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。     

肉骨生物炭对重金属Pb~(2+)的吸附特性

为研究以病死猪以炭化焚烧法制备的肉骨生物炭对水溶液中Pb~(2+)的吸附特性,分析了吸附时间、吸附剂用量、Pb~(2+)的初始含量等因素对吸附效果的影响。结果表明,对于50 mL质量浓度400 mg/L的Pb~(2+)溶液,当溶液初始pH为5.5、肉骨生物炭投加量为200 mg、吸附时间为240 min时,肉骨生物炭对Pb~(2+)的吸附效果达到最佳,吸附量为99.37 mg/g,Pb~(2+)去除率达到99%以上。肉骨生物炭对Pb~(2+)的动力吸附过程可以由准2级动力学模型很好地拟合;Langmuir方程描述的单分子层吸附模型能更好地拟合其等温吸附过程,饱和吸附量为106.4 mg/g。相比于玉米秸秆生物炭,肉骨生物炭对Pb~(2+)有更大的吸附容量和更快的吸附速率,是性能较好的Pb~(2+)吸附材料。     

污泥基生物炭的制备及其对重金属的吸附性能

本研究采用城市生活污泥为原料,污泥活化后低温炭化所得的生物炭用作吸附剂去除水溶液中的Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)、Cr~(6+)重金属离子。并对所得生物炭进行了表征,研究了溶液pH值、初始浓度、吸附时间对生物炭吸附能力的影响,并对吸附机理进行了分析。实验结果表明:所得生物炭对Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)、Cr~(6+)的最大吸附值分别为250 mg/g、93.5 mg/g、44.4 mg/g、142 mg/g。生物炭对Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)、Cr~(6+)的等温吸附曲线符合Langmuir方程,吸附动力学过程可以用伪二阶模型来描述。     

硫酸钙/污泥基生物炭对水中铅的吸附性能研究

将硫酸钙作为添加剂与污泥共热解制备硫酸钙/污泥基生物炭(SBC),并使用BET、SEM、FTIR和XRD表征,研究了其对Pb~(2+)的吸附去除特性。结果表明,硫酸钙已负载在生物炭表面并对去除Pb~(2+)有促进作用。当温度为25℃,初始pH为5,SBC投加量为0.4 g/L,吸附时间为240 min时,Pb~(2+)去除率可达99.69%。Langmuir等温吸附模型能更好地描述SBC对Pb~(2+)的吸附过程,最大吸附量为280.899 mg/g;SBC对Pb~(2+)的吸附更符合准二级动力学模型,该吸附过程可能以化学吸附为主;热力学分析表明SBC对Pb~(2+)的吸附是自发的吸热过程,升温有利于吸附。     

颗粒化坡缕石表征及对Pb~(2+)的吸附特性

坡缕石黏土进行简单提纯后,和海藻酸钠、纯水充分混合(物料比为坡缕石∶海藻酸钠∶水=100 g∶9 g∶77 m L),并在潮湿密闭环境下浸润24 h,制成粒径5 mm颗粒。(105±2)℃干燥后,焙烧2 h,制备颗粒状坡缕石吸附剂,采用XRD、BET进行表征,通过静态吸附实验探讨了pH值、Pb~(2+)初始浓度、反应时间和反应温度对吸附的影响,确立了颗粒化吸附剂对Pb~(2+)的吸附动力学和吸附等温线。结果表明,在颗粒化后,坡缕石黏土主要XRD衍射峰得以保留;600℃下烧结,使比表面积降低,而孔容积增大。随着pH值增大,坡缕石颗粒吸附剂对Pb~(2+)的吸附量增加;随着初始浓度的增加,颗粒吸附剂对Pb~(2+)的吸附去除率逐渐降低,平衡吸附量则逐渐上升。当pH值为5.0,Pb~(2+)初始浓度2 500 mg/L时,平衡吸附量达59.85 mg/g。吸附动力学符合颗粒内扩散模型。颗粒化坡缕石吸附剂对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温式,属于吸热反应。     

