不同生物炭对水中氨氮的吸附特性及影响因素对比

含氨氮废水作为一种难处理的废水,如何对其进行有效处理一直是国内外环境领域的研究热点。生物炭是具有较高潜力的吸附剂,为探究不同生物炭对废水中氨氮的吸附效果,文中以稻壳、水稻秸秆和竹子为生物炭源,通过间歇吸附试验和动力学试验探究了初始氨氮浓度、生物炭投加量、吸附时间和溶液pH等因素对生物炭吸附氨氮的影响。结果表明,水稻秸秆和竹子生物炭均具有较大的比表面积和较多的吸附点位;根据扫描电镜(SEM)图像,竹子生物炭具有更多的晶体结构,拥有多个孔隙和微孔;当初始氨氮质量浓度为100～1 000 mg/L,3种生物炭对氨氮的去除率为61.99%～93.57%;随着生物炭投加量的增加,氨氮去除率也增加;去除氨氮的最适pH值为6～8。总之,3种生物炭均具有吸附水中氨氮的潜力,吸附能力顺序为竹子生物炭>水稻秸秆生物炭>稻壳生物炭。     

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。     

生物炭在土壤中对磷吸附热力学影响

生物炭在提高土壤对磷吸附效率和吸附量方面具有重要作用。本论文以花生、香菇和秸秆为生物炭原材料，通过实验研究了不同原料的生物炭对土壤吸附磷的效果的影响，进行了吸附热力学的分析，研究结果表明：在添加不同投加量香菇生物炭的土壤中，生物炭投加量越大，对磷的吸附效果越高。可以用Freundich方程描述添加香菇生物炭的土壤对吸附磷的热力学过程。在添加三种不同原料的生物炭到土壤对磷的吸附实验中，三者都明显比空白土壤吸附效果强，添加水稻秸秆生物炭的土壤吸附自发性最好。     

磷基改性生物炭的制备及对重金属Pb(Ⅱ)的吸附

水体重金属污染对自然环境和人体健康造成了极大的危害,开发新型污染治理材料具有重大意义。本研究以玉米秸秆、牛粪粉末、小麦秆和麦穗为原料,以羟基磷灰石(HAP)和磷酸二氢钾(KH_2PO_4)为改性剂,采用浸渍-热解法制备生物炭,并探讨了生物炭对水中Pb(Ⅱ)的吸附效果。结果表明,磷基改性生物炭相比未改性生物炭对铅的吸附容量显著提高,KH_2PO_4改性玉米秸秆-牛粪生物炭对铅的吸附量较未改性增加了394.6 mg/g,提高了478.0%;HAP改性麦穗生物炭对铅的吸附量较未改性增加了507.9 mg/g,提高了997.7%;玉米生物炭原料中添加牛粪可显著提高改性生物炭对铅的吸附能力,相对于未添加,HAP和KH_2PO_4改性玉米秸秆-牛粪生物炭的铅吸附量分别增加了210.6,177.1 mg/g,提高了140.0%和59.1%。本研究制备的KH_2PO_4改性玉米秸秆-牛粪生物炭和HAP改性小麦生物炭对铅均表现出较强的吸附效果。     

生物炭和活性炭吸附水中典型染料的研究

用竹屑生物炭和活性炭对染料废水中常见甲基橙进行对比吸附实验。考察吸附时间、甲基橙初始浓度、温度等因素对吸附效果的影响。同时对吸附剂表面进行FTIR、SEM、Bohem滴定法等检测,进一步探究吸附剂表面的化学性质。结果表明:竹屑生物炭比活性炭有更高的表面芳香度和更多种类和数量的含氧官能团,因此,竹炭对甲基橙的吸附效果比活性炭更好。活性炭的等温吸附行为比较符合Langmuir模型(R20.98),竹屑生物炭的吸附行为与Langmuir和Freundlich模型的拟合度都比较高(R20.95),说明竹屑生物炭吸附性能受物理化学等多方面因素的影响。活性炭的动力吸附行为较符合准一级动力学模型(R20.95),竹屑生物炭更符合二级动力学模型(R20.95)。两种吸附剂对甲基橙的吸附量均随着温度的升高而增加,热力学参数ΔG00,ΔH00,ΔS00,说明两种吸附剂对甲基橙的吸附是自发吸热的过程。     

两种生物质炭对水中多环芳烃萘的吸附研究

在500℃条件下,利用稻壳和高粱秸秆为原料制成两种生物质炭,对其理化性质和结构表征做出分析,并研究了生物质炭对水溶液中萘的吸附行为。结果表明,两种生物质炭均具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构,且富含烷烃、烯烃、羟基、羰基、酯基等活性官能团。随着反应时间的推移,吸附量的整体变化趋势为先迅速(4 h内)增加而后平缓(4～8 h)趋于平衡(8 h后)。两种生物质炭吸附动力学过程符合准二级动力学模型,为化学吸附。高粱秸秆炭符合Langmuir吸附等温线模型,为单分子层吸附;稻壳炭符合Freundlich吸附等温线模型,为多分子层吸附。实验结果显示,高粱秸秆炭吸附效果优于稻壳炭。     

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.     

