单独热解及其与玉米秸秆共热解(泥秆质量分别为9∶1,8∶2,5∶5)制备生物炭吸附剂的研究。采用元素分析、扫描电镜和比表面积仪对4种生物炭的理化特性及微观形貌进行了全面分析。结果表明,在相同热解温度下,随着玉米秸秆掺杂量的增加,生物炭产率及灰分含量降低,全碳含量增加,pH值略有下降,生物炭比表面积和总孔体积增大,棒状残焦分布量增多,孔结构更加发达。生物炭对Pb⁽²⁺⁾的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb⁽²⁺⁾的等温吸附行为,4种生物炭对Pb(2+)的等温吸附行为,4种生物炭对Pb⁽²⁺⁾的饱和吸附量大小依次为:SSMT50%(44. 8 mg/g)> SS-MT20%(38. 1 mg/g)> SS-MT10%(30. 7 mg/g)> SS(21. 7 mg/g),表明污泥-玉米秸秆生物炭有作为重金属Pb吸附剂的潜力。     

花生壳生物炭的改性及其吸附Pb2+性能研究

以花生壳为原料热解制备生物炭,并分别采用NaOH和KMnO₄进行改性,经表征发现改性后生物炭微观结构较为疏松、孔径变小、稳定性增强,NaOH改性花生壳生物炭（AB）和KMnO₄改性花生壳活性炭（MnB）的比表面积分别增至花生壳生物炭（B）的3.178倍和5.065倍,以KMnO₄作为改性剂时,锰氧化物成功地固定在生物炭上,B、AB和MnB的零电荷点（pH_PZC）分别为2.193、2.888和2.466。探究改性前后生物炭对Pb²⁺的吸附性能发现：B、AB和MnB吸附Pb²⁺的适宜pH值分别为4.5~6.5、5.5~6.5和5.0~6.5,达到相同Pb²⁺去除率时,生物炭用量MnB 2+的吸附平衡时间较B吸附Pb²⁺的吸附平衡时间（1 080 min）分别缩短了180和480 min。通过吸附动力学模型和等温线模型分析可知,3种生物炭吸附Pb²⁺的过程均受化学吸附控制,吸附速率MnB>AB>B,AB和MnB的最大理论吸附量分别是53.19和80.65 mg/g,分别提高至B的1.38倍和2.10倍。     

生物除磷颗粒污泥去除Pb2+的效能机制

以好氧颗粒污泥的吸附作用和磷酸盐对重金属的螯合作用为基础,采用富含磷酸盐的生物除磷颗粒污泥作为吸附剂来处理含铅废水,考察了不同吸附条件（pH、Pb²⁺的初始浓度、吸附反应时间）下,颗粒污泥对Pb²⁺的去除效果。结果表明,除磷颗粒污泥在pH为4,初始Pb²⁺浓度为150 mg·L^-1时,对铅的去除率最高（为99.9%）;在吸附反应20 min时即可达到吸附平衡。生物除磷颗粒污泥对Pb²⁺的吸附可以用Langmuir模型拟合（R²=0.993）,最大吸附量为49.5 mg·g^-1。其中离子交换和磷酸盐与Pb²⁺的螯合作用对除磷颗粒污泥去除Pb²⁺起到重要作用;傅里叶变换红外光谱（FTIR）测定表明-COOH、-OH、磷酰基等多种官能团也参与了除磷颗粒污泥除Pb²⁺过程。     

