木质纤维素类生物质水热炭化机理及水热炭应用进展

通过水热炭化方法 （HTC）制备纤维类生物质炭材料，是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点，在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等受原料物理化学结构和水热反应条件影响较大，而水热炭的性质直接影响水热炭的应用。木质素炭化需要较高的水热强度，生成的水热炭石墨化程度和稳定性更高，可应用于导电、耐高温材料等领域；纤维素、半纤维素相对于木质素炭化温度低，更易形成多孔结构，获得更高的比表面积。另外二者因富含羟基，制备的水热炭表面具有丰富的含氧官能团，有利于通过静电吸附、离子交换等过程实现污染物吸附，进一步应用于环境治理等领域。水热温度主要影响炭化程度和水热炭得率，而水热时间则对水热炭形貌具有更明显的作用。通过改性可以定向调控水热炭性能，扩大其应用领域范围。为明晰不同条件下水热炭的结构变化，本文综述了纤维类生物质的种类、原料组成及水热条件对水热炭结构的影响，深入分析了水热炭生成机理，探讨了生物炭改性方法，归纳了生物炭在不同领域的应用并展望了未来的发展方向和前景，为生物质基水热炭研究提供参考。     

氨基化水热炭对溶液中Cr(Ⅵ)吸附性研究

以松木屑为原料制备水热炭,并以不同浓度磷酸二氢铵作为活化剂对所制备的水热炭进行改性;通过傅里叶红外光谱、SEM、元素分析等表征所得水热炭。结果显示低浓度活化剂改性水热炭表面积增大,表面含氮官能团增多。探究不同溶液中pH、投加量、吸附时间、溶液初始浓度对水热炭吸附性的影响。结果表明,5%磷酸二氢铵改性水热炭单位吸附量>10%改性水热炭>未改性水热炭;吸附动力学和吸附等温线结果表明,3种吸附剂吸附过程均遵循二阶动力学模型,表明其吸附过程均为化学吸附;同时Langmuir模型能够更好地描述3种吸附剂的吸附过程。     

改性稻壳水热炭对苯酚的吸附

稻壳在220℃下水热炭化4 h,制备水热炭(BC),用FeCl3和葡萄糖进行改性,制备氯化铁改性水热炭(FBC)和葡萄糖改性水热炭(GBC).探究了投加量和pH对水热炭吸附苯酚的影响,并对水热炭进行表征,结合吸附动力学和吸附等温线模型研究了吸附机理.结果表明,FBC的比表面积和孔容增大,GBC含氧官能团增多,比表面积增...     

氨基化水热炭对溶液中Cr(Ⅵ)吸附性研究

以松木屑为原料制备水热炭,并以不同浓度磷酸二氢铵作为活化剂对所制备的水热炭进行改性;通过傅里叶红外光谱、SEM、元素分析等表征所得水热炭.结果 显示低浓度活化剂改性水热炭表面积增大,表面含氮官能团增多.探究不同溶液中pH、投加量、吸附时间、溶液初始浓度对水热炭吸附性的影响.结果 表明,5％磷酸二氢铵改性水热炭单位吸附量...     

水热碳化制备碳材料及其吸附水中污染物的研究进展

水热碳化制备生物炭是一种经济、低耗、可持续的技术。由于生物质的种类繁多且结构复杂,在不同的反应条件下获得的产品,类型及性能都有较大差异,同时也影响着生物碳材料的吸附性能。本文根据水热碳化技术的特点,分析了制备水热碳材料的原料和合成反应机理,总结了水热温度、水热时间、pH和固液比等反应参数对制备水热碳的影响,简述了水热碳材料在吸附去除废水污染物方面的应用,分析了光照提升碳微球吸附染料的机理。     

污泥基生物炭处理重金属废水研究进展

简述了污泥基生物炭制备方法和吸附重金属的影响因素以及主要机理，包括物理吸附、静电吸附、离子交换、络合作用以及化学沉淀；介绍了污泥基生物炭改性方法以提高吸附重金属效果；最后对污泥基生物炭的应用进行了展望。     

