生物炭及其复合材料吸附重金属离子的研究进展

生物炭作为废弃生物质在缺氧条件下热解得到的固态产物,由于其表面具有丰富的官能团及较强的吸附性能等优点而被广泛应用到重金属废水处理。近年来,众多学者将生物炭与其他材料通过物理、化学方法结合,制备出对重金属离子具有优良吸附性能的生物炭复合材料。首先介绍了生物炭及其复合材料的制备方法和基本特性,其次考察了生物炭及其复合材料对重金属离子的吸附效果及影响因素,最后阐述了生物炭及其复合材料吸附重金属离子的机制,并对生物炭及其复合材料处理重金属离子的发展方向进行了展望。     

热解法制备烟杆生物碳及其吸附性能研究

目的 解决烟杆废弃物的燃烧处理造成的资源浪费和环境污染问题,研究实现烟杆废弃物资源化利用。方法 通过对烟杆在不同温度下进行热解制备烟杆生物碳,表征烟杆生物碳的形貌、结构和吸附性能,并将其应用于重金属离子吸附。结果 研究表明,800 ℃热解条件下制得的烟杆生物碳具有良好的孔隙结构以及优异的金属离子吸附效果,该生物碳对Cu(Ⅱ)吸附效果最佳,Cd(Ⅱ)次之,Cr(Ⅲ)的吸附效果不显著。结论 烟杆制备的生物碳对特定重金属离子具有优异的选择吸附效果,该研究对重金属吸附和污水处理领域的发展有重要的指导意义。     

废弃秸秆生物炭的制备及其在污水处理中的应用研究进展

结合国内外研究现状，对秸秆生物炭的制备原料、制备方法和改性途径进行了梳理，综述了秸秆生物炭对水体中有机染料、重金属离子、氮、磷、抗生素等污染物的吸附性能及吸附机理。针对现有研究中存在的不足，对生物炭结构和功能缺陷的改善、高稳定性和低生态风险生物炭的研制、高效低耗回收与再生、实际污水处理效能等未来研究方向进行了展望，以期为秸秆生物炭在污水处理领域的应用和发展提供有益参考。     

巴旦木壳基生物炭的制备及其吸附性能表征

为控制环境污染领域提供新材料,分别在300、400和500℃条件下制备了巴旦木壳(BC)和干炒巴旦木壳(BCF)生物炭,并用不同浓度的HCl和NaOH对生物炭进行了改性。用国标法表征了生物炭的真密度、灰分、钙镁含量、pH值、焦糖脱色率、亚甲基蓝吸附量、碘吸附值及比表面积等基本性质,并对溶液中Pb²⁺和Zn²⁺的吸附特性进行了研究。实验结果显示,随着炭化温度的升高,两种生物炭的产率降低,灰分、钙镁含量、真密度、比表面积、孔体积、碘吸附值和pH值增加;BC500和BCF500的比表面积分别达到了199.97和295.44m²/g。BCF的灰分明显高于BC;酸碱及其浓度对不同参数产生的影响不一致。400℃碳化的两种生物炭的亚甲基蓝吸附值较高,酸碱改性后吸附值均增高;高温热解有利于制备碘吸附值高的生物炭,碱改性能提高碘吸附值,BC500和BCF500及其碱改性产物的碘吸附值达到330mg/g以上;两种生物炭及其改性产物的焦糖脱色率变化没有明显规律;高浓度酸碱改性显著降低了高温制备的BC和BCF的Pb吸附量;酸改性降低了、碱改性提高了两种生物炭的Zn吸附量。总之,两种巴旦木壳生物炭对不同物质的吸附特性不同,建议根据污染物的种类选择不同的生物炭制备工艺和改性剂。     

重金属生物吸附研究现状及发展趋势

本文综述了生物吸附重金属的机理，生物吸附剂的来源、预处理、固定化、脱附以及影响生物吸附的因素，并时今后的研究工作提出了展望，尤其是利用生物吸附技术处理废水的研究和应用。     

