玉米秸秆生物炭对水中铅、镉的去除性能及作用机理研究

以大宗农业废弃物玉米秸秆为原料, 借助高温焙烧制得了玉米秸秆生物炭, 并通过对水中铅镉的吸附实验, 考察了高热解温度生物炭的重金属脱除性能。结果显示: 800 ℃焙烧所得玉米秸秆生物炭以块状及棒状形态为主, 孔径以微孔居多, 灰分中碱金属及碱土金属占比较大; 在25 ℃、pH值4、960 min、Pb²⁺、Cd²⁺初始质量浓度分别为429.24和280.34 mg/L时, 生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺最大吸附量分别为94.79和24.47 mg/g; 该去除过程满足准二级动力学方程、Freundlich等温线模型, 在铅镉初始质量浓度均为150 mg/L时, 所得平衡吸附容量可达69.0、24.4 mg/g; 热力学分析显示, 该去除过程为吸热熵增过程; 而共存离子吸附实验显示, 铅离子对镉离子存在明显的拮抗作用。高热解温度玉米秸秆生物炭对水中铅镉的去除过程是物理吸附与化学沉淀共同作用的结果。     

生物炭微球的制备及其对铅离子的吸附应用

以废弃物柚子皮为原料,制备了廉价、高效的生物炭微球吸附剂(BC、BC500),进行了对重金属铅离子的吸附实验。利用SEM、XRD、BET、FTIR及XPS等方法检测了吸附剂的物化特性。研究了溶液pH值和吸附剂添加量对铅离子吸附特性的影响,同时对吸附等温线及吸附动力学进行了分析研究。结果表明:生物炭吸附剂吸附的最优条件为pH=5和吸附剂添加量为20 mg。BC和BC500对铅离子的吸附更符合Langmuir吸附等温线方程,占据主导地位的是化学吸附而非物理吸附。     

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。     

磁性菠萝蜜壳生物炭对水中重金属铅的吸附性能研究

以废弃果皮菠萝蜜壳为原料,以磷酸活化后的菠萝蜜壳生物炭（AJSB）为基体,采用共沉淀法负载MnFe2O4纳米磁性颗粒制备出磁性菠萝蜜壳生物炭（MAJSB）,并将MAJSB用于去除水中铅离子。采用SEM、Zeta电位、XRD、FTIR和VSM手段对MAJSB进行表征,探究MAJSB的结构特性,考察了MAJSB投加量、吸附时间、初始pH等因素对废水中铅离子吸附效率的影响。从表征结果分析可知,MnFe2O4纳米磁性颗粒成功负载到了AJSB上使其携带磁性的同时,也增加了表面官能团种类和吸附点位;实验结果表明,MAJSB用于处理pH为5,浓度为100 mg/L的铅离子废水时,在MAJSB投加量为0.75 g/L、温度为25℃、吸附时间为60 min的条件下,对铅的吸附效率达98.17%;吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。     

鲤鱼肉骨生物炭对水中Cd2+的吸附特性研究

以病死鲤鱼为原料在600℃下热解制备了鲤鱼肉骨生物炭(CMBB),探讨了CMBB对水中Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,CMBB对Cd~(2+)的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附速率受内扩散机制控制;等温吸附过程符合Langmuir、Temkin和Langmuir-Freundlich等温吸附模型;该吸附为一个自发的熵增吸热过程。CMBB在较宽的p H范围(4～8)内对Cd~(2+)具有较好的去除率(98%);离子强度对Cd~(2+)的去除影响不大。     