核桃壳水热炭对六价铬的吸附特性

以核桃壳为前体采用水热炭化法制备水热炭,利用低温液氮物理吸附仪和傅里叶变换红外光谱仪测定水热炭的孔结构和表面官能团;实验研究其对液相中Cr(Ⅵ)的吸附特性,考察吸附剂加入量、Cr(Ⅵ)初始浓度、pH值、吸附时间等因素对吸附效果的影响。结果表明,水热炭的孔径分布范围较宽,表面含氧官能团丰富,能够很好地吸附溶液中的六价铬;溶液pH值对Cr(Ⅵ)的脱除影响很大,pH值呈酸性时吸附效果较好,pH值为2时脱除率达98.85%.当反应温度35℃、Cr(Ⅵ)初始浓度50mg/L、水热炭投加量为16g/L、pH值为6、吸附时间为100min时,Cr(Ⅵ)离子的去除率可达98%以上。核桃壳水热炭对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附能力,吸附过程符合准二级吸附动力学模型,可用Freundlich吸附等温模型来描述,吸附等温线的线性相关性显著。     

活性焦脱除烟气污染物研究进展

活性焦是一种高效、低成本的烟气污染物净化吸附剂，具有较好的抗碎强度和可再生性能，可应用于电厂等行业烟气脱除污染物，是干法烟气净化技术的核心材料，符合我国绿色经济、循环经济的发展要求。综述了活性焦应用于烟气污染物脱除的研究进展，对活性焦的制备、活化、改性、表征、工程应用进行介绍，且归纳了污染物(SO₂、NO_x、Hg⁰、VOCs)在活性焦上的去除机理，总结了影响活性焦吸附性能的相关因素以及废弃活性焦再生工艺的研究成果。目前，活性焦制备的方式有物理制备和化学制备。物理制备主要通过水蒸气等气体在高温条件下使活性焦具有更佳的孔隙结构，而化学制备主要通过酸、碱、盐等溶液对活性焦进行浸渍处理，优化活性焦的孔隙结构，丰富活性焦表面上的官能团，为活性焦提供更多吸附位点，以提高活性焦脱除烟气污染物能力。而在活性焦吸附污染物的过程中，污染物在活性焦上主要发生物理和化学吸附。一部分污染物直接吸附附着在活性焦表面，一部分污染物受吸附条件和活性焦官能团的影响，在吸附位点上发生化学反应，转化为其他易回收或无害物质。其中，烟气中SO₂     

污泥水热炭的制备及吸附废水中Cr(Ⅵ)特性

以城镇污水处理厂剩余污泥为原料,采用水热碳化法在不同温度和停留时间的条件下制备水热炭并用于吸附废水中的Cr(Ⅵ)。通过比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、ζ电位对水热炭进行了表征分析。结果表明,水热碳化反应温度240℃和停留时间4 h为污泥水热炭吸附剂的优化制备条件;污泥水热炭是表面含有多种官能团的介孔材料;对于初始质量浓度50 mg/L的含Cr(Ⅵ)废水,当温度为25℃、pH为2.5,水热炭投加量为10 g/L时,对Cr(Ⅵ)的去除率可达99.81%;Langmuir等温吸附模型和准2级动力学方程能较好地反应污泥水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程。     

甲壳素水热炭对四环素吸附性能的研究

为了去除水体中的四环素,合成了甲壳素水热炭吸附剂,并利用SEM、XRD、FT-IR和N₂吸附-脱附等温线等对样品进行表征分析;通过批量吸附、定性和定量分析研究了甲壳素水热炭对四环素的吸附性能。结果表明,甲壳素水热炭富含羟基、羰基等活性官能团,存在大量的孔隙结构,比表面积为128.58 m²/g;甲壳素水热炭的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir模型。热力学分析表明,该过程是自发的吸热反应,最大吸附量为95.60 mg/g,主要吸附机理为化学吸附。     

生物炭的主要改性方法及其在污染物去除方面的应用

综述了紫外辐射改性、酸碱改性、负载金属及其氧化物改性、有机物改性等生物炭的改性方法,并针对改性效果和改性机理进行了总结分析。生物炭经过改性,具有比原始生物炭更多的表面官能团,或者更高的比表面积,或者负载于生物炭表面得改性物质能够与目标物反应,进而提高生物炭的吸附性能。最后总结了改性生物炭在土壤改良、水中污染物去除和空气中污染物去除三个方面的应用。     

