生物炭的制备及其对氮肥吸附效果的研究

以玉米秸秆为原材料,分别在350、400、450℃下炭化3 h制备玉米秸秆生物炭(分别命名为B350、B400、B450),利用X射线衍射仪、扫描电镜仪、比表面积及孔径分布仪、红外光谱仪等对材料进行表征,确定材料的相关性能,并探讨其与氮肥吸附的相关性。以平衡实验法研究了溶液pH对生物炭吸附氨氮的影响。实验结果表明:玉米秸秆生物炭B350、B400、B450对氨氮的吸附过程均遵循二级吸附动力学模型,且采用Langmuir方程能更好地描述吸附等温线模型;玉米秸秆生物炭对氨氮的饱和吸附量按从大到小依次为B400、B350、B450,且均为有利吸附;玉米秸秆生物炭对氨氮吸附的最佳pH为8～12。     

棕榈纤维生物炭的制备及其对U(Ⅵ)的吸附性能

采集棕榈树纤维制成生物炭,并经KOH改性、微波辐照,合成了KOH改性棕榈纤维生物炭(K-M-PFC),研究了含铀溶液pH值、反应时间、初始U(Ⅵ)浓度、吸附剂用量等因素对K-M-PFC吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明,在溶液U(Ⅵ)初始浓度10 mg/L、反应温度30 ℃、pH=5、K-M-PFC用量0.233 g/L、反应时间75 min条件下,K-M-PFC对U(Ⅵ)的最大吸附量可达到43.042 mg/g。     

沙棘籽生物炭对苯酚的吸附特性研究

为促进沙棘籽的资源化利用,以沙棘籽为原材料,采用慢速热解技术分别于300、400、500℃条件下制备生物炭吸附剂(BC300、BC400、BC500),研究其去除水中苯酚的效果。吸附实验结果表明,生物炭的制备温度明显影响其对苯酚的吸附效果,3种温度制备的生物炭对苯酚的吸附能力表现为BC500BC400BC300。苯酚的初始浓度、吸附温度、时间等因素均影响吸附效果。45℃下苯酚初始浓度为20mg/L时,BC500对苯酚的去除率最高,达92.1%,生物炭对苯酚的等温吸附线符合Langmuir模式和Freundlich模式。探明了沙棘籽制备生物炭吸附剂及其去除苯酚的最适条件,可为沙棘籽应用于苯酚等有机污染物的去除提供理论依据。     

热解温度对污泥生物炭稳定性及养分淋溶特性影响

以市政污泥为原料,在300、500、700 ℃ 条件下热解制备得到污泥生物炭。采用碱液吸收法测定生物炭在培养环境下的CO₂释放速率以表征其降解速率,并采用预测模型计算得到生物炭的半衰期。以去离子水为浸提剂考察了生物炭中可溶性养分含量及其淋溶特性。结果表明:在300~700℃范围内,较高温度下制备的生物炭降解缓慢,稳定性更强,可在自然环境中长期存在,具有更好的固碳效果;较低温度下制备的生物炭中水溶性氮、水溶性钾含量更高,但水溶性磷含量更低;生物炭中养分的淋溶效果与其可溶性养分含量一致,较低温度下制备的生物炭的淋溶液中水溶性氮、水溶性钾含量较高,水溶性磷含量较低。     

微波场中生物炭还原褐铁矿反应动力学实验及模型计算

采用微波失重在线检测装置和XRD分别分析了褐铁矿与生物炭升温至923 K的失重变化及微波焙烧前后的矿相变化;同时基于褐铁矿微波还原焙烧升温失重曲线,采用Achar-Brindley-Sharp-Wendworth微分法和Coats-Redfern积分法,计算了褐铁矿在不同温度段的反应动力学参数. 结果表明,褐铁矿与生物炭在923 K的还原温度下转变为磁铁矿,同时生成少量的硅酸亚铁(Fe2SiO4);其微波还原焙烧过程分为3个阶段进行,在366~470 K,反应的表观活化能(E1)分别为30.7和26.3 kJ/mol,反应机理符合反应级数函数,属于化学反应控制;在470~650 K,表观活化能(E2)分别为40.3和33.1 kJ/mol,反应机理符合Avrami-Erofeer函数,是随机成核和随后生长的化学反应控制;在650~825 K,表观活化能(E3)分别为52.4 和52.9 kJ/mol,反应机理符合Zhuralev-Lesokin-Tempelman函数,属于三维扩散控制.     

