沼渣生物炭的制备及资源化利用研究进展

沼渣是生物质经厌氧消化后产生的固体残渣，也是具有较大应用潜力的二次资源。与填埋、焚烧等传统沼渣处理工艺相比，使用热化学法处理废弃生物质沼渣可更好地实现沼渣中有机物的固定，且制备得到的沼渣生物炭结构稳定、性能优良，能被广泛应用于污染物吸附、催化降解、土壤修复等诸多领域。本文归纳总结了国内外常见的沼渣生物炭制备技术和改性方法，重点介绍了沼渣生物炭的结构、元素组成和理化性质。同时，汇总了现阶段沼渣生物炭的主要资源化应用途径，并对未来沼渣生物炭资源利用的发展方向进行了展望。     

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。     

超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优...     

植物基生物质资源在自修复材料中的应用研究进展

近年来,植物基生物质资源因具有来源广、可再生、可生物降解等特点而成为人们的研究热点.利用其制备或改性聚合物可缓解石化资源危机,提高聚合物材料的环境适应性;同时,其分子结构中富含的活性官能团和氢键使其用于自修复材料的制备与改性备受关注.以纤维素和木质素为例,综述了近几年植物基生物质资源在自修复材料中的应用,详细介绍了其自...     

改性硫酸铁铵丝瓜络生物炭对砷的吸附行为研究

在生态环境保护日益获得重视的背景下,加强砷污染治理成为迫切的工作。采用硫酸铁铵改性丝瓜络生物质炭,研究材料的砷吸附行为,对吸附时间、生物质炭投放量、砷溶液初始p H值和生物质炭制备温度几个方面进行了优化。结果表明,随着吸附时间延长和生物质炭投放量增加,吸附效果变好;砷溶液初始p H值增大,吸附效果先上升后下降,pH2.0时吸附率最高;在吸附时间、砷溶液初始p H值、生物质炭投放量和生物质炭制备温度相同的情况下,硫酸铁铵改性后的丝瓜络生物质炭具有更优的砷吸附效果。     

生物质类吸附材料在环境污染治理中的研究进展

以农林废弃物等生物质为原料制备各种新型吸附剂,既实现了对农林废弃物的资源再利用,也可以用其简单高效处理各类污染物废水。本文主要综述了以农林废弃物为原料制备生物炭,用以去除环境中污染物的研究进展,讨论了生物炭的制备和改性方法,以及其在治理重金属离子、有机污染物、新污染物,以及土壤修复和“碳中和”等方面的应用,并对生物质类吸附材料在未来环境污染治理中的发展方向进行了展望。     

改性生物炭吸附废水中磷的研究进展

水体中磷的去除意义重大,吸附除磷因具有成本低,效果高,操作简单等优点而备受关注.生物炭作为一种具有多孔结构,对环境友好的吸附材料已被广泛应用,但是生物质直接制备的生物炭的磷吸附能力却十分有限.以原始生物炭为基础,将生物炭通过不同方法改性发现与原始生物炭相比,吸附能力显著提高.本文章分析近年来酸碱、金属、氧化剂改性生物炭...     

生物炭基材料在抗生素废水处理中的研究进展

生物炭是一种由生物质原料热解而成的稳定多孔碳材料。目前，生物炭及其碳基材料作为功能材料因其在一定程度上不仅实现了废弃物的合理资源化利用，而且兼具经济与环境效益而倍受研究者关注。本文综述了生物炭的生物质原料种类、生物炭在不同成分下（纤维素、半纤维素、木质素）的形成机制及表面特性；重点介绍了生物炭的改性技术，主要包括物理化学处理、杂原子掺杂、金属元素掺杂、多种元素共掺杂以及制备工艺的改良等，生物炭改性的目的是为了增加其比表面积、反应活性位点和官能团，改良孔隙结构和无机成分，从而提高它在修复环境污染的性能；然后综述了生物炭作为优良吸附剂或催化剂在用于抗生素废水的具体应用及其去除机理。最后指出生物炭虽被证明了具备去除水中各类抗生素的潜力，但在材料本身的优化以及工程抗生素废水应用中仍有一些需要填补的知识空白。     

水热炭在吸附有机/无机污染物中的应用研究进展

水热炭材料作为一种新型碳材料，具有含氧官能团丰富、堆积密度高、热稳定性强和导电导热性优良等特点，在催化和吸附、储能材料领域具有潜在的应用价值，尤其适用于吸附各种污染物。首先介绍了水热炭的分类和制备，根据尺寸可以分为水热炭量子点和水热微球。其次综述了水热炭的酸洗改性、碱洗改性、官能团化改性以及对污染物的吸附性能和机理。改性水热炭对污染物吸附的机理包括物理吸附和化学吸附，其中物理吸附主要由范德华力所引起的分子间作用，化学吸附主要包括络合配位、离子交换、静电吸引、氧化还原反应等；最后针对水热炭现存问题进行讨论与展望，以期为改性水热炭吸附去除污染物的广泛应用提供理论支撑。     

生物质炭在废水处理中的应用进展

生物质炭具有原料来源广泛、制备工艺简单、表面和结构性能优良等优点。本文综述了生物质炭在废水处理中的最新进展,介绍了基于不同侧重点的生物质炭改性方法,总结了生物质炭去除重金属、无机污染物等废水的机制,并提出了对生物质炭未来发展的思考,为生物质炭的研究和应用提供参考。     