镁浸渍生物炭吸附氨氮和磷：制备优化和吸附机理

利用废弃的木薯杆制备了载镁的生物炭吸附剂。以氨氮、磷为目标污染物，采用控制变量法研究了不同镁盐改性、MgCl₂浓度、碳化温度、固液比和碳化时间对氨氮、磷吸附性能的影响，制备最具吸附性能的载镁木薯秆基生物炭（Mg-BC），进行批量吸附氨氮和磷实验。利用等温模型（Langmuir和Freundlich模型）和动力学模型（准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型）探究其吸附特性，在其吸附特性研究的基础上，运用FTIR、XRD、SEM-EDS、XPS等表征手段对其吸附机理进行探讨。结果表明，Mg-BC对氨氮和磷的吸附过程均符合Freundlich模型和准二级动力学模型，为多分子层的化学吸附，理论饱和吸附量分别为43.48 mg·g^-1和96.00 mg·g^-1。结合表征结果推测，Mg-BC吸附氨氮、磷主要通过官能团作用、络合沉淀和离子交换等多过程协同完成。     

腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响机制研究

以污泥生物炭作吸附剂处理水中Cr(Ⅵ),研究了共存腐殖酸对生物炭吸附性能影响。结果表明,腐殖酸能显著促进生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附,大幅提高吸附量以及缩短吸附平衡时间,生物炭吸附过程符合准二级动力学模型。在溶液初始pH4.0,生物炭浓度20g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800mg/L范围下,Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等温吸附行为。加入腐殖酸(20mg/L)后,拟合得到的理论饱和吸附量达10.10mg/g,较未加入腐殖酸的吸附量5.56mg/g提高近1倍。在pH2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小。     

镧改性核桃壳生物炭制备及吸附水体磷酸盐性能

为研发低成本的磷酸盐吸附剂,以核桃壳为原料,LaCl₃为改性试剂热解制备核桃壳生物炭。通过SEM-EDS、ICP-OES、FTIR和XRD对生物炭进行表征,采用吸附等温模型和动力学模型拟合生物炭的吸磷特征,并研究热解温度、La改性浓度、添加量、初始溶液pH和共存离子对生物炭吸附磷的影响。结果表明：La改性后,生物炭表面由于负载了La₂O₃和LaOCl,其吸附能力明显提高。热解温度为400℃、La浸渍浓度为0.1mol/L时获得的生物炭（BC-La400）,其Langmuir最大磷吸附容量为12.18mg/g,吸附过程主要受化学吸附和颗粒内扩散控制。热解温度和La改性浓度过高均不利于磷的吸附。磷初始浓度为50mg/L时,BC-La400添加量为2.7g/L可获得较理想的吸附能力,但当添加量超过4.0g/L时,磷脱除率可超过98%。BC-La400吸磷时最佳初始pH为3,CO{}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}共存会明显削弱BC-La400对磷的吸附能力。     

玉米秸秆生物炭对水中铅、镉的去除性能及作用机理研究

以大宗农业废弃物玉米秸秆为原料, 借助高温焙烧制得了玉米秸秆生物炭, 并通过对水中铅镉的吸附实验, 考察了高热解温度生物炭的重金属脱除性能。结果显示: 800 ℃焙烧所得玉米秸秆生物炭以块状及棒状形态为主, 孔径以微孔居多, 灰分中碱金属及碱土金属占比较大; 在25 ℃、pH值4、960 min、Pb²⁺、Cd²⁺初始质量浓度分别为429.24和280.34 mg/L时, 生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺最大吸附量分别为94.79和24.47 mg/g; 该去除过程满足准二级动力学方程、Freundlich等温线模型, 在铅镉初始质量浓度均为150 mg/L时, 所得平衡吸附容量可达69.0、24.4 mg/g; 热力学分析显示, 该去除过程为吸热熵增过程; 而共存离子吸附实验显示, 铅离子对镉离子存在明显的拮抗作用。高热解温度玉米秸秆生物炭对水中铅镉的去除过程是物理吸附与化学沉淀共同作用的结果。     

