生物炭吸附去除水中重金属的研究进展

近年来,水环境中重金属污染问题日益严重,生物炭材料被广泛应用于环境污染修复。但是原始生物炭材料对污染物的吸附性能欠佳,衍生出众多对其吸附性能提升的研究。到目前为止,有关生物炭材料制备和改性的进展总结欠全面,关于生物炭材料吸附水中重金属离子反应机理的整理也不够深入。基于生物炭材料在水环境中重金属离子吸附领域的研究现状,对生物炭材料的制备方式、改性方法和主要影响因素进行了综述,并梳理了生物炭对水中重金属离子的吸附机制研究进展。最后提出了生物炭材料在应用中可能存在的问题和发展方向。以期为生物炭材料在受重金属离子污染水体的修复应用提供理论和技术支撑,为实际的环境污染修复提供新的思路。     

铁改性生物炭去除重金属研究进展

目前土壤和水环境中重金属污染仍然较为严重,寻找合适的去除剂成为了环境研究者们的重要任务。生物炭作为新型吸附剂由于对水环境以及土壤中重金属离子如Cu、Fe、Pb、Cr等具有良好的吸附效果因而得到了环境领域的广泛关注。然而仅用生物炭去除重金属仍然有着吸附效率不够高,吸附性能不够稳定等缺陷,本文通过整理各类铁改性生物炭的研究,总结归纳了铁改性生物炭的制备及其去除机理,并与目前常规生物炭做了对比,指出铁改性生物炭对重金属污染的去除可行性和广阔前景。     

生物炭复合材料的制备及其对镉污染土壤的修复探究

当前,土壤重金属镉污染问题备受关注,原位钝化修复技术因简单易行、经济高效最为常用,钝化材料的选取是该技术的关键。生物炭具有原料丰富、比表面积大、吸附能力强等优点,被广泛认为是一种稳定、极具应用前景的修复材料,但单一生物炭的处理能力有限,需要通过改性来优化。综述了生物炭及复合材料的制备方法,归纳汇总了生物炭复配各类钝化材料对重金属镉污染土壤的修复进展,以期为生物炭复合材料修复土壤重金属镉污染提供依据。     

改性生物炭固定土壤中重金属机理的研究进展

固定化是一种降低土壤重金属毒性的有效方法,改性生物炭固定重金属的能力已取得了显著成果,其在土壤修复中得到广泛关注。但改性生物炭在污染土壤中固定重金属的综合机理需进一步探究,因此运用CiteSpace数据分析软件,以氧阴离子型重金属As和阳离子型重金属Cd为例对改性生物炭固定土壤中重金属的机理进行分析,综述了其氧化还原、表面共沉淀、络合、离子交换及静电吸引的作用机制。对改性生物炭增强固定土壤重金属不同机理的原因和方法进行总结,对其处理土壤重金属污染的前景进行了展望,为改性生物炭治理土壤重金属污染的应用提供参考。     

磁性生物炭复合材料修复重金属污染土壤机理及室内试验研究

以唐山滨海地区土壤为研究对象,以生物炭为修复材料,对其进行表面氧化改性,并与中酸性助剂、粘土矿物进行高温合成,得到一种磁性生物炭复合材料。对污染土采用土壤淋洗的方式进行修复,在实验室中根据不同的控制条件,优选出对土壤重金属含量修复率最高的淋洗工艺条件。最终,液土比为8:1、转速160rpm、淋洗搅拌时间15min为最佳工艺条件。本研究制备的新型磁性生物炭复合材料对污染土壤中的重金属有害成份实现了磁性吸附、鳌合,土壤中重金属汞含量平均能降低38%、镉含量平均降低45%、铬含量平均降低10%、铅含量平均降低26%,将重金属转化为矿物类形态,生态环保,具有对土壤重金属离子稳定效果长久、适用范围广、制备简单和成本低等优点,能够达到修复重金属污染土壤的目的。     

生物炭在铀污染土壤修复中的应用研究进展

作为一种吸附固定材料,生物炭在土壤修复中所具有的良好应用前景使其成为环境等领域的关注热点.本文总结了生物炭的性质与制备方法,生物炭作为土壤改良剂在土壤固定修复中的应用情况,并从热解温度、生物质选取和改性方式等方面分析了生物炭对土壤中铀和伴生重金属的吸附影响,从配位作用、化学还原、离子交换、静电作用和物理吸附作用阐明了生...     