污泥与麦秸共热解制备吸附剂的研究

利用外热式固定床反应器,在400～700℃范围内对脱水污泥和麦秸的混合物进行共热解,研究了热解条件对炭粉吸附特性的影响。实验结果表明：在相同的秸秆掺混比下,400℃制得的含炭吸附剂的碘吸附值最高,在406.6～542.1 mg/g之间;孔径分布较宽,以中孔为主,微孔和比表面积较小。总孔容积随热解温度的升高而增大,700℃热解的纯污泥总孔容积最大,达到0.223 6 mL/g,中孔占71.9%。污泥与秸秆以5∶5的混合比例热解后所得固体吸附剂总孔容有所下降,但孔径分布集中,中孔含量达到81.1%,大孔含量高达18.9%。     

KMnO4改性棉籽壳生物炭的制备及其对铅吸附研究

以棉籽壳制备的生物炭为原始炭(BC),对其进行KMnO_4改性,制得改性生物炭(BC-Mn),并通过实验研究了BC-Mn对水中铅的吸附性能。结果表明:BC-Mn具有较大的比表面积和丰富的孔径结构。当初始Pb~(2+)质量浓度为300 mg/L,pH=5,吸附剂投加量为2 g/L时,吸附效果最佳,最大吸附量可达到126.79 mg/g。BC-Mn对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir等温方程和拟二级动力学模型,且该吸附过程是可以自发进行的吸热过程。模拟废水实验结果表明,BC-Mn是一种吸附性能良好且具有实际应用价值的重金属吸附剂。     

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。     

锰改性稻壳对铅的吸附

采用高锰酸钾氧化改性稻壳,制备新型的改性吸附剂,研究其对Pb~(2+)的吸附性能。结果表明:吸附Pb~(2+)的最适p H值为4~6;初始Pb~(2+)浓度在50 mg/L以下时,饱和吸附量随Pb~(2+)浓度提高而提高,最高达到28.85 mg/g。吸附等温线和动力学方程拟合分析表明锰改性稻壳对Pb~(2+)的吸附属于单层吸附,吸附过程主要受限于孔隙扩散。     

稻秸秆提取腐植酸残渣基生物炭的制备及其对水体中Cr(Ⅵ)吸附性能研究

以稻秸秆提取腐植酸残渣(ER)与工业尾矿渣(TR)为原料进行共热解制备出一种生物炭,并将其应用于含Cr(Ⅵ)废水的吸附。对主要热解及吸附因素进行了分析,并对吸附机理进行了初步探究。结果表明,生物炭的最佳热解及吸附条件为700℃、ER∶TR=2∶1、投加量为1 g/L、pH=2。在此条件下,当Cr(Ⅵ)初始浓度<30 mg/L,Cr(Ⅵ)去除率在5 min时即可达99%。生物炭的吸附过程符合Langmuir等温线方程,饱和吸附量为27.05 mg/g;准二级动力学方程能更好地反映生物炭的吸附过程,吸附以化学吸附为主。Cr(Ⅵ)首先在静电作用下吸附在生物炭表面,然后Cr(Ⅵ)在生物炭表面被单质碳或溶液中的H⁺还原为Cr(Ⅲ),最后Cr(Ⅲ)在生物炭表面与官能团络合。     

玉米秸秆生物质炭对铅的吸附动力学特征

选用玉米秸秆为原材料,采用限氧裂解法制备生物质炭。研究了其对Pb~(2+)的吸附动力学特征,并探讨了不同温度、pH值、离子强度对吸附效果的影响。结果表明,生物质炭对Pb~(2+)的吸附过程均表现一致,0~4 h内为快速吸附阶段,吸附速率较快,此后呈现为慢速吸附阶段,直至30 h基本达到吸附平衡。随着温度(25~55℃)和pH值(3~6)的升高,生物质炭对Pb~(2+)的饱和吸附量增加。而随着离子强度(CaCl_20.005~0.05 mol/L)的增大,生物质炭对Pb~(2+)的饱和吸附量降低。拉格朗日准二级动力学方程能更好的拟合生物质炭对Pb~(2+)的吸附过程。说明该吸附过程为化学吸附。且内扩散模型对吸附初始阶段的数据拟合效果也较好,这表明Pb~(2+)在生物质炭上吸附速率同时受颗粒内扩散过程和外扩散过程的控制。     