改性浒苔生物炭吸附水溶液体系中的Cd2+

本研究运用NaOH浸渍法和合成硅源方法,采用NaOH和TMT-102(一种商用重金属捕捉剂)改性浒苔生物炭,研究两种改性产物NaOH-BC和TMT-BC的Cd2+吸附效果.采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、Brunauer-Emmett-Teller法(BET)测定比表面积等手段进行表征,探究了吸附时间、初始Cd2+浓度、吸附剂投加量、初始溶液pH值、吸附温度、共存离子等因素对改性生物炭的Cd2+吸附影响.结果显示未改性的生物炭表面光滑,NaOH-BC表面未见有明显的腐蚀痕迹,TMT-BC表面呈密集雪花状,且吸附后的两种改性生物炭比表面积相对于吸附前减小;改性和吸附处理后,生物炭的衍射峰位置发生了变化;改性浒苔生物炭的吸附属于均匀的单层化学吸附;在吸附300 min,初始Cd2+浓度为15 mg·L-1,初始溶液pH值为6、吸附剂用量为0.8 g·L-1的条件下,上述两种改性生物炭对Cd2+的最大吸附量分别为1.21和7.23 mg·g-1.TMT-102负载改性法可有效提高浒苔生物炭吸附Cd2+效果.     

壳聚糖基吸附材料去除水中有机染料的研究进展

壳聚糖是一种丰富的天然生物多糖，具有无毒、生物相容性好、生物可降解等众多优异性能。由于壳聚糖分子结构上的氨基、羟基等可作为吸附位点，因此它成为了吸附领域的研究热点。综述了近些年来壳聚糖基吸附材料的改性及其在染料吸附方面的研究进展，指出壳聚糖基吸附材料吸附有机染料的主要机理为：静电吸引、络合作用、氢键作用、π-π相互作用和物理吸附作用。基于目前的研究现状，指出壳聚糖基吸附材料在该领域研究中应着重考虑再生性、选择性和分离性。     

纳米银的生物制备及应用进展

阐述了银纳米颗粒在催化剂制备、抗菌材料及电子浆料等领域的应用。综述了生物还原法制备纳米银的研究进展,主要包括用于生物吸附及生物还原银离子的微生物材料和生物吸附还原银离子的相关机理。     

生物炭对多环芳烃的吸附行为研究

采集生物质材料制备生物炭,对其性质进行表征,测定了其对菲、芘的吸附,考察了其性质与吸附行为的关系。3种生物炭的吸附能力遵循草炭>松针炭>玉米芯炭的顺序,相较于极性作用,表面积和孔在吸附中占主导作用。小粒径玉米芯炭的吸附能力和非线性程度大于大粒径,深度粉碎暴露出来一些内部原不可及的孔,增加了点位的异质性,提高了其吸附能力。生物炭对菲的吸附能力大于芘,是由于较小的菲分子更易到达吸附点位的缘故。     

生物源方铁锰矿吸附Cu（II）和Zn（II）的特性

利用从土壤中分离出来的Mn（II）氧化细菌Providencia sp. LLDRA6,制备和纯化生物锰氧化物。通过扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）、高分辨率透射电镜-选区电子衍射（HRTEM-SAED）、X射线光电子能谱（XPS）和比表面积测定（SSA）等手段,对生物锰氧化物进行了表征分析。研究结果表明：得到的生物锰氧化物是弱结晶的方铁锰矿（Mn2O3）,比表面积为5.740 m2/g;生物源Mn2O3对Cu（II）和Zn（II）具有较强的吸附能力,吸附最适pH均为6,吸附容量分别为89.889 mg/g和70.595 mg/g;生物源Mn2O3吸附Cu（II）和Zn（II）的动力行为均符合伪二级动力学模型,表明生物源Mn2O3吸附Cu（II）和Zn（II）的速率受化学吸附的控制;生物源Mn2O3对Cu（II）和Zn（II）的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,表明吸附类型属于单分子层吸附。     