改性腐植酸基复合材料钝化土壤重金属的应用研究

为降低自然界中重金属离子的生物利用度、迁移率和毒性,研制了一种以生物炭粉和腐植酸钠为原材料,用乙酸进行表面改性的腐殖酸基修复材料。以有机酸对腐殖酸钠进行表面改性,并将生物炭负载于腐殖酸表面,增加其表面重金属络合吸附位点,提高对污染土壤中有毒金属离子的吸附和络合能力,显著降低金属的迁移率。在Pb、Hg、Cr、Cd污染的土壤中,对比研究单纯生物炭粉和改性腐殖酸基复合材料不同添加量下,对土壤重金属的有效态影响。通过与单纯生物炭粉修复材料对比,改性腐殖酸基复合材料降低土壤中重金属有效态含量更多,修复效果更为显著,表现出更强的吸附重金属能力。利用扫描电镜实验探究改性腐殖酸基复合材料对重金属的吸附机理并进行探讨。改性腐殖酸基复合材料是新型环境友好和稳定高效的重金属污染土壤修复材料,充分响应国家节能环保绿色理念,减少对生态环境和人类健康的风险,为治理重金属污染土壤的深入探究提供了重要的解决方法。     

生物质热解制备多孔吸附材料的研究进展

综述了生物质热解制备生物炭过程中前驱体的选择、原料粒径、热解方式、热解温度、升温速率、停留时间和热解压力等工艺参数对其物化性能的影响,通过采用各种改性方法来改变生物炭的表面结构、官能团及元素种类数量和形态结构来提高其结构的稳定性、吸附的高效性以及可重复利用性,以期用生物炭来解决废水环境中各类污染物的污染问题。分析了生物炭在制备过程中仍然存在的问题和不足,目前作为吸附材料在应对污水处理、土壤修复和气体净化等方向的吸附性能需要改进和提高,也对未来的制备过程的优化、改性方法的合理选取、使用过程中各种因素的交互影响、成本估算以及可循环利用等研究方向提供科学依据和理论基础。     

生物炭应用于修复重金属污染的湖泊底泥

随着城市化的推进,重金属在底泥中广泛积累,给生态系统和公众健康带来巨大风险。以生物炭吸附剂为核心,重点介绍了生物炭的制备过程、吸附机制差异以及环境条件对重金属吸附的影响,并对生物炭应用于湖泊底泥重金属污染修复的方式提出建议,最后对生物炭应用于湖泊底泥重金属污染修复技术的发展进行展望。     

生物炭的制备、改性及其在环境修复中应用的研究进展

介绍了生物炭的制备、改性及表征,尤其是在环境修复中的应用。阐述了生物炭常用的制备方法包括热解法、气化法和水热碳化法,指出生物炭的制备原料和条件决定了生物炭的吸附性能。为了提高生物炭的吸附性能,常通过酸、碱、氧化剂、金属氧化物、有机化合物、紫外辐射、等离子体、复合材料、蒸汽及气体吹扫等方式对其进行改性处理,而改性方法的选择主要取决于应用的环境领域。虽然生物炭已在土壤修复及改良、固碳、有机固废堆肥、废水净化及大气污染治理等领域取得了良好的效果,但是生物炭的固碳效果还需要在不同土壤条件进一步验证,生物炭提高土壤质量的原因还需要进一步研究,生物炭去除土壤中有机污染物的作用机理也有待进一步探明。此外,利用生物炭进行环境修复时,应注意生物炭的稳定性问题,以免造成二次污染。综上所述,生物炭在环境修复中具有广阔的应用前景,但也存在一些问题和挑战需要解决。     

A review on preparation,surface enhancement and adsorption mechanism of biochar-supported nano zero-valent iron adsorbent for hazardous heavy metals

Heavy metal pollution of water is a global concern, which adversely affects human health because of its resistance to biodegradation and thus its transmission in the food chain via bioaccumulation. Nano zerovalent iron (nZVI) is very effective for the removal of heavy metals and is cost effective in terms of production. However, the main problems of nZVI are agglomeration and ease of oxidation. Several stabilization materials have been implemented to limit the aggregation of nZVI, such as silica, activated carbon and biochar. In comparison, as a support material, biochar possesses a large surface area, high stability and strong adsorption capacity, as well as being obtainable from various types of materials. Thus, this work aims to establish the opportunities available on the use of biochar-supported nZVI in utilizing its ability to stabilize and immobilize the nZVI. This review also reports the preparation, modification and surface enhancement of biochar, nZVI and biochar-nZVI for practical use as adsorbents. This review shows that modifications of the nZVI surface can help in their stabilization and reduction of aggregation. Additionally, this review is able to increase one's understanding of heavy metal sorption behavior by biochar-supported nZVI as it is the important as heavy metal sorption is driven based on biochar-nZVI type and heavy metal species which involve numerous mechanisms, including physical binding, complexation, ion exchange, surface precipitation and electrostatic interactions. Furthermore, this research reviews the adsorption parameters, including the crucial adsorption mechanism of heavy metals onto biochar-nZVI; the reusability of the biochar-nZVI is also discussed in this work. © 2022 Society of Chemical Industry (SCI).     