改性锯末生物炭对水中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)吸附机制的研究

以农业废弃物锯末为材料制备生物炭,用铁锰氧化物对锯末生物炭改性,探究某吸附As和Cd的能力与机制。结果表明,改性生物炭增大了孔径和比表面积,增加了更多的吸附点位,尤其是铁、锰、生物炭的质量比为1∶3∶15的吸附剂吸附效果最好,对于砷和镉的平衡吸附量分别增大了35倍和5倍,最大吸附量分别为7.452,17.053 mg/g。低pH环境下,Cd⁽²⁺⁾的吸附受到抑制,而As(2+)的吸附受到抑制,而As⁽³⁺⁾受pH影响较小。Cd和As吸附符合准二级吸附动力学模型,As和Cd的吸附热力学符合Langmuir模型,这表明吸附过程为单层吸附。     

纳米四氧化三铁沸石微球吸附废水中铅离子研究

采用纳米Fe_3O_4对人造沸石(NZ)进行改性,研究了吸附剂投加量、废水pH、不同交联剂、离子含量等对改性磁性沸石微球去除废水中Pb~(2+)性能的影响,分析了改性沸石的吸附动力学和吸附等温线。结果表明,在Pb~(2+)溶液pH=3,吸附剂投加量为0.6 g/L条件下,钙交联纳米Fe_3O_4改性沸石微球(Ca-MZS)对溶液中Pb~(2+)的去除率达93.4%,最大吸附量为77.1 mg/g,较NZ的最大吸附量8.02 mg/g有明显提高。Ca-MZS比铁交联纳米Fe_3O_4改性沸石微球(Fe-MZS)的最大吸附量高2.57 mg/g。Ca-MZS对Pb~(2+)的吸附过程符合准2级动力学模型和Freundlich模型。Pb~(2+)溶液分别加入Na~+、K~+时,Ca-MZS对Pb~(2+)去除率分别下降了9.3个、16.1个百分点。     

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。     

污泥生物炭/凹凸棒土的制备及其吸附性能研究

利用凹凸棒土(ATP)和污水污泥(SS)慢速共热解制备污泥生物炭/凹凸棒土(SBC/ATP)，并开展其对亚甲基蓝(MB)吸附性能的研究。通过扫描电镜、X射线衍射光谱、红外光谱、X射线光电子能谱等表征对污泥生物炭及其复合材料的微观形貌和理化性质进行了分析。探究了热解温度和原料配比对污泥生物炭/凹凸棒土吸附性能的影响，同时考察了吸附剂投加量、pH、MB溶液初始质量浓度及吸附时间等因素对MB去除率的影响。实验结果表明，500℃下制备的SBC/ATP₍(50%))在吸附剂投加量为1.2 g/L、pH=11、MB溶液初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间为180 min时，吸附容量最大为53.74 mg/g。SBC/ATP₍(50%))对MB的吸附更符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型，说明该吸附过程主要为化学吸附控制的单分子层吸附。     

腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响机制研究

以污泥生物炭作吸附剂处理水中Cr(Ⅵ),研究了共存腐殖酸对生物炭吸附性能影响。结果表明,腐殖酸能显著促进生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附,大幅提高吸附量以及缩短吸附平衡时间,生物炭吸附过程符合准二级动力学模型。在溶液初始pH4.0,生物炭浓度20g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800mg/L范围下,Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等温吸附行为。加入腐殖酸(20mg/L)后,拟合得到的理论饱和吸附量达10.10mg/g,较未加入腐殖酸的吸附量5.56mg/g提高近1倍。在pH2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小。     

固定化生物吸附剂对废水中Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

从含重金属废渣堆积区的土壤中筛选分离出一种对重金属Pb~(2+)和Cd~(2+)具有高耐受性的功能菌株,采用包埋法制成固定化生物吸附剂,用于吸附废水中的重金属,考察了重金属的初始浓度、吸附时间、废水pH值及吸附剂添加量等因素对吸附性能的影响.结果表明,筛选出的菌株为短杆菌,对Pb~(2+)和Cd~(2+)的最大耐受浓度分别为2200和700 mg/L;吸附剂投加量为10 g/L、废水pH为6时,Pb~(2+)和Cd~(2+)达最大吸附率,分别为87.77%和57.50%;Pb~(2+)和Cd~(2+)基本可在40 min内被快速吸附达平衡,最大吸附量分别为114.3和82.12 mg/g;废水初始pH为5?7利于吸附;Pb~(2+)和Cd~(2+)初始浓度增加使吸附率降低,且Pb~(2+)初始浓度比Cd~(2+)初始浓度对吸附速率影响更大.Langmuir和Freundlich吸附方程拟合表明,Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附主要为单分子层表面吸附;Pseudo-second order动力学方程拟合表明,吸附过程的限速步骤主要为化学吸附,且Pb~(2+)比Cd~(2+)更易被吸附.     

