锰氧化物改性生物炭对水中四环素的强化吸附

以MnCl2为改性剂,制备锰氧化物改性生物炭(MBC),用于强化生物炭对水中四环素的吸附。采用比表面积法(BET)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)等手段表征其微观结构,并通过单因素试验研究改性前后生物炭对四环素的吸附行为和影响因素。结果表明,Langmuir模型计算的MBC最大吸附量为736 mg·g^-1,较原始生物炭提高了15倍。吸附符合准二级动力学模型,受物理化学过程控制,是一个自发的吸热过程。溶液pH、二价阳离子对吸附影响较大,而一价阳离子和共存腐植酸对吸附影响微弱。MBC吸附水中四环素主要是通过氢键作用、静电作用及锰与四环素之间的配位作用,吸附效果较BC显著提高,且环境适应能力更强,对去除水环境中的抗生素具有较好的应用前景。     

温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究

为探究温度条件对生物炭吸附重金属离子特性的影响,采用吸附试验研究25、45和65 ℃ 3种温度条件下生物炭对单一重金属离子溶液和多种重金属离子混合溶液的吸附能力变化.结果表明:生物炭对4种重金属的吸附均可采用Langmuir和Freundlich方程进行描述;温度是影响生物炭吸附重金属的重要因素,生物炭对Cu的吸附能力...     

KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理

以花生壳为原料、KOH为改性剂,考察碱改性工艺流程中的参数（热解温度、碱炭比和碱处理方式）对改性生物炭吸附盐酸四环素（TCH）的影响。通过吸附实验,以原状生物炭（BC600）为对照,探讨改性工艺参数的变化对吸附性能的影响。对生物炭进行扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、比表面积与孔径分析、傅里叶红外光谱（FTIR）、pH_PZC等表征,探究生物炭对TCH的吸附机理。结果表明：碳化温度600℃、碱炭比2∶ 1、使用碱后处理-熔融法制备的改性生物炭（Post-MBC）对TCH去除能力最强。在25℃、pH=4的环境下,0.1 g的Post-MBC对40 mL 0.06 mg·mL^-1的TCH去除率可达99.07%,Post-MBC对TCH的理论最大吸附量可达240.94mg·g^-1（45℃）。Post-MBC的比表面积和微孔体积可达863.56 m²·g^-1和0.26 cm³·g^-1,KOH改性使生物炭的亲水性降低、表面带有负电荷,提高了对疏水性污染物和带正电荷污染物的吸附能力。生物炭的动力学模型更符合McKay方程,三种等温吸附模型的相关系数均较高。改性后的生物炭对TCH的吸附以化学吸附为主导,吸附过程吸热且自发进行。吸附机理包括孔隙填充作用、π-π相互作用、氢键作用、静电相互作用和疏水相互作用。     

木质纤维素生物炭对亚甲基蓝和四环素的吸附对比研究

以木质纤维素为原料,采用限氧热解法制备木质纤维素生物炭,以亚甲基蓝和四环素为目标污染物,通过批试验方法考察了生物炭热解温度和溶液初始pH值条件等对吸附的影响,以及吸附的动力学和热力学.研究结果发现,热解温度为300℃时木质纤维素生物炭对2种污染物的吸附能力最强.酸化和未酸化处理木质纤维素生物炭对2种污染物的吸附能力有明显的差异,溶液初始pH值条件对吸附过程有较大影响.吸附动力学研究表明,2种污染物在木质纤维素生物炭上的吸附可能以化学吸附为主.由Langmuir吸附等温方程知,298 K时木质纤维素生物炭对亚甲基蓝和四环素的最大吸附量分别达到437.6 mg/g和1090.1 mg/g.热力学分析证明生物炭对2种污染物的吸附过程均为自发和吸热过程.     