生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响

为探索生物炭作为改良剂修复矿区重金属污染土壤的可行性,以玉米秸秆为原料在450℃制备生物炭,采用扫描电镜、能谱分析以及傅里叶变换红外光谱等分析与测试手段对其进行表征。采用室内连续培养的方法,研究在不同培养时间条件下,添加不同施用量（0、1%、3%和5%）的生物炭后,对矿区土壤pH,阳离子交换量（CEC）,土壤重金属Cu、Zn、Pb和Mn有效性以及重金属不同形态变化的影响。结果表明：生物炭能够提高土壤的pH和CEC,且都随着添加量的增加而增加。56d土壤培养后,与对照相比,1%、3%和5%添加水平下pH分别增加了1.14个、1.42个和1.67个单位,土壤CEC分别增加了2.02cmol/kg、3.60cmol/kg和5.39cmol/kg。添加不同含量生物炭后,土壤中有效态重金属均呈现不同程度的降低,而且生物炭添加量越大,降幅也越大。在5%添加水平下,生物炭分别使Cu、Zn、Pb和Mn有效态下降了49.2%、46.2%、72.5%和26.3%。重金属有效态含量与土壤pH、CEC均呈显著负相关关系。添加生物炭后,土壤中重金属的形态发生了变化,由易迁移的弱酸提取态向更加稳定的残渣态转化,且生物炭添加量越大,钝化效果越显著。综上所述,玉米秸秆生物炭的添加提高了矿区重金属复合污染土壤的pH和CEC,促进了重金属复合污染土壤中Cu、Zn、Pb和Mn的弱酸提取态向化学性质稳定的残渣态转化,降低了土壤重金属的有效性,实现了对重金属复合污染土壤的修复。     

球磨改性生物炭在环境修复中的应用进展

利用球磨机械力化学技术制备的改性生物炭具有成本低、产能高、绿色无溶剂等优点,近年来受到研究人员的广泛关注.球磨改性增加生物炭表面官能团、扩大其比表面积以及提高吸附容量,使球磨改性生物炭对环境污染物具有优异的去除性能,在环境修复领域应用前景广阔.介绍了球磨改性生物炭的制备与理化性质,总结了球磨改性生物炭在环境修复中对污染物质去除的最新进展,同时明确其对各类污染物的去除机制.在此基础上,探讨球磨改性生物炭在环境修复中目前存在的问题与限制因素,从明确技术和经济可行性、扩展材料应用范围以及厘清潜在生态环境风险等方面提出未来研究方向.     

淋溶条件下生物炭对矿区土壤中重金属迁移的影响

以玉米秸秆为原料在450℃下制备生物炭,将生物炭按5%的炭土比例施入矿区重金属污染土壤中。通过室内土柱淋溶试验,分析加入生物炭对土壤淋出液pH、重金属纵向迁移行为及重金属累积释放量的影响。结果表明：加入生物炭处理后土壤淋出液的pH显著高于对照处理,说明生物炭可以在一定程度上缓解土壤的酸性。与对照相比,添加生物炭降低了重金属向下层土壤迁移的风险,淋溶后土柱中Pb、Cu、Zn和Mn的纵向迁移量分别降低了65.93%、50.95%、49.29%和30.95%,生物炭对土壤中重金属纵向迁移抑制的顺序为Pb>Cu>Zn>Mn,生物炭对Pb的钝化效果最好。随着淋溶液体积的增加,Pb、Cu、Zn和Mn这4种重金属的淋溶累积释放量总体上呈现出前期快速溶出和后期缓慢溶出两个明显的阶段。4种重金属的累积释放量大小为Pb>Mn>Zn>Cu,添加生物炭后明显降低了重金属的累积释放量。对土壤中金属释放过程进行数学方程拟合后发现,应用Elovich方程能较好地描述重金属释放过程,说明这4种重金属元素在土壤中的淋溶和释放过程的机制不是单一反应过程,而是属于活化能变化较大的复杂反应过程。加入生物炭后各重金属的b值均低于对照组,重金属迁移速率随着生物炭的添加而降低,说明生物炭能提高土壤对重金属离子的吸附力,降低因土壤淋溶作用而引起的重金属迁移,可以实现对重金属复合污染矿区土壤的修复。     

改性膨润土吸附重金属离子的研究与应用进展

膨润土具有很强的吸附能力,通过对膨润土进行改性,可提高其对重金属离子的去除能力.国内外学者对改性膨润土用于含重金属离子污水的处理进行了广泛的研究.概述了膨润土改性制备方法和表征手段,讨论了影响改性膨润土吸附重金属离子的主要因素.对近年来国内外改性膨润土吸附水体中铬、镉、汞、铅、镍等重金属离子的应用研究进行了综述,并指出了改性膨润土用于重金属废水处理存在的问题和今后的研究方向.     