稻壳生物炭/过硫酸盐降解水中四环素的研究

以稻壳为原料,制备了稻壳生物炭,并运用FTIR、XRD等进行表征,详细研究了稻壳生物炭/过硫酸盐体系对水中四环素的去除效果和机制,并对四环素降解过程进行了动力学分析。结果表明,制备的稻壳生物炭对过硫酸盐具有良好的活化性能,能协同过硫酸盐实现四环素的高效去除。稻壳生物炭/过硫酸盐体系对四环素的去除率显著高于单一生物炭、过硫酸盐体系和活性炭/过硫酸盐体系。稻壳生物炭/过硫酸盐体系降解100 mL浓度10 mg/L四环素的最佳工艺条件为：生物炭投加量3 g/L,过硫酸盐投加量12 mmol/L,反应温度60℃,初始溶液pH为5.5,反应时间为120 min。该条件下,四环素的去除率达93.9%。FTIR证实,制备的稻壳生物炭表面富含羟基、羧基等含氧官能团,可活化过硫酸盐产生更多硫酸根自由基。此外,水中共存阴离子对降解过程存在不同程度的抑制作用。动力学分析表明,四环素降解过程符合一级反应动力学模型;自由基猝灭实验证实,反应体系主导自由基为硫酸根自由基。     

市政污泥生物炭对水体中铅的吸附研究

采用市政污泥为原料制备生物炭,研究在缺氧条件下,不同热解温度对其理化性质以及对铅的吸附影响。研究表明,污泥热解温度升高会导致生物炭极性和芳香性提高,亲水性降低,表面官能团减少,从而影响对铅的吸附机理和吸附量。在400～1 000℃热解的污泥生物炭(sBC400-sBC1000)对铅的吸附均符合准二级动力学,sBC500吸附效果最佳。sBC500对铅的吸附量随着pH上升而增加,pH为7时吸附量达到467.87 mg/g,远高于文献报道的同类污泥生物炭。通过SEM、EDS-Mapping、FTIR和XRD对sBC500吸附铅前后材料进行表征,发现吸附后出现PbCO₃,表明Pb²⁺可以通过在生物炭表面形成PbCO₃而去除,吸附过程中共沉淀机制起到关键作用。     

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。     

马缨丹生物炭对水中Pb(Ⅱ)污染的吸附研究

在450℃的限氧条件下热解一种高风险的入侵植物马缨丹,成功合成了一种生物炭材料(LCB)。通过批量吸附实验探究了p H、吸附剂投加量和初始浓度等因素对LCB吸附重金属Pb~(2+)的影响,并评估了LCB去除铅离子的有效性,利用SEM和EDS等对LCB的相关结构与性质进行表征。结果表明,马缨丹在制备生物炭过程中形成了丰富的孔径结构,且能有效去除水溶液中的Pb~(2+)。通过Langmuir模型和拟二级动力学方程描述生物炭对铅的吸附行为,结果表明,吸附主要发生在单分子层,理论最大吸附量为75.74 mg/g,化学吸附是此过程的主要限速吸附机制。     

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。     

超声改性生物炭对染料废水的吸附特性

以马铃薯秸秆为原料制备生物炭,对其进行超声改性得到改性生物炭。探究了改性生物炭对亚甲基蓝的吸附特性以及pH、投加量和离子含量对吸附效果的影响。结果表明,改性后的生物炭与原生物炭相比,吸附能力有所增强。准2级动力学模型(R~20.99)能更好的拟合动力学数据,颗粒内扩散方程拟合结果进一步表明,改性生物炭对亚甲基蓝的吸附受表面吸附和颗粒内扩散共同控制。Langmiur方程能较好的描述该吸附过程。热力学研究表明,改性生物炭吸附亚甲基蓝是自发、熵增的吸热过程。碱性环境有利于吸附反应的进行,在pH=2～11时,碱性越强,吸附效果越好。生物炭投加量为10 g/L时,对亚甲基蓝的去除率较为理想,离子含量的变化对吸附量无明显影响。     

定量分析稻壳生物炭不同组分对水体中铅和镉的吸附贡献

为了定量描述生物炭中有机与无机组分对Pb²⁺和Cd²⁺吸附贡献率,采用慢速热解法在不同温度下制备稻壳生物炭(Biochar,BC),并分别经水洗、酸洗处理去除水溶性组分(Water-soluble Matter,WM)和酸溶性组分(Acidsoluble Matter,AM),通过批量试验,定量计算不同组分对Pb²⁺和Cd²⁺吸附的贡献率。吸附动力学和等温吸附结果表明稻壳生物炭主要依靠化学吸附去除Pb²⁺和Cd²⁺。生物炭不同组分对Pb²⁺的吸附贡献率大小依次为WM(44.0%～54.5%)>AM(28.5%～31.0%)>OM(14.5%～27.6%),对于Cd²⁺则是WM(49.0%～61.0%)>AM(25.9%～29.0%)>OM(13.1%～22.0%),说明无机组分控制了Pb²⁺和Cd²⁺吸附过程,其中离子交换和表面沉淀是稻壳生物炭吸...     