生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料的制备及对铅离子的吸附特性

以玉米秸秆为前体,在高温限氧条件下,将纳米羟基磷灰石（nano-HAP）负载于生物炭（BC）表面制备出了生物炭负载纳米羟基磷灰石（nHAP/BC）复合材料,并利用SEM、XRD和FTIR对其进行表征。批量吸附实验考察其对Pb²⁺的吸附特性,研究pH、投加量、吸附时间、初始浓度及吸附温度等因素对吸附的影响。通过吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学分析了吸附特性,通过解吸实验考察了解吸再生效应,并对吸附机制进行了探讨。结果表明：与BC相比,nHAP/BC复合材料具备更好的吸附效果,25℃时理论最大吸附量为383.75mg/g。nHAP/BC对Pb²⁺的吸附符合拟二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,表明nHAP/BC对Pb²⁺的吸附为单分子层化学吸附。热力学参数ΔG < 0、ΔH > 0,表明吸附是一个自发的吸热过程。nHAP/BC对Pb²⁺的吸附机制主要包括nano-HAP的溶解-沉淀作用以及生物炭表面-OH和-COOH等含氧官能团的络合作用。nHAP/BC具有良好的循环利用能力,是一种潜在的Pb²⁺高效吸附材料。     

原料种类和热解温度对生物炭吸附Cd2+的影响

以稻秆（RS）、稻壳（RH）、木屑（SD）为原料，在小型流化床实验台上制备生物炭，分析了原料种类和热解温度（400℃、500℃、600℃）对生物炭理化性质及吸附Cd²⁺性能的影响规律，并定性和定量分析了吸附过程中的作用机制。实验结果表明：准二级动力学方程和Langmuir方程能够较好地描述生物炭样品对Cd²⁺的吸附过程。生物炭RS500的平衡吸附量达到30.19mg/g，远远高于生物炭SD500，其中无机矿物的离子交换和沉淀反应吸附贡献值为24.95mg/g，是主导吸附机制；而生物炭SD500吸附Cd²⁺过程中，无机矿物和π键的贡献百分比分别为49.70%和38.21%。随着热解温度的升高，生物炭吸附Cd²⁺过程中含氧官能团的络合反应不断削弱而Cd²⁺-π键作用不断增强；稻秆炭和稻壳炭中无机矿物的吸附贡献值则呈先上升后下降的趋势，并在500℃热解温度下达到最大值。生物炭样品吸附Cd²⁺的作用机制中，离子交换和沉淀反应占比最大，Cd²⁺-π键作用次之，络合反应最小。     

油茶果壳生物炭对氮磷污染物的吸附性能研究

为了寻求农林废弃物的资源化利用途径和开发低成本、高效的氮磷污染物吸附剂,本研究以油茶果壳为原料,制备生物炭应用于氮磷污染物的吸附特性研究。结果表明,热解温度为300℃的油茶果壳炭孔隙结构发达,含氧官能团丰富,有利于氮磷污染物的吸附;当生物炭投加量为0.01g、NH₄Cl和KH₂PO₄的浓度为100mg·L^-1、pH值为8时,吸附效果最好,NH₄⁺吸附量为66.9mg·g^-1,PO₄^3-吸附量为193.76mg·g^-1。油茶果壳炭对氮磷污染物的吸附过程更符合准一级动力学模型和Langmuir等温模型。     

榴莲壳生物炭对磺胺嘧啶的吸附性能

以榴莲壳为原材料，制备了榴莲壳生物炭（biochar，BC），以磷酸为活化剂，在碳化温度为350℃、浸渍比为2.5∶1（磷酸∶生物质，质量比）的条件下，制备了活化榴莲壳生物炭（activated durian shell biochar，DBC），并探究二者对磺胺嘧啶（sulfadiazine，SDZ）的吸附作用。通过单因素实验探究了DBC投加量、溶液pH、初始浓度、吸附温度对水中SDZ的去除影响，并用正交实验确定了DBC对SDZ吸附的最优条件。在生物炭的投加量为1.2g/L、SDZ初始浓度为10mg/L、溶液pH为4时，SDZ最大去除率最高。利用吸附等温模型（Langmuir、Freundlich）和吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学），探究DBC对SDZ的吸附特性，并进行了比表面积及孔径分析、扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）的表征分析。结果表明，与BC相比，DBC有丰富的微孔结构，比表面积达1224.635m²/g，含氧官能团数量增加，为SDZ的吸附提供了更多的吸附位点，同时Langmuir吸附等温模型可以较好地描述DBC对SDZ的吸附等温过程，吸附动力学过程更符合准二级动力学方程。因此，磷酸活化榴莲壳生物炭可以作为一种高效的吸附剂去除水中的磺胺嘧啶。     