不同类型生物炭对CO2吸附性能及其机理

本研究以5种生物质为原料制备了生物炭,并对其进行理化表征,考察了生物炭对CO₂的吸附性能及机理。结果表明,椰壳(YK)、松木(SM)生物炭的比表面积是玉米芯(YM)、芦苇秆(LW)、椰衣(YY)生物炭的1.99～2.90倍。YK、SM对CO₂的吸附量(108.78～118.89 mg/g)高于YM、LW、YY(95.33～105.55 mg/g)。此外,YK中较高的S含量(2.17%)与碱度对CO₂吸附也起着促进作用。研究发现,生物炭的比表面积、孔径、碱度、官能团均是影响CO₂吸附的重要因素,当孔隙差异明显时,孔隙结构对CO₂吸附的影响会掩盖碱度带来的差异。Avrami模型和Langmuir模型可以较好地拟合生物炭对CO₂的吸附过程,表明CO₂在生物炭上的吸附以单层吸附为主。生物炭吸附CO₂是以物理吸附为主伴有化学吸附作用的过程,且受温度影响较大,当温度从0℃升高到65℃时,生物炭对CO₂的...     

龙葵生物炭的制备及对重金属镉的吸附研究

以修复土壤重金属污染的植物龙葵为原料制备生物炭,利用龙葵生物炭吸附去除含有重金属Cd~(2+)的污水,对龙葵生物炭颗粒参数以及其吸附Cd~(2+)的条件进行分析。结果表明:用氢氧化钠去脂、稀硝酸活化、550℃煅烧1h制备的龙葵生物炭颗粒较小,分布较均匀。龙葵生物炭吸附Cd~(2+)的最佳条件为:pH=6、生物炭用量0.1g、溶液体积为40mL、吸附平衡时间180min。龙葵生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合Freundlich和Langmuir等温吸附模型。     

裂解温度对湿地植物基生物炭理化性质与镉吸附特性的影响

以湿地植物美人蕉(MBC)、再力花(ZBC)和旱伞草(HBC)为原材料，采用热裂解法于300、 500、 700℃下制备生物炭，应用全自动元素分析仪、扫描电子显微镜、红外光谱等手段表征分析生物炭理化性质，采用静态吸附法系统研究生物炭对镉的吸附特性。结果表明：制备温度对生物质炭的理化性质、表面形貌和矿物成分有很大影响；中温(500℃)、高温(700℃)裂解生物炭对镉的吸附性能优于低温(300℃)裂解生物炭的，500℃裂解生物炭吸附性能最好，对Cd²⁺吸附容量均值可达96.00 mg·g^-1,极值可达108.28 mg·g^-1,且吸附容量从大到小为ZBC、 MBC、 HBC; 500℃裂解湿地植物基生物炭对Cd²⁺的吸附平衡时间为30 min左右，适宜的投加量和较大的溶液pH、离子初始质量浓度、反应温度有利于生物炭对Cd²⁺的吸附，对Cd²⁺吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型和拟二级动力学模型，且属于优惠吸附；裂解温度的升高可以促进生物炭芳香化，改...     

氮掺杂生物炭吸附降解有机污染物的研究进展

生物炭是生物质热解和碳化后产生的高含碳物质。氮掺杂生物炭改善了生物炭的性能，使其在吸附降解有机污染物等方面的应用前景更为可观，引起了学者的广泛关注。而氮掺杂生物炭对有机污染物的吸附降解性能受多种因素影响，如生物炭的制备条件及其性质等。详细讨论了生物质原料和掺杂方式等因素对氮掺杂生物炭性质的影响，总结了氮掺杂生物炭吸附和降解有机污染物的影响因素及机理，并提出了氮掺杂生物炭的未来研究方向。     

松针基碳电极的制备及对碱/碱土金属离子的电吸附

以松针为初始原料,通过低温水热-高温碳化(活化)法,制备了两种松针基生物碳(PN和APN),在此基础上以自制生物炭为主要原料制备了生物碳基电吸附电极。通过SEM、拉曼光谱仪、XRD仪、比表面积和孔径分析仪以及电化学工作站对材料的形貌、结构和电化学性能进行表征,并考察了电吸附电极对碱/碱土金属离子的电吸附行为。结果表明,经活化得到的生物碳(APN)具有较大的比表面积(1 545 m~2·g~(-1))和更为发达的孔道结构,作为电吸附电极,其电化学性能良好(电容高)。吸附性能研究表明,在初始浓度相同的情况下,电极对离子的归一化吸附容量顺序为:Sr~(2+)Ca~(2+)Mg~(2+)Cs~+Rb~+K~+Na~+Li~+。吸附电压越高,电极的吸附容量越大。离子初始浓度越大,吸附容量也越大。循环结果表明,生物碳基电吸附电极的循环使用性能良好。     