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。     

生物炭基光催化剂的制备、性能及环境应用研究进展

生物炭因具有独特的表面性质、易修饰的官能团、良好的导电性和化学稳定性常被用作光催化剂的载体。将光催化剂与生物炭复合制备得到生物炭基光催化剂,不仅将二者的优势有效结合起来,同时得到的复合材料在官能团、孔性能、表面活性位点、催化降解能力等方面均有显著改善。生物炭良好的导电性提高了光催化过程中电子-空穴对分离的效率,丰富的表面官能团能够吸附固定不同的污染物,便于其光催化去除。本文综述了生物炭基光催化剂的各种制备工艺、催化性能及其对废水处理的影响,详细地介绍了溶胶-凝胶、超声、水热/溶剂热、水解、焙烧、沉淀和热缩聚等生物炭基光催化剂的制备方法。此外,还通过深入的机理分析,探讨了生物炭基光催化剂对污染物的吸附和光催化降解的协同效应。最后,归纳了生物炭基光催化剂在不同污染物去除方面的应用并展望了未来的发展前景和潜力。     

水热改性对半焦性质的影响

考察了在氢氟酸、氨水、氢氧化钠和过硫酸铵存在条件下水热改性对半焦表面酸碱性和碘吸附值等的影响。研究结果表明氨水和NaOH水热改性有利于半焦表面碱性官能团含量增加,而HF和过硫酸铵水热改性有利于半焦表面酸性性官能团含量增加;与原料半焦相比,NaOH水热改性半焦的碘吸附值有所增加,HF水热改性半焦的灰分含量最低。另外各种水热改性条件较大程度地影响了半焦的平均孔径,而对半焦的比表面积和孔容影响不是很大。     

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.     

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。     

不同条件甘蔗渣基水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

研究草酸和磷酸两种酸性条件下甘蔗渣水热炭对模拟废水中的Cr(Ⅵ)的吸附效果,并采用SEM、FTIR和BET等方法对两甘蔗渣进行表征。结果显示,比表面积表现为磷酸条件下甘蔗渣基水热炭>草酸条件下甘蔗渣基水热炭>普通甘蔗渣;两种水热炭较普通甘蔗渣的含氧官能团种类及数量大大增加,吸附能力提高。吸附量表现为磷酸条件下甘蔗渣基水热炭>草酸条件下甘蔗渣基水热炭>普通甘蔗渣。Langmuir等温吸附模型能更好地反应吸附过程,吸附过程遵循拟二级动力学方程。     

不同条件甘蔗渣基水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

研究草酸和磷酸两种酸性条件下甘蔗渣水热炭对模拟废水中的Cr(Ⅵ)的吸附效果,并采用SEM、FTIR和BET等方法对两甘蔗渣进行表征。结果显示,比表面积表现为磷酸条件下甘蔗渣基水热炭>草酸条件下甘蔗渣基水热炭>普通甘蔗渣;两种水热炭较普通甘蔗渣的含氧官能团种类及数量大大增加,吸附能力提高。吸附量表现为磷酸条件下甘蔗渣基水热炭>草酸条件下甘蔗渣基水热炭>普通甘蔗渣。Langmuir等温吸附模型能更好地反应吸附过程,吸附过程遵循拟二级动力学方程。     

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。     

氮掺杂生物炭的制备与应用研究进展

生物质不仅储量丰富、分布广泛且可再生，是一种亟待高值化利用的资源。将其炭化后制备的生物炭具有良好的理化性质，常被用于吸附污染物、制作电极材料。但与活性炭相比，生物炭存在孔隙结构欠发达、表面官能团种类和数量稀少等问题，其应用受到了很大限制。通过对生物炭进行N元素掺杂改性制成N掺杂生物炭（NBC）可丰富生物炭孔隙结构和表面活性位点，提高吸附、导电和催化性能。本文综述了国内外近几年来关于NBC的制备/改性方法 （热解法、活化法、水热法、模板法和后处理法等）及其优点和局限性，梳理了各方法得到的NBC的形貌结构及表面化学特征，概括了氮掺杂对NBC的催化、吸附、电化学性能的影响及NBC在各领域的应用。以“制备-结构-性能及应用”相结合的思路，从NBC的应用角度逆向出发，思考如何通过探究N掺杂机理和优化制备方法，来充分发挥NBC在各领域中的应用价值，并对今后该领域的研究发展提出了展望。