不同生物炭对水中吡虫啉、噻虫嗪、呋虫胺的吸附研究

为探究不同生物炭对新烟碱类农药的吸附性能,寻求最佳的新烟碱类农药吸附材料,选取玉米芯、玉米秸秆、杨树枝、小麦秸秆、梧桐枝、花生壳6种生物质为原料,在300、500和700℃下制备得到18种生物炭。通过比较不同生物炭对吡虫啉、噻虫嗪、呋虫胺3种新烟碱类农药的吸附能力,筛选出了吸附效果较佳的生物炭,分别为700℃制备的玉米秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、杨树枝生物炭;吸附动力学和等温吸附研究表明,3种筛选生物炭对吡虫啉、噻虫嗪、呋虫胺的吸附过程符合准二级动力学模型、Langmuir模型和Freundlich模型。     

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。     

从废水中吸附去除抗生素的进展研究

综述了几种不同的吸附剂从废水中去除抗生素的特定技术。吸附法被认为是从水中去除抗生素的一种有效技术,讨论了使用活性炭(AC)、碳纳米管(CNT)、粘土矿物(膨润土)、离子交换树脂和生物炭(BC),以进行抗生素去除。相对于其他几种材料,BC具有许多优势,包括材料易得、成本低廉以及对环境友好,这表明使用BC作为吸附剂能够带来最有效的水中抗生素吸附效果。     

不同秸秆生物炭的孔隙结构及其差异

基于低温氮气吸附的研究方法,对水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆制备的生物炭进行了孔结构研究,用BET方程、BJH方程和t-plot方法分别计算得到生物炭的比表面积、孔径分布和微孔数据,利用FHH模型计算了孔隙分形维数。研究表明：不同温度不同材料都对生物炭的孔结构有较大影响,随着热解温度的升高水稻秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭的BET比表面积和总孔容呈先增加后降低的趋势,而玉米秸秆生物炭的孔隙度随着热解温度升高持续增加;3种秸秆生物炭的孔径分布均以中孔为主,孔隙内部以Ⅱ型孔为主;水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆制备的生物炭都具有很好的分形特征,分形维数(D)分别为2.545 4~2.669 3、2.629 7~2.689 5、2.577 3~2.597 2,表明这3种生物炭孔隙结构比较复杂,非均质性强,其中水稻秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭均在500 ℃条件下有较高的分形维数,分别是2.669 3和2.597 2,玉米秸秆生物炭则在700 ℃条件下有较高的分形维数,为2.689 5。     

生物炭对重金属(Zn)的吸附特性及动力学

在300～700℃下制备了水葫芦炭和玉米秸秆炭,研究了生物质种类、热解温度、溶液初始pH和Zn(Ⅱ)初始浓度对两种生物炭吸附溶液中Zn(Ⅱ)的影响,并结合吸附过程曲线拟合获得了吸附动力学模型。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭理化特性发生显著变化,生物炭的挥发分、氧含量、氢含量以及O/C和H/C显著降低,而固定碳、灰分和热值显著升高,生物炭的比表面积、总孔容、微孔容、pH以及KCl等盐类物质均得到了显著增加。随着溶液初始pH增加,生物炭对Zn(Ⅱ)的吸附能力呈现先快速增加然后逐步趋于稳定或稍有下降的趋势,不同生物炭的最大平衡吸附量出现在pH=4~6之间。Zn(Ⅱ)初始浓度<30mg/L时,生物炭对Zn(Ⅱ)平衡吸附量随溶液Zn(Ⅱ)初始浓度的增加呈线性快速增长,而当Zn(Ⅱ)初始浓度>30mg/L,其平衡吸附量增长趋势变缓。在相同Zn(Ⅱ)初始浓度下,随着热解温度的提高,生物炭对溶液中Zn(Ⅱ)平衡吸附量逐渐提高,且在同一热解温度下制备的水葫芦炭对Zn(Ⅱ)的平衡吸附量显著高于玉米秸秆炭。两种生物炭对溶液Zn(Ⅱ)的吸附符合Lagergren准二级动力学模型,其吸附过程均受化学吸附控制,水葫芦炭和玉米秸秆炭对Zn(Ⅱ)吸附机制主要包括含氧官能团的络合作用和无机盐离子的沉淀作用。     

小粒咖啡果壳生物炭对水中磺胺噻唑吸附性能研究

针对水体中存在的抗生素污染现象，以小粒咖啡果壳为原料，采用限氧裂解法在500℃下制备了生物炭MCS-1，随后分别用KOH和H₂SO₄改性MCS-1，制得改性生物炭MCS-2和MCS-3，研究了3种生物炭对磺胺噻唑(ST)的吸附特性和吸附机理。实验结果表明：3种生物炭均具有多层级孔隙结构，与未改性生物炭MCS-1相比，MCS-2和MCS-3具有更发达的孔道结构和比表面积。3种生物炭对ST的吸附均符合准二级动力学模型和Freundlich模型，表明吸附过程主要为物理化学作用，且吸附速率主要受薄膜扩散控制。等温吸附和吸附热力学表明3种生物炭对ST的吸附是自发进行的多层吸附。在298 K时，MCS-1、MCS-2、MCS-3对ST的最大吸附量分别为0.77、1.12、0.47 mg/g;pH为2时，3种生物炭对ST的吸附量均达到最大，表明对ST的吸附适合在酸性环境下进行。碱改性后的咖啡果壳生物炭(MCS-2)对ST吸附效果较未改性的MCS-1和酸改性的MCS-3生物炭强。     