矿物肥复配生物炭对镉吸附和土壤镉钝化特征

为查明钾硅钙矿物肥料复配稻壳生物炭对Cd2+的吸附和土壤镉钝化特征,本研究用二者进行了吸附和淋滤实验.实验表明:钾硅钙矿物肥料和稻壳生物炭对Cd2+理论最大吸附量分别为20.21 mg/g和6.72 mg/g,其余配比则介于二者之间;所有实验组都遵循Langmuir模型;生物炭遵循伪一级动力学模型,其余组合皆遵循伪二级...     

膨润土对Pb~(2+)的吸附及铝的影响研究

研究膨润土对水溶液中铅的吸附特性以及铝对铅吸附的影响。通过各组吸附实验,建立膨润土对水溶液中铅离子的吸附最佳条件,天然膨润土对铅的吸附平衡时间约为60 min,其吸附符合一级动力学方程;铅吸附最适p H=9;天然膨润土对水溶液中铅离子的吸附规律符合Freundlich等温方程和Langmuir等温方程,呈显著相关性;加入少量铝离子时,吸附除铅能力增强,但继续增加铝浓度,去除能力降低,该现象主要通过铝盐水解所致的p H变化起调节作用,电中和作用不明显。     

热解温度对松树锯末炭吸附硝基苯酚的响应研究

在300～700℃下制备松树锯末生物炭(PC300、PC400、PC500、PC600和PC700),对其进行表征并考察了其吸附对硝基苯酚(PNP)的特性。结果表明,随着热解温度升高,生物炭表面结构更复杂,芳香性增强,极性减弱。碱性条件下,溶液pH对吸附量影响较大。准2级动力学和Langmuir等温模型能更好描述PNP在低温生物炭(PC300、PC400)上的吸附,高温生物炭(PC500、PC600、PC700)吸附PNP更符合Elovich动力学模型和Freundlich等温模型。生物炭吸附PNP的速率受液膜扩散和颗粒内扩散控制,低温生物炭上的吸附以静电作用为主,高温生物炭上的吸附以氢键和π-π相互作用为主。PNP在PC700上的动态吸附适合用Thomas模型描述,动态吸附量达135.8 mg/g。热解温度对松树锯末生物炭的理化性质及其吸附过程、机理均有一定影响。     

稻壳生物炭对水中萘的吸附特性研究

以稻壳为生物质原料,在管式炉中氮气氛围下分别于300,500,700℃及在马弗炉中限氧500℃下热解制备生物炭(生物炭依次表示为G300、G500、G700和M500),采用批量吸附实验研究四种生物炭对萘的吸附特性,并结合扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析等方法,探讨温度和气氛条件对生物炭吸附萘的影响。结果表明,稻壳生物炭对萘的吸附动力学曲线符合伪二级动力学模型,在24 h内皆达到吸附平衡,平衡吸附量分别为3.299,4.815,4.251,4.756 mg/g,等温吸附曲线可以用Freundlich模型较好地拟合,吸附容量从大到小为G500>M500>G700>G300。4种稻壳生物炭都具有不同程度的管道和表面隆起,管道形状和数量以及表面形态存在较大差异。红外光谱结果有较大的相似性,但是随着温度的升高,—OH、—CH_2、CH_3、C=C和C=O等官能团强度减弱或者逐渐消失,而另外一些官能团如芳烃化合物C—H、C—OH、C—O—C、COO^-等官能团的强度则增加。     