玉米芯生物炭对大豆的生物学效应

以玉米芯为原材料,采用新型炭化技术制备生物炭,研究了玉米芯炭的结构及理化特性,并通过大田试验研究了玉米芯生物炭对大豆的生物学效应。结果表明,玉米芯在炭化后总孔体积、比表面积、p H、固定碳含量、灰分含量分别提高了5.54、3.74、1、5.03、0.26倍,具有丰富的微孔结构和元素种类。施用玉米芯炭后,大豆株高、地上部干物质积累提高,光合作用、营养生理以及氮、磷、钾养分吸收功能增强,产量与品质明显提高。较高施炭量(1500、3000 kg·hm-2)平均比对照增产10.98%。该玉米芯生物炭结构与理化特性良好,是一种理想的农用生物炭材料,可应用于东北大豆生产。     

热解温度对滤泥生物炭结构性质的影响

[目的]研究热解温度对滤泥生物炭性质特征的影响,为制糖废弃物处理提供参考依据.[方法]将滤泥置于200~600℃下热解制备生物炭,对生物炭进行工业分析、pH和元素含量测定,以及傅里叶红外光谱、扫描电镜、比表面积和碘值吸附分析.[结果]随着热解温度的升高,生物炭产率和挥发分含量下降、灰分含量上升,pH不断增加,表面的C-O和C-O-C等活性官能团及-CH3和-CH2逐渐消失,H/C、O/C和(N+O)/C的原子比降低,表明生物炭芳香性及稳定性增强,亲水性和极性减弱;生物炭的孔隙结构丰富,随着热解温度的升高,生物炭中孔隙数量增加,比表面积增大,孔径和孔容有所增加,对碘值的吸附能力持续上升,热解温度为500℃时,比表面积、孔容和对碘值吸附量均达最大值,分别为83.71 m2/g、0.027 m3/g和170.38 mg/g.[结论]在500℃下热解制备滤泥生物炭,其产率相对较高,结构更稳定,且比表面积及孔容最大,对碘的吸附效果最佳,可作为一种优异的吸附材料.     

不同热解温度对茭白秸秆生物炭性质的影响初探

为评价茭白秸秆生物炭作为生物炭基肥的潜力,以及为茭白秸秆生物炭在农业土壤中的应用提供理论基础,现以茭白秸秆为原料,探索了不同热解温度对茭白秸秆生物炭性质的影响。结果表明,随着热解温度从300℃升至700℃,茭白秸秆生物炭的生产效率从39.8%降至24.1%;茭白秸秆生物炭的炭化程度和极性增加,其在土壤中的残留时间为308.5～1 204.2年;茭白秸秆生物炭的总碳和总养分(N+P₂O₅+K₂O)含量(wt)分别为61.6%～71.4%和9.7%～10.9%,pH为9.4～10.3,总砷、总铅、总铬的含量分别为9.0～12.7、0～1.5、7.9～74.8 mg/kg,总汞和总镉未检出。参照NY/T 3618-2020的行业标准,热解温度300～500℃条件下的茭白秸秆生物炭性质满足其行业标准要求。     

生物炭对四环素污染土壤微生物群落结构的影响及环境因子关联的剂量效应分析

为研究不同剂量生物炭对四环素污染的土壤的原位修复效果,本研究以甘蔗渣为原材料制备生物炭,并通过不同剂量的添加(1%、2%、3%,分别记作BC-1、BC-2、BC-3)明确了修复过程中四环素去除效率、土壤理化性质、酶活性和降解微生物的变化情况。结果表明：生物炭施入显著加速了土壤中四环素的降解,其中BC-2处理(79.50%)显著高于BC-3(62.50%)和BC-1(50.30%)处理。同时生物炭处理显著提高了土壤pH及有机质和腐殖质含量,在培养结束后,各处理的pH较CK(四环素污染土壤)分别提升了0.46、0.54、0.80,有机质分别提升了1.37、2.82、5.12 g·kg^-1,腐殖质分别提升了4.48、6.55、5.21 g·kg^-1。生物炭处理显著提升了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性,其中BC-2处理提升效果最好,较CK分别提升40.00%、183.30%、65.30%和157.10%。在生物炭处理中,具有降解作用的潜在降解菌Achromobacter(无色杆菌属)、Sphingomonas(鞘脂单胞菌属)、Stenotr...     