颗粒化坡缕石表征及对Pb~(2+)的吸附特性

坡缕石黏土进行简单提纯后,和海藻酸钠、纯水充分混合(物料比为坡缕石∶海藻酸钠∶水=100 g∶9 g∶77 m L),并在潮湿密闭环境下浸润24 h,制成粒径5 mm颗粒。(105±2)℃干燥后,焙烧2 h,制备颗粒状坡缕石吸附剂,采用XRD、BET进行表征,通过静态吸附实验探讨了pH值、Pb⁽²⁺⁾初始浓度、反应时间和反应温度对吸附的影响,确立了颗粒化吸附剂对Pb(2+)初始浓度、反应时间和反应温度对吸附的影响,确立了颗粒化吸附剂对Pb⁽²⁺⁾的吸附动力学和吸附等温线。结果表明,在颗粒化后,坡缕石黏土主要XRD衍射峰得以保留;600℃下烧结,使比表面积降低,而孔容积增大。随着pH值增大,坡缕石颗粒吸附剂对Pb(2+)的吸附动力学和吸附等温线。结果表明,在颗粒化后,坡缕石黏土主要XRD衍射峰得以保留;600℃下烧结,使比表面积降低,而孔容积增大。随着pH值增大,坡缕石颗粒吸附剂对Pb⁽²⁺⁾的吸附量增加;随着初始浓度的增加,颗粒吸附剂对Pb(2+)的吸附量增加;随着初始浓度的增加,颗粒吸附剂对Pb⁽²⁺⁾的吸附去除率逐渐降低,平衡吸附量则逐渐上升。当pH值为5.0,Pb(2+)的吸附去除率逐渐降低,平衡吸附量则逐渐上升。当pH值为5.0,Pb⁽²⁺⁾初始浓度2 500 mg/L时,平衡吸附量达59.85 mg/g。吸附动力学符合颗粒内扩散模型。颗粒化坡缕石吸附剂对Pb(2+)初始浓度2 500 mg/L时,平衡吸附量达59.85 mg/g。吸附动力学符合颗粒内扩散模型。颗粒化坡缕石吸附剂对Pb⁽²⁺⁾的吸附符合Langmuir吸附等温式,属于吸热反应。     

海藻生物炭对水溶液中甲基橙的吸附效果与机制

以褐藻为原料制备海藻生物炭吸附剂对其物化性质进行了表征,分析了影响甲基橙(MO)吸附的因素。结果表明,海藻生物炭优化热解温度是700℃,KOH为改性剂,浸渍比(改性剂与生物炭的质量比)为3:1,热解时间270 min,在此条件下制备的生物炭比表面积为340.1 m~2/g,平均孔径2.698 nm,具有良好的MO去除效果。当MO的质量浓度为100 mg/L,添加量为20 mg,吸附时间270 min,MO的去除率为97.24%。吸附等温线数据拟合符合Langmuir模型,吸附动力学数据拟合符合准1级动力学模型,说明吸附以物理吸附为主、化学吸附为辅。因此,以褐藻生物质为原料制备的生物炭可作为吸附剂,并应用于水体中有机染料类污染物的治理。     

改性锯末生物炭对水中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)吸附机制的研究

以农业废弃物锯末为材料制备生物炭,用铁锰氧化物对锯末生物炭改性,探究某吸附As和Cd的能力与机制。结果表明,改性生物炭增大了孔径和比表面积,增加了更多的吸附点位,尤其是铁、锰、生物炭的质量比为1∶3∶15的吸附剂吸附效果最好,对于砷和镉的平衡吸附量分别增大了35倍和5倍,最大吸附量分别为7.452,17.053 mg/g。低pH环境下,Cd~(2+)的吸附受到抑制,而As~(3+)受pH影响较小。Cd和As吸附符合准二级吸附动力学模型,As和Cd的吸附热力学符合Langmuir模型,这表明吸附过程为单层吸附。