辣椒秸秆生物炭对考马斯亮蓝染料的吸附性能研究

研究了不同热解温度下以辣椒秸秆为原材料制备的生物炭对水中考马斯亮蓝(CBB)染料的吸附特性,并对生物炭进行表征.结果表明,热解温度为700℃,烧制2 h下制备的辣椒秸秆生物炭对考马斯亮蓝的去除效果最好.在生物炭投加量为3 g/L,考马斯亮蓝染料初始质量浓度为50 mg/L,溶液pH为5,反应温度为25℃的条件下,吸附在120 min左右达到平衡,去除率可达92.66％,最大吸附量为20.51 mg/g.该吸附过程为单层吸附,符合伪二级动力学.辣椒秸秆生物炭可以有效去除水中的考马斯亮蓝染料.     

秸秆生物炭吸附废水中Ni(Ⅱ)的实验研究

在300、500、700℃条件下制备玉米秸秆生物炭(BC300、BC500、BC700),研究了吸附时间、生物炭投加量、溶液初始pH值对Ni(Ⅱ)去除效果的影响.结果表明:玉米秸秆生物炭对溶液中Ni2+的去除率随着吸附时间的增加而增加,在120 min时,BC300、BC500、BC700去除率分别达到76.1％、81.4％和92.8％,此时生物炭的吸附量分别为9.51、10.18、11.6 mg·g-1,Ni2+的去除率随生物炭投加量以及pH的升高均不断增加,且高温热解的生物炭,其吸附效果更好.正交实验表明,4个因素中pH值对镍的去除率影响最大,其次分别为生物炭投加量、吸附时间和生物炭的制备温度.     

Fe浸渍污泥生物炭对含Cd(Ⅱ)废水的吸附性能研究

通过城市污泥热解制备污泥生物炭(BC),采用FeCl_3溶液浸渍污泥生物炭后制备出磁性污泥生物炭(MBC),对比了BC与MBC去除水溶液中Cd(Ⅱ)的能力。考察溶液初始pH、吸附时间、吸附温度以及Cd(Ⅱ)初始浓度对BC和MBC去除Cd(Ⅱ)效果的影响。结果表明,BC和MBC均符合拟二级动力学吸附模型;Langmuir吸附等温模型能够更好地描述BC和MBC去除Cd(Ⅱ)的过程。在溶液初始pH为6.0,生物炭投加量为10 mg,Cd(Ⅱ)质量浓度为10～150 mg/L的溶液25 mL,吸附时间为360 min,温度为25℃的最佳条件下,BC和MBC对Cd(Ⅱ)最大的吸附量分别为76.93 mg/g和167.42 mg/g。经过5次吸附解吸试验,MBC的Cd(Ⅱ)去除率保持在90%以上,BC的Cd(Ⅱ)去除率在55%左右,说明MBC具有更好应用于去除含Cd(Ⅱ)废水的能力。     

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。     

生物炭的制备及其对水相中阿司匹林的吸附性能研究

研究以花生壳、核桃壳、玉米秸秆为原料,经化学试剂活化及高温炭化制备出3种生物来源的生物炭,即花生壳生物炭(PSB)、核桃壳生物炭(WSB)和玉米秸秆生物炭(CSB)。对制备出的3种生物活性炭和商业活性炭进行酸碱改性处理,并以其作为吸附剂来去除水相中的阿司匹林(ASP),研究了活性炭种类、污染物初始浓度、活性炭投加量和改性pH对活性炭吸附性能的影响。结果表明,废弃的花生壳、玉米秸秆、核桃壳可以制备出孔隙结构发达的生物炭。向15.0 mL质量浓度200.0 mg/L的溶液中加入3.0 mg花生壳生物炭,对水相中阿司匹林的去除率可达72.61%;经过合理的改性处理,生物炭与商业活性炭的吸附性能均会有所提高;随着溶液中ASP初始浓度的增加,吸附率逐渐减小,且变化趋势基本保持一致。     

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。     

不同热解温度生物炭对溶液中镉的吸附性能研究

以玉米秸秆、枫杨树枝、花生壳为生物质材料,分别在450、550、650℃下,对3种生物质材料进行厌氧热解制备了9种生物炭,对溶液中的Cd2+进行吸附试验,研究了pH、生物炭投加量、吸附时间和Cd2+初始质量浓度对Cd2+吸附效果的影响。结果表明,吸附过程与Langmuir、Freundlich和准一级动力学方程拟合的相关性较好。pH对吸附的影响较大,吸附率与生物炭的投加量呈正比,650℃制备的3种生物炭的吸附能力更强,花生壳生物炭对溶液中的Cd2+具有更好的吸附能力。     

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。     

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。     

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pH 4.0,生物炭浓度20 g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800 mg/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(20 mg/L)后,拟合得到的理论饱和吸附量达10.10 mg/g,较未加入腐殖酸的吸附量5.56 mg/g提高近1倍。在pH 2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小。腐殖酸浓度上升,生物炭吸附能力进一步提高。红外光谱显示,生物炭表面的羟基、羧基、酯基、芳香环上C-H和环状结构上的C-C等化学活性官能团与Cr(Ⅵ)的吸附有关。结合XPS分析结果,推断腐殖酸共存促进生物炭吸附的机制是：腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集浓度,有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的直接吸附和还原,而腐殖酸本身具有的吸附能力增加了对溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的去除。     