稻草生物炭对铕的吸附行为及机理研究

以农业残留物为原料制备的生物炭被广泛应用于去除重金属, 这对于环境保护具有双重意义。本研究以稻草为原料制备了生物炭, 通过系列静态实验和光谱技术研究其对重金属铕(Eu)的吸附行为及机理。研究发现溶液pH显著影响生物炭对Eu(III)的吸附量, 但不改变吸附反应时间; 腐殖酸/富里酸(HA/FA)在pH<7.0的溶液中能促进生物炭对Eu(III)的吸附, 而在pH>7.0的溶液中则抑制Eu(III)的吸附; 吸附过程主要涉及共沉淀或内表面络合机制; 该吸附属于化学吸附, 且吸附速率受内颗粒扩散过程的限制。此外, Freundlich模型对该吸附拟合最好, Langmuir模型显示稻草生物炭对Eu(III)的最大吸附量为40.717 mg/kg, 这可能与生物炭的层状结构和丰富的官能团有关; 热力学分析表明该吸附是自发的吸热过程。这些发现有利于评估稻草生物炭在去除水中重金属方面潜在的应用价值。     

生物质热解条件对生物焦吸附性能的影响

研究了热解终温、生物质粒径和升温速率对热解所得生物焦吸附亚甲基蓝性能的影响,并结合扫描电镜(SEM)图进行了详细分析。实验表明,热解终温为800℃时得到的生物焦吸附性能较好,孔隙材料和生物焦表面的结构烧蚀较少;生物质粒径为30～60目时热解所得生物焦表面存在的坍塌区较60～100目的少;热解时升温速率的提高使得可燃气产率增加,20℃/min时所得的生物焦吸附性能较好。     

利用茭白叶制备的吸附材料除磷性能研究

以农业废弃物茭白叶为原料,采用氯化亚铁盐溶液浸渍制备改性茭白叶生物吸附剂,并用扫描电镜研究了茭白叶改性前后的表面形貌变化,重点研究了被吸附溶液pH值、浸渍改性液的浓度、生物吸附剂粒度、吸附时间等因素对磷吸附能力的影响.研究结果表明,经12%FeCl2溶液浸渍制得的片状生物吸附剂在pH值5.5的NaH2PO4溶液中经30h吸附后,茭白叶纤维素的羟基与铁离子反应,使得改性后茭白叶生物吸附剂具有较强的吸附能力,其去磷能力最高可达5.02mg/g,吸附符合伪一级动力学模型.     

金属有机骨架材料对生物燃料的吸附和纯化性能研究

金属有机骨架(MOFs)材料由于具有表面积大、结构多样性、永久孔隙率高和热稳定性高等优点,广泛应用于存储、分离和催化等领域。生物燃料是对环境无害且呈碳中性的一类新型可再生能源。主要介绍了研究MOFs吸附与分离性能的理论方法,综述了有关MOFs在生物燃料吸附与分离性能领域的实验和理论方面的最新进展,分析了提高吸附和纯化性能的方法和途径。最后讨论了MOFs在生物燃料领域未来的研究方向和发展前景。     

纤维素基吸附功能材料的应用及其发展趋势

纤维素是一种来源广泛的天然生物高分子,拥有棉、麻及醋酸菌荚膜等多种原材料来源,具有良好的生物友好性、可生物降解性及良好的力学强度等。纤维素基功能材料是指利用纤维素,通过生物、化学以及物理等方法制造的一类新材料。结合国内外纤维素基吸附材料的研究现状,介绍了多种纤维素基吸附功能材料的状况及今后发展态势。