草酸改性甘蔗渣炭的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以甘蔗渣（OB）为原料,先在空气氛围下高温炭化制得甘蔗渣炭（CB）,再经草酸改性制得草酸改性甘蔗渣炭（COB）,采用SEM、FT-IR和氮气吸附-脱附等温线对3种样品进行表征,并考察了OB、CB和COB对模拟废水中的Cr（Ⅵ）的吸附效果。结果显示：3种样品比表面积大小为COB>CB>OB,其中COB的比表面积为240.67 m²/g,总孔容为0.138 cm³/g,平均孔径为2.30 nm;CB以及COB较OB的孔隙结构更发达、含氧官能团种类及数量明显增加,吸附能力提高。吸附实验结果表明：对Cr（Ⅵ）的吸附量表现为COB>CB>OB,在pH值1、投加量0.6 g、吸附时间100 min、吸附温度25℃和Cr（Ⅵ）质量浓度50 mg/L条件下COB对Cr（Ⅵ）的去除率为99.1%。吸附热力学及动力学结果显示：Langmuir等温吸附模型能更好地反映吸附过程,吸附过程遵循准二级动力学模型,表明甘蔗渣炭对Cr（Ⅵ）的吸附主要为化学吸附的单分子层吸附。     

层迭灵芝子实体及其制备炭吸附Cd2+的研究

以大型真菌层迭灵芝（Ganoderma lobatum）子实体及制备炭作为吸附材料用于吸附Cd²⁺,研究了吸附剂用量、初始pH值、反应时间、初始Cd²⁺质量浓度对吸附的影响。结果表明,当Cd²⁺质量浓度为10 mg/L时,层迭灵芝子实体及制备炭吸附Cd²⁺的最佳条件为吸附剂用量0.2 g,pH值为7,吸附时间为480 min,在此条件下Cd²⁺最大去除率分别为94.50%和92.75%。子实体对Cd²⁺的吸附速率显著高于制备炭,但子实体和制备炭吸附Cd²⁺的吸附能力之间无显著差异。采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型研究子实体和制备炭吸附Cd²⁺的过程,子实体对Cd²⁺的吸附过程符合Freundlich模型,而制备炭更符合Langmuir模型。吸附动力学研究表明子实体和制备炭对Cd²⁺的吸附过程均符合准二级动力学模型。     

乙酸锌改性稻壳生物炭电容及电吸附Cu2+性能

以稻壳为原料制备生物炭(稻壳炭),利用不同浓度的乙酸锌对稻壳炭改性,制得产物分别命名为稻壳生物炭(RHC)和改性稻壳生物炭(MRHC)。通过SEM、BET、XRD对制备的生物炭理化特性进行表征。将RHC和MRHC制成电极,测试其电化学性能。结果表明,MRHC孔隙结构丰富,比表面积较大,且锌以颗粒状氧化物形式存在于生物炭表面。与RHC相比,MRHC电极比电容大大提高,电阻显著减小,循环性能和倍率性能均有提升。MRHC-0.3(乙酸锌浓度为0.3 mol/L时的MRHC)比表面积为495 m²/g,孔容为0.214 cm³/g,该电极在2 A/g下充放电2000次后,其比电容保持率为92.16%。电极在0.9 V、p H为5、Cu²⁺初始质量浓度为100 mg/L条件下,MRHC-0.3对Cu²⁺的电吸附效果最好,吸附量为9.57 mg/g。在0.9 V、pH为5、200 mL Cu²⁺初始质量浓度为50 mg/L的条件下,去除率可达63.82%。