生物炭老化及其对重金属吸附固定的影响研究进展

生物炭是生物质在限氧条件下通过高温热解得到的富碳固体,其丰富的含氧官能团、较大的比表面积、高度的芳香性结构等特性,使得生物炭对重金属具有很好的固定作用,因此,生物炭在重金属污染土壤的修复方面具有良好的前景。目前关于生物炭的研究大多集中在新制备的生物炭对重金属污染土壤的短期修复,但生物炭进入土壤后,随着时间的推移,会受到各种地球自然力的作用,逐渐发生老化,老化过程会对生物炭的物理化学性质和吸附性能产生不可忽视的影响。本文系统性地综述了国内外生物炭老化方法以及老化处理对生物炭理化性质、重金属吸附性能和生物有效性的影响等方面的研究进展,阐明当前生物炭老化研究现状,并对未来生物炭老化研究的发展方向提出建议,以期为重金属污染土壤的长期修复提供理论支撑。     

磷酸改性水稻秸秆和猪粪生物质炭添加对不同土壤吸附四环素的影响

[目的]为明确生物质炭对土壤吸附四环素(TC)的影响,[方法]以两类典型农业废弃物-水稻秸秆和猪粪为原料,通过700℃下限氧燃烧、磷酸改性制备了秸秆生物质炭(RCA)和猪粪生物质炭(SCA),并探讨了二者添加对黄壤土、水稻土以及紫色土吸附TC的影响.[结果]RCA和SCA添加导致3种土壤对TC的吸附平衡时间从2～24 ...     

锰铁氧体改性生物炭对四环素的吸附性能研究

为了提高生物炭对四环素(TC)的吸附效果,通过共沉淀和热解法制备了锰铁氧体改性的橘子皮生物炭(BC@MnFe₂O₄),采用SEM、BET、XRD、FT-IR和XPS对不同生物炭进行表征分析。通过批处理实验研究了初始pH、生物炭用量、TC浓度、共存离子对BC@MnFe₂O₄吸附TC的影响。结果表明,锰铁氧体可均匀负载到生物炭表面。相比于原始生物炭,BC@MnFe₂O₄具有更丰富的孔隙结构,比表面积由改性前的2.86 m²·g^-1,提高到306.12 m²·g^-1。FT-IR结果显示队BC@MnFe₂O₄表面存在—OH、—Mn—O、—Fe—O官能团。BC@MnFe₂O₄对TC的最大吸附量可达167.50 mg·g^-1,是原始生物炭(13.21 mg·g^-1...     

氧化老化过程对生物炭吸附镉的影响及机制

为研究氧化老化过程对生物炭性质及其对镉(Cd~(2+))吸附能力的影响及机制,以过氧化氢(H_2O_2)化学氧化方法模拟稻壳生物炭在自然环境中的氧化老化过程,通过等温吸附试验研究氧化老化过程对生物炭吸附Cd~(2+)能力的影响,运用扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和~(13)C核磁共振技术探究氧化老化过程中生物炭对Cd~(2+)的吸附机制。结果表明:氧化老化过程中生物炭的元素组成和比表面积变化不明显,但含氧基团增多,芳香性增强。老化前后生物炭对Cd~(2+)的吸附均符合准二级动力学模型,但氧化老化过程抑制了稻壳生物炭对Cd~(2+)的吸附能力,在298 K时,Langmuir预测Cd~(2+)在生物炭上的最大吸附量分别为未老化生物炭(BC,21.48 mg·g~(-1))氧化老化1次生物炭(OBC1,15.07 mg·g~(-1))氧化老化2次生物炭(OBC2,7.56 mg·g~(-1))氧化老化3次生物炭(OBC3,7.51 mg·g~(-1))。生物炭吸附Cd~(2+)的机理主要有表面络合作用、阳离子-π作用和离子交换作用,氧化老化后碱金属元素的变化抑制了表面吸附作用。     