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。     

改性生物质炭对重金属Cd的吸附作用研究进展

生物质炭作为极具潜能的吸附材料,通过改性能极大提高其吸附效果。阐述了三方面的改性方法,分别为生物质炭的活化、生物质炭负载金属与金属氧化物和功能化生物质炭,对比了改性前后对Cd的吸附效果,总结了各改性生物质炭的吸附机理,展望了今后生物质炭的研究点。     

煤/生物质基分级多孔炭制备工艺的优化与应用

为实现煤层气的高附加值利用，通过在煤中添加生物质和KOH合成一种煤/生物质基分级多孔炭，并将其应用于煤层气直接裂解制氢，从而获得高纯氢气和一定数量的碳材料。鉴于煤/生物质基分级多孔炭在制备过程中影响因素众多的问题，采用Design-Expert软件构建了制备煤/生物基分级多孔炭材料的实验方案，结合合成的多孔炭材料催化煤层气裂解制氢反应的实验数据进行了影响因素分析，建立了影响因素与反应转化率之间的拟合方程并对实验方案进行了优化。结果表明：温度和碱碳比是煤/生物质基分级多孔炭制备过程中的主要影响因素。优化得到的制备条件理论最优解与实验值之间的最大误差为3.3%，说明Design-Expert软件对制备过程的优化是准确且可靠的。与原煤炭材料相比，煤/生物质基分级多孔炭催化裂解煤层气具有较高的活性。前者反应后表面生成大量的碳球，而后者表面则生成大量的碳球和碳纤维。     

改性生物质炭对重金属Cd的吸附作用研究进展

生物质炭作为极具潜能的吸附材料,通过改性能极大提高其吸附效果。阐述了三方面的改性方法,分别为生物质炭的活化、生物质炭负载金属与金属氧化物和功能化生物质炭,对比了改性前后对Cd的吸附效果,总结了各改性生物质炭的吸附机理,展望了今后生物质炭的研究点。     

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。     

生物质介孔炭的制备及其在电催化氧还原中的应用

生物质介孔炭具有原料丰富、孔隙率高和比表面积大等特点,在农业、环保、医疗、能源等领域有潜在应用前景。介绍了制备生物质介孔炭的活化法、炭化法、微波法等研究现状,评价了各种原料制备的生物质介孔炭材料孔结构、比表面积等性能指标以及应用情况。综述了食品、植物及菌类等原料制备的生物质介孔炭在低温燃料电池氧还原催化剂中应用的研究进展,着重讨论了其催化活性、稳定性、耐久性等性能,展望了生物质介孔炭氧还原催化剂的发展趋势。     

模板法制备木质素基中孔炭材料研究进展

木质素是3种木质纤维类可再生生物质资源之一,同时是自然界中含量最丰富的芳香类天然高分子聚合物,其含碳量超过50%,是制备炭材料的理想前驱体。中孔炭材料具有比表面积高、孔径大等特点,在医学器件、催化、超级电容器等方面有着广泛的应用,模板法是制备中孔炭材料的常用方法。主要介绍以木质素为碳前驱体通过硬模板法、软模板法以及双模板法制备中孔炭材料并调控孔结构,重点介绍了制备最新进展。     

生物质材料用于污泥深度脱水的研究进展

污泥深度脱水是实现污泥资源化及能源利用的关键,更是国家实现低碳发展目标的迫切需要。生物质材料来源广,具有多孔结构和高热值等特性,有利于污泥后续干化、焚烧及资源化利用,近年来在污泥深度脱水中的应用日益广泛。基于此,分析了基于骨架构建的污泥脱水机制,介绍了近年来用于污泥调理的生物质材料,包括农林废弃物、生物质炭材料和改性生物质材料,提出了影响污泥脱水效果的因素有生物质材料的投加量、粒径以及生物质材料与其他药剂的投加顺序,总结了生物质材料对污泥中重金属浸出毒性的降低作用、对污泥滤液水质的改善作用和对后续处理的影响。在此基础上,对生物质材料在污泥调理中的应用前景进行了展望,提出可以寻找更多的生物质材料的改性方法和联用方法,以及可以考虑将生物质材料调理与后续污泥资源化利用相结合,以进一步增强污泥调理效果,并推动其在实际工程中的应用。     

金属氧化物与掺氮生物质协同吸附CO2机理

目前吸附材料众多，如沸石、MOFs、聚合物等，而生物质具有分布广泛、低成本、可再生和净零排放等优点成为研究热点。已有研究表明掺氮有利于提升生物质炭对CO₂的吸附性能，金属矿物质可对生物炭改性，增大生物炭表面有效吸附面积。但何种氮基团对于生物质炭表面CO₂吸附性能影响显著仍未清晰，金属矿物质与富氮改性协同作用下生物质炭表面CO₂的吸附特性尚未明晰。基于此，采用量子化学理论计算研究了不同含氮基团生物质炭表面CO₂的吸附机理，系统探究了不同金属氧化物(MgO、CaO)及其耦合掺氮生物炭对CO₂吸附的影响机理。结果表明，各含氮基团生物质炭不同吸附方式中，含N-X生物质炭对CO₂吸附作用最强。分析CO₂在MgO与CaO体系中O-Top、Hollow和Bridge三种不同吸附方式，得出CO₂以O-Top方式吸附于CaO体系中的吸附能最大，相同吸附方式下较MgO对CO₂的吸附能高92.22 kJ/mol。...     

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.