废弃菌棒生物炭对土壤中镉和铅的固持和植物吸收性的影响

以废弃菌棒为原料,在 300,500,800 ℃ 缺氧条件下制备菌棒生物炭,结合扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）等表征手段,分析热解温度对生物炭性质的影响。将制备的生物炭添加到受到镉（Cd）和铅（Pb）污染的土壤中,探究菌棒生物炭对土壤中Cd和Pb的固定效果,并用盆栽方式评估添加菌棒生物炭对油菜体内重金属含量的影响。结果表明:随热裂解温度的升高,菌棒生物炭的颗粒逐渐变小,空隙逐渐变大,有利于对重金属离子的吸附。高温热解的菌棒生物炭比低温热解的菌棒生物炭碱性物质多,对土壤 pH 值的提升作用更为显著。油菜盆栽实验表明,生物炭可有效降低有效磷的渗流损失,增加了植物的可利用性。800 ℃热解下得到的生物炭对土壤中Cd和Pb固定效果最好,土壤中总Cd和总Pb的损失分别仅为6.5%和18.5%。而500 ℃热解下得到的生物炭的效果最差。另外,生物炭对Cd的固定效果显著高于对Pb的固定效果。同时与对照值（CK） 相比,生物炭可使油菜中的Cd和Pb的含量都显著降低90%以上。菌棒生物炭对重金属Cd和Pb污染土壤具有良好的钝化修复效果。     

生物炭负载铁氧化物复合材料的制备及在水处理中的应用

纳米铁氧化物能够更高效地去除水中多种有机和无机污染物质,但易团聚失活、易流失等问题限制了其在水处理中的实际应用。生物炭（biochar,BC）作为一种新型的多孔材料具有比表面积大、碳结构稳定、原料来源广、成本低等优点,是负载纳米铁氧化物的理想载体。近年来,BC负载铁氧化物复合材料（铁氧化物/BC）在水处理领域表现出巨大的应用潜力而备受关注。本文重点介绍和总结了铁氧化物/BC的制备方法,及其吸附、催化氧化去除水中磷、有机污染物、重金属及砷的应用、机理和影响因素;并介绍了其在污泥脱水、光催化消毒等水处理环节的应用。在此基础上,从进一步提高去除污染物性能、实际应用经济和技术可行性、扩展材料应用范围等方面提出了今后研究的方向。     

温度和低氧条件对成型生物质炭孔结构影响的实验研究

分别在400℃、500℃、600℃、700℃、800℃的热解终温和0、2%、4%、6%含氧量的热解气氛条件下制备成型生物质炭,通过扫描电镜、比表面积仪等测试手段对制得的成型生物质炭进行孔结构特性分析,研究了热解制备成型生物质炭时不同终温和不同含氧量的热解气氛对成型生物质炭孔隙结构的影响。结果表明,具有相同含氧量的热解气氛条件下,随着终温从400℃升高到800℃,比表面积先升高然后逐渐降低。从扫描电镜图中也可以发现终温在800℃时,大孔更易被观察到。在终温不变条件下,热解气氛的氧气体积分数从0上升到6%时,由于氧浓度增大,对热解产生了促进作用,加速热解反应,比表面积总体上升,微孔、中孔孔容积总体增加,但是在600～800℃时增加趋势放缓。说明在相同含氧量的热解气氛下,随终温升高,比表面积先增加后降低。相同终温下,随着热解气氛中含氧量的增加比表面积增加,而在较高终温和较高含氧量的热解气氛条件下,比表面积增加减慢,而比表面积的增加有利于加强成型生物质炭的吸附能力。