生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能

以重金属、药物及个人护理品污染物（PPCPs）和氮磷氟等为代表的水体主要污染物脱除已成为水污染治理研究的重点。吸附法由于其具有操作简易、成本效益高等优势，在水污染治理方面应用广泛。相比于传统吸附材料，生物炭具有原材料丰富、比表面积大、成本低廉等优势，但其表面官能团的丰富度有限，经适当改性能够增加生物炭的吸附活性位，从而提高其吸附性能。本文根据改性剂类型、合成方法及合成的先后顺序，系统阐释了生物炭的改性方法及其复合体的理化特性；结合最新研究报道，在合成方法、吸附性能和机理方面归纳汇总了生物炭基复合材料在水体重金属、PPCPs和其他污染物中的吸附应用，并对生物炭基吸附剂再生与资源化利用的新理念及应用进行了概述，最后展望了生物炭基吸附剂有待深入研究的方面，并提出建设性的意见。     

生物炭吸附重金属离子的研究进展

生物炭在过去的十几年里受到了广泛关注,由于其低成本、环境友好、可再生等优点,在环境管理方面具有良好的应用前景。本文介绍了生物炭的概念、应用和性质,重点综述了生物炭吸附重金属离子的研究进展,并探讨了目前面临的挑战和应用前景。生物炭是在缺氧或无氧条件下热化学转化生物质得到多孔富碳材料,主要用于土壤改良,可以提高作物产量、实现碳封存以及减少温室气体排放,并且在催化、能源和水处理等方面具有潜在的应用。生物炭制备方法包括热解、气化、水热炭化等,生物炭的性质受生物质原料、制备工艺和技术参数影响。重点介绍了生物炭吸附重金属离子的相关研究,包括生物炭吸附重金属离子的影响因素、吸附机理和改性生物炭的制备。通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和表征技术可以揭示表面络合、静电引力、表面沉淀和离子交换等吸附机理。生物炭吸附重金属离子的最新研究主要致力于通过改性提高生物炭的吸附性能,改性方法主要包括物理化学活化以及复合金属氧化物或化合物、功能有机物、纳米粒子等。生物炭吸附重金属离子面临一些问题和挑战,距离实际废水处理应用还有一定差距。     

纤维素纳米纤维及其改性产物吸附重金属的研究进展

重金属污染是目前全世界面临的一个重大挑战,传统治理方法成本高、效率低等缺陷已不符合当今社会可持续发展战略。纤维素纳米纤维（cellulose nanofiber,CNF）因可再生、活性高、比表面积大和密度低等优点,在重金属吸附领域显示出巨大的应用潜力。本文主要综述了CNF的化学改性方法及其改性产物在水体系重金属离子吸附中的应用进展。首先对CNF的改性进行了系统的综述,主要包括化学接枝改性（羧基化、氨基化、巯基化、磷酸基化、磺酸基化和醛基化和硅烷化等）与接枝共聚改性。其次从结构设计方面重点阐述了改性CNF以气凝胶、水凝胶和复合膜等不同形态对水体系中重金属离子进行吸附的应用研究。最后,对CNF基重金属吸附剂的优缺点进行了讨论,指出了CNF基重金属吸附剂在局限性和适用性等方面的挑战,展望了CNF在水体系重金属离子去除领域的发展方向。     

磁性生物质炭的制备及在污染水体中的应用

介绍了磁性生物质炭的制备方法及所需的原料,尤其是在污染水体中的应用。阐述了磁性生物质炭的制备方法,包括浸渍-热解法、液相还原法、共沉淀法和物理混合法,并指出各种制备方法的优缺点。重点分析了磁性生物质炭吸附污染物的影响因素及机理,发现磁性生物质炭的热解温度及投加量、溶液的pH、反应时间、污染物的初始浓度、吸附温度和溶液中其他竞争离子等对污染物吸附效果都有一定的影响,而且其吸附机理比较复杂,关键的吸附机理包括物理吸附、离子交换、静电吸附、共沉淀、表面络合等。详细总结磁性生物质炭在污染水体中的应用,磁性生物质炭已广泛用于去除水体中的各种污染物,包括重金属、无机阴离子、抗生素、农药、有机染料及核污染物。此外,还对磁性生物质炭的再生和回收进行了评价。