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。     

污泥与生物质共热解制备生物质炭工艺优化及吸附性能

通过污泥与秸秆（玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、芝麻秸秆）慢速共热解的方法,在不同热解温度（300℃、400℃、500℃、600℃）、热解时间（0.5h、1h、1.5h、2h）及配比（污泥与生物质1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2）条件下制备4种生物质炭,即SCBC（污泥-玉米秸秆生物质炭）、SRBC（污泥-水稻秸秆生物质炭）、SWBC（污泥-小麦生物质炭）、SSBC（污泥-芝麻生物质炭）,研究了不同热解条件对生物质炭产率、pH、元素组成、表面特征、吸附性能的影响,并根据吸附性能筛选出各生物质炭的最优制备工艺。结果表明,热解温度为500℃、热解时间为2h、污泥与玉米秸秆、芝麻秸秆配比为1∶1时,污泥与水稻秸秆、小麦秸秆配比为1∶2时,制备的生物质炭吸附性能最优。最优制备工艺条件下,4种生物质炭吸附性能相比：SWBC > SRBC > SCBC > SSBC。     

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。     

不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

Influence of different pyrolysis methods on the sorption property of rice straw biochar

ABSTRACT

Rice straw presents a good potential as feedstock to prepare biochar. In this study, two different pyrolysis methods, that is, slow pyrolysis and direct pyrolysis are applied to carbonize the rice straw in muffle furnace. SEM and TEM images indicate that both samples display porous structure, while BET data confirm that biochars from direct pyrolysis process own higher specific surface area and pores volume than that from slow pyrolysis. Two samples are employed to metal ions Pb(II), Cu(II), Mn(II), and Cr(III) sorption from aqueous solution. The influence of reaction time, pH, and metal ions initial concentration on sorption are evaluated.     

生物炭吸附溶液中Pb2+的定性及定量研究

由木质纤维素类生物质经过热解制得的生物炭能够高效地吸附污水中的重金属离子,将其作为Pb²⁺吸附剂,具有广阔的应用前景。本文以松木与大豆秸秆为原料,分别在400、600、800℃下制备了生物炭,考察了其理化特性与吸附性能之间的关系,并对各吸附机制的相对贡献进行了定性及定量分析。研究结果表明：大豆秸秆生物炭的吸附性能(最大吸附容量分别为209.35、180.62和226.64 mg·g^-1)远优于松木生物炭的(4.62、12.02和23.47 mg·g^-1)。6种生物炭对Pb²⁺的吸附过程都符合Langmuir模型和拟二级动力学模型,以化学吸附为主,受物理微观结构的影响较小。阳离子交换在生物炭吸附Pb²⁺过程中占据重要作用,其中Ca²⁺的交换能力最强。Pb²⁺在生物炭表面的矿物沉淀主要为水白铅矿和碳酸铅。矿物质沉淀(贡献占比21.9%～76.8%)和阳离子交换(18.1%～72.5%)是大豆秸秆炭和松木炭对Pb²⁺的...     

小麦秸秆生物炭吸附诺氟沙星特性

采用孔径与比表面积分析仪、SEM、FTIR及Boehm滴定对小麦秸秆生物炭(XM300、XM450、XM600)进行表征,考察了生物炭对诺氟沙星(NOR)的吸附机制。结果表明,随着热解温度的升高,生物炭比表面积与孔容积增大,孔径变小,表面羧基、内酯基与酚羟基等酸性官能团数量减少。伪二级动力学方程和Langmuir等温模型更适合描述3种生物炭对NOR的吸附,颗粒内扩散方程拟合发现生物炭对NOR的吸附包括快速外扩散与缓慢内扩散;XM300对NOR的吸附容量最大(40.30 mg/g),得益于低热解温度生物炭中存在大量非碳化有机质的分配作用。     

Single and competitive adsorption affinity of heavy metals toward peanut shell-derived biochar and its mechanisms in aqueous systems

Converting peanut shells into biochar by pyrolysis was considered an environmentally friendly and efficient method for agricultural solid waste disposal. The properties of peanut shell-derived biochar (PBC) under different temperature and its adsorption capacity of heavy metals were investigated. It was found that PBC400 exhibited the highest cumulative capability for heavy metals elimination in single solute because of its high specific surface area and rich functional groups. Furthermore, the competitive adsorption revealed that PBC had a substantial difference in adsorption affinity from diverse heavy metal ions, sorption capacity decreased as Pb²⁺ > Cu²⁺ > Cd²⁺ > Ni²⁺ > Zn²⁺, which was lower than in a single solute. The adsorption process using selected biochar was optimized with respect to pH, reaction time, adsorbent dose, and initial concentration of heavy metals. The kinetic data was well fitted with PSO model, and the Langmuir model was adopted for adsorption equilibrium data in both cases of single solutes and mixed solutes for all heavy metals, which indicated that the removal course was primarily explained by monolayer adsorption, and chemical adsorption occupied an important role. Therefore, peanut shells derived biochar could be a potential and green adsorbent for wastewater treatment.     

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。