稻壳生物炭对水中萘的吸附特性研究

以稻壳为生物质原料,在管式炉中氮气氛围下分别于300,500,700℃及在马弗炉中限氧500℃下热解制备生物炭(生物炭依次表示为G300、G500、G700和M500),采用批量吸附实验研究四种生物炭对萘的吸附特性,并结合扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析等方法,探讨温度和气氛条件对生物炭吸附萘的影响。结果表明,稻壳生物炭对萘的吸附动力学曲线符合伪二级动力学模型,在24 h内皆达到吸附平衡,平衡吸附量分别为3.299,4.815,4.251,4.756 mg/g,等温吸附曲线可以用Freundlich模型较好地拟合,吸附容量从大到小为G500M500G700G300。4种稻壳生物炭都具有不同程度的管道和表面隆起,管道形状和数量以及表面形态存在较大差异。红外光谱结果有较大的相似性,但是随着温度的升高,—OH、—CH_2、CH_3、C=C和C=O等官能团强度减弱或者逐渐消失,而另外一些官能团如芳烃化合物C—H、C—OH、C—O—C、COO~-等官能团的强度则增加。     

南疆棉花秸秆生物炭对水中亚甲基蓝的吸附特性

采用限氧裂解法在400和600℃条件下制备棉花秸秆生物炭(CSBC400/CSBC600),对比分析其理化性质,并通过批量平衡实验探讨棉花秸秆生物炭对亚甲基蓝(MB)的吸附特性。研究结果表明:CSBC600的比表面积和芳香性均优于CSBC400,且CSBC600含有较多的碱性官能团。CSBC对MB的平衡吸附在12h以内,动力学吸附行为由准二级动力学模型更好的描述,吸附速率由液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散等共同控制。CSBC对MB的饱和吸附量均随温度的升高而增大,静电作用是影响MB吸附的重要机制。增加MB初始浓度可促进吸附,且碱性条件更有利于MB的去除;CSBC投加量为4.00 g/L时MB的脱色率能达到90%以上。CSBC600的吸附能力显著优于CSBC400,更适合作为高效吸附剂去除水体中的MB。     

污泥生物炭对水中对氯硝基苯的吸附性能研究

对氯硝基苯(p-CNB)是一种难降解的有机污染物,具有“三致”效应。对污泥制备污泥生物炭吸附p-CNB模拟废水进行了研究,探究了污泥生物炭热解温度、污泥生物炭投加量、模拟废水初始pH、水中常见阴阳离子、腐殖酸以及污泥生物炭重复使用次数对p-CNB吸附的影响,并探究了吸附动力学、吸附等温线和吸附机理。结果表明,污泥生物炭对p-CNB有较好的吸附去除效果和循环使用性;初始pH和水中常见阴阳离子对WB700吸附p-CNB几乎没有影响,但随着腐殖酸浓度的增加,去除率逐渐降低;WB700对p-CNB的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir模型,吸附机理主要为氢键和π-πEDA互相作用。     

生物炭基好氧反硝化细菌固定及去除水中硝态氮

为探明生物炭基好氧反硝化细菌对水中硝态氮的去除效果,筛选鉴定了好氧反硝化细菌Pseudomonas aeruginosa Strain-I,以NaOH~+Mg~(2+)改性前后的稻壳生物炭为载体,分别用吸附法和包埋法制备微生物固定化体(MIB),进行其NO_3~--N去除动力学与细菌生长动力学研究。结果表明,初始NO3--N的质量浓度为69.25 mg/L时,Pseudomonas aeruginosa Strain-I对NO_3~--N和TN的72 h去除率分别达100%和53.92%。NaOH~+Mg~(2+)改性使生物炭pH和pHpzc分别增大1.42和2.36,比表面积和总孔容分别增至改性前的3.56和3.20倍,表面吸附的微生物量比改性前增加309.1nmol/g。NaOH~+Mg~(2+)改性提高了生物炭或以生物炭为载体制得MIB对NO_3~--N的去除率,且吸附法制得固定化体优于包埋法。与包埋法相比,吸附法制得MIB更有利于微生物生长。