生物炭去灰分对萘和1-萘酚的吸附动力学影响

为探究生物炭矿物组分对有机污染物吸附过程的影响机制,考察（非）极性有机污染物萘和1-萘酚在不同温度（300、400、500℃）下制得的小麦秸秆原始生物炭以及去灰分后生物炭上的吸附动力学。结果表明：拟二级和双室一级动力学模型能较精确地描述目标污染物的动力学吸附过程。去灰分处理增加生物炭芳香碳含量,增强其与萘和1-萘酚间的p-p和疏水作用;同时降低生物炭表面极性,特别是减少表面烷氧基官能团的分布,提高疏水碳吸附域（主要是芳香碳）的可达性,导致平衡吸附量（Q_e）增大。除灰后极性官能团在生物炭表面的暴露减少,促进萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘在生物炭上快吸附单元的吸附速率常数（k_fast）升高;而极性1-萘酚结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面极性官能团或矿物含氧表面相互作用,对快吸附有重要贡献,去灰分削弱氢键,造成其k_fast下降。致密的芳香碳组分和纳米级孔隙结构主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附起作用,去灰分提高生物炭芳香化程度和孔隙度,使慢吸附对总吸附的贡献（k_slow）增大;同时使得化合物分子较难扩散进入更致密的生物炭内部。另外表面积和孔隙度的增大延长吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数（k_slow）均降低。研究表明,生物炭的矿物组分、化学组成和极性官能团的空间分布显著影响有机污染物的动力学吸附过程,从而影响生物炭在有机污染控制中的吸附性能。     

生物炭老化及其对重金属吸附的影响机制

生物炭具有丰富含氧官能团、多孔结构、阳离子交换量、芳香性结构等使其对重金属具有良好的固持作用,进而在重金属污染土壤修复中具有良好的应用前景。生物炭施入土壤中在与土壤接触过程中受物理、化学和生物作用而发生老化现象,致使生物炭特性发生改变。本文综述了原料来源、热解温度和老化方法对老化生物炭特性的影响,以及老化生物炭对重金属吸附的影响机制。老化作用对生物炭特性的改变主要体现在灰分、表面元素组成、含氧官能团、pH、形貌特征、孔隙结构及比表面积。老化生物炭表面含氧官能团、负电荷和CEC含量增加会促进其对重金属的吸附;而比表面积和pH的降低、酚羟基和芳香醚含量增加以及羧基数量减少则抑制其对重金属的吸附。     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

热解工艺对生物炭产量的影响

为了揭示炭化条件与生物炭产率之间的关系,以油菜秸秆为实验材料,通过无氧炭化法来研究炭化温度、炭化时间和炭化时的升温速度对生物炭产率的影响。结果表明:温度从300℃升高至900℃,产率从40.17%降低至19.40%;300℃、600℃和900℃炭化时间从5min增至150min,产率分别为42.58%~48.76%,27.32%~30.15%,18.55%~25.11%;600℃升温速度从50℃/h增至250℃/h,产率从29.00%~28.60%降低至26.04%~26.88%。可见,热解温度是影响油菜秸秆生物炭产率的重要因素,而炭化时间和升温速度对油菜秸秆生物炭的产率影响较小。     

生物炭对土壤有机碳及微生物影响研究进展

生物炭是生物质限氧热解得到的含碳丰富的固体物质。生物炭能够影响微生物参与的与土壤有机碳 库周转相关的生物地球化学循环过程。生物炭对土壤有机碳和微生物的影响与生物炭性质、施加量、土壤环境条 件有关,各研究结论并不一致。一些研究指出施加生物炭可以增加土壤有机碳抵抗微生物降解的稳定性,降低土 壤有机碳的矿化速率,具有良好的固碳潜力。然而也有很多学者报道了施加生物炭对土壤微生物性质产生有益的 影响,如增加土壤微生物生物量和活性,从而显著提高土壤有机碳的矿化速率。在综述生物炭对土壤本身有机碳 分解、土壤有机碳活性和稳定性、土壤团聚体及其稳定性、土壤微生物生物量和活性、土壤微生物群落结构影响 的基础上,提出未来的研究需要综合考虑生物炭还田可能带来的潜在环境效益和风险。     