两种生物质炭对水中镉离子吸附效果的研究

近年来水体中镉污染愈来愈严重,由秸秆制备的生物质炭表面疏松多孔且含有丰富的官能团,为治理污染提供了新方向。设置不同的单因素影响实验探寻生物质炭吸附水中镉情况并探究其机理是解决该问题的关键一步。同时还对不同温度制备的生物质炭对镉的吸附效果进行了探究,并将玉米与水稻生物炭进行对比,经实验发现玉米生物炭在500℃制备条件下对水中镉有最好的吸附效果,1h降解率可达92.3%。     

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。     

玉米秸秆生物炭对环境水中马拉硫磷的吸附

采用玉米秸秆生物质炭为吸附剂对环境水中马拉硫磷进行吸附研究。考察了吸附剂用量、吸附时间、pH等因素对环境水中马拉硫磷农药去除率的影响。确定了最佳吸附条件:在20 mL水样中,0.4 g玉米秸秆生物炭为吸附剂,pH为5,30 min吸附达平衡。结果表明玉米秸秆生物炭对环境水中马拉硫磷农药具有较好的去除效果,去除率达88%。     

载铁生物炭的制备及其对高氟水的处理研究

高氟水的处理是水资源利用的有效途径之一。以猪粪在550℃条件下焙烧制得生物炭,并对用10%盐酸预处理过的该生物炭进行了三氯化铁(Fe Cl3)溶液改性,制备了载铁生物炭。同时对样品进行了X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)表征。结果表明,Fe Cl3已成功负载到生物炭上,且生物炭含氧官能团含量明显增加。用该载铁生物炭对模拟高氟水进行了处理,处理结果表明,该生物炭在pH=7时显示出较好的吸附能力,120 min后达到吸附平衡。饱和吸附量为4.2 mg/g。吸附过程遵循准二级动力学方程,相关系数R2在0.999以上。吸附符合Langmuir吸附模型。     

钙改性花生壳生物炭对废水中四环素的吸附研究

生物质废弃物的处理和四环素污染物的去除是环境修复的重要问题。以花生壳为原料，通过浸渍-焙烧的方法制备了钙改性花生壳生物炭（CaBC）。采用X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）、扫描电镜（SEM）和氮气吸附-脱附仪对所制备的生物炭进行了表征，考察了溶液pH、共存离子等因素对生物炭去除废水中四环素（TC）性能的影响，并研究了该过程的吸附动力学和吸附等温线。结果表明，所制备的生物炭具有丰富的介孔结构，有利于对四环素的吸附。在pH为7.0条件下，CaBC-800对TC具有最好的吸附效果。共存离子的存在对生物炭的吸附能力影响不显著。动力学研究表明CaBC-800对TC的吸附过程符合准二级动力学方程，二级动力学常数为0.001 3 g/（mg·min）。吸附等温线符合Langmuir方程，且最大理论吸附量为72.251 mg/g。该研究为四环素的去除提供了一种新型吸附剂，显示了CaBC-800在废水修复中的应用潜力。     

粉末活性炭去除原水中典型抗生素的试验

文章研究了粉末活性炭对原水中4类18种典型抗生素的去除效果。在粉末活性炭投加量为10～30 mg/L、反应时间为30～1 800 min条件下,抗生素总去除率为13.8%～52.5%,去除率随着粉末活性炭投加量和反应时间的增加而升高,抗生素在活性炭上的吸附动力学可用拟二级动力学模型表征。不同种类抗生素的可去除性存在差异,大环内酯类和四环素类去除效果相对较好,磺胺类去除效果一般,氯霉素类较难去除。结果说明,可结合原水系统预处理或水厂头部预处理环节的粉末活性炭投加,一定程度上吸附去除原水中的抗生素污染,减轻后续水厂净水处理压力。     

钴改性秸秆生物炭对尼泊金乙酯的吸附研究

以小麦秸秆为原料，通过浸渍法制备改性生物炭，对其采用XRD、SEM进行表征分析，研究钴改性生物炭对尼泊金乙酯(EP)的吸附性能。讨论了改性生物炭的用量、尼泊金乙酯的初始浓度，反应时间及反应温度对EP溶液的吸附影响。实验结果表明：改性生物炭对EP的吸附主要以化学吸附为主；在一定范围内，改性生物炭对EP的吸附效率随生物炭用量的增加而增加；反应温度对改性生物炭吸附EP的影响较大，在EP浓度为30 mg/L、生物炭添加量为5 g/L、温度为45℃条件下吸附4 h时EP最大去除率为95.5%。