微波热解醋糟制备生物炭及其吸附性能研究

选取香醋生产过程中产生的大量副产物醋糟为原料,通过微波热解的方法来制备生物炭,结合表征手段和吸附试验,来研究不同反应条件(热解反应温度、微波功率)对所制备醋糟生物炭的理化性质及其吸附性能的影响。醋糟微波热解结果显示,在热解反应温度450℃、微波功率900 W的条件下,醋糟生物炭的产率最高,达到60.37%。表征结果表明,醋糟生物炭中含有醚类、酚类和醇类物质,其质量损失主要发生在热解温度300～400℃的范围内。醋糟生物炭对铅离子的吸附试验结果表明,在热解反应温度350～550℃的范围内,随着温度的升高,醋糟生物炭的吸附效果逐渐降低,且吸附效果降低的速率近似不变,其最高平衡吸附量在350℃时达到137.45 mg/g;在热解功率500～900 W的范围内,随着热解功率的升高,醋糟生物炭的吸附效果先降低再升高,其最高平衡吸附量在900 W时达到141.975 mg/g。     

不同生物质来源和热解温度条件下制备的生物炭对菲的吸附行为

以三种来源(猪粪便、玉米秸秆和松树木屑)的生物质为原料,分别在250℃和400℃温度条件下制备生物炭,对其理化性质进行表征,并研究菲在所选生物炭上的吸附行为及可能存在的吸附机制。结果显示,生物炭的理化性质随着生物质来源和热解温度条件的不同而有明显的变化;与250℃下制备的生物炭相比,400℃下制备的生物炭极性官能团数量更少,芳香度更高,疏水性更强,比表面积更大,孔结构发育更加完全,灰分含量更高;同一温度下,植物来源的生物炭比动物来源的生物炭的比表面积大,而动物来源的生物炭的灰分含量明显高于植物来源的生物炭。所有生物炭对菲的吸附行为都可以用Freundilich模型进行很好的拟合,且吸附等温线均显示出非线性;在猪粪便和玉米秸秆制备的生物炭中,400℃比250℃条件下制备的生物炭对菲有更强的吸附能力,表明吸附能力与热解温度有关;且同一热解温度下,动物来源的生物炭样品的吸附能力高于植物来源的生物炭样品,可能是由于其含有更多的灰分。Freundlich非线性指数n值与比表面积和芳香度之间均存在负相关关系,说明菲在生物炭上的吸附不仅有疏水效应,可能还存在着孔填充效应和π-π电子供体受体(EDA)反应等吸附机制的贡献。     

冻融循环对牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响

为了解冻融循环(模拟物理老化过程)对不同热解温度下的牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响,通过吸附实验,考查牦牛粪生物炭老化前后对氨氮的吸附特性,并采用元素分析、扫描电镜、FTIR、BET-N2等方法分析牦牛粪生物炭的组成及表面结构特性,探讨冻融循环对牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响机理。结果表明,牦牛粪生物炭老化前后对氨氮的吸附动力学模型符合准二级动力学,吸附等温模型较符合Freundlich模型。不同热解温度的牦牛粪生物炭对氨氮的吸附作用存在显著性差异,冻融循环作用对热解温度较高的牦牛粪生物炭影响较显著(C020 mg·L~(-1)),氨氮初始浓度为5 mg·L~(-1)时,老化后的生物炭PBC450和PBC600(热解温度分别为450℃和600℃)的吸附量比老化前分别显著提高13.1%、12.4%,去除效率分别为62.6%、55%。PBC450和PBC600的阳离子交换量和比表面积比老化前显著增加,阳离子交换量分别增加9.1%和75.7%,pH值、Zeta电位显著降低,其中阳离子交换量和比表面积是影响牦牛粪生物炭吸附氨氮的主要因素。