生物质炭对黄花鸢尾湿地浮游植物群落的影响

考察野外腐化的黄花鸢尾生物质炭在黄花鸢尾模拟湿地系统中维持浮游植物群落稳定性的作用. 实验结果表明： 当湿地基质中生物质炭施加质量比为5 g/kg时, 生物质炭可通过吸附 解析作用维持模拟湿地系统水相中酮类物质质量浓度的稳定; 该稳定作用可使浮游植物群落处于相对稳定的化感物质胁迫强度下, 进而使群落小演替能正常进行.     

生物质炭对杨树人工林土壤微生物群落的影响

研究不同温度制备的生物质炭对杨树人工林土壤微生物群落结构和酶活性影响的差异,探究土壤pH、微生物群落结构及其酶活性之间的关系,为深入研究生物质炭对土壤碳循环的影响提供参考。     

不同热解终温和保留时间下污泥生物质炭 孔隙结构特征

通过低温(77 K)氮气吸附/脱附等温实验,结合分形维数的概念,分析生活污水污泥在不同热解终温和保留时间下经热解获得的生物质炭孔隙结构变化特征。实验结果表明,随着热解终温的提高,污泥生物质炭BET的比表面积呈先升高后降低的趋势,在600oC时达到最大,为92.3 m~2/g。在低温(不超过500oC)下,污泥生物质炭中的孔以介孔为主,无微孔出现;在高温(超过500oC)下,则以微孔和介孔为主。随热解终温的升高,孔的形状由狭缝型向开放性和平行板式转变,保留时间的延长不改变孔的形状,但改变孔的容积。污泥生物质炭表面分形维数随热解终温升高呈增大趋势;而保留时间的延长,在中高温(600~700oC)下使污泥生物质炭表面分形维数降低,高温(超过700oC)下又使其提高。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物生物量碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

【目的】揭示林分尺度下添加生物炭对土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物生物量氮(SMBN)、土壤微生物生物量磷(SMBP)含量及其化学计量特征的影响,深入了解生物炭对杨树人工林土壤微生物群落结构与功能的影响,系统阐明生物炭调控人工林C、N、P生物地球化学循环的土壤微生物学机理,为在平原地区人工林生态系统中安全推广生物炭固碳增汇技术提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场的杨树人工林为对象,设置生物炭添加量低(T1,40 t/hm²)、中(T2,80 t/hm²)、高(T3,120 t/hm²)3种处理及对照(不添加CK),测定SMBC、SMBN、SMBP含量及其化学计量特征(土壤微生物生物量碳、氮、磷含量比,即m(SMBC)/m(SMBN)、m(SMBC)/m(SMBP)、m(SMBN)/m(SMBP),文后简写为SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP)在不同处理间的差异,及其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①与对照样地相比,3种生物炭添加处理均提高了SMBC、SMBN和SMBP含量。T1、T2、T3处理样地SMBC含量分别为对照样地的1.08、1.15、1.19倍; SMBN含量分别为对照样地的1.12、1.24、1.34倍; SMBP含量分别为对照样地的1.11、1.26、1.41倍; ②T1处理样地的SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP分别为15.7、85.0、5.4,T2处理样地的分别为15.1、78.6、5.2,T3处理样地的分别为14.3、73.3、5.1。与对照相比,3种生物炭添加处理均显著降低了SMBC/SMBN和SMBC/SMBP,且不同处理间差异显著(P<0.05),但仅T2、T3处理显著降低了SMBN/SMBP(P<0.05); ③SMBC、SMBN、SMBP含量均具有显著的季节变异,其中在植物休眠季节(2014年12月及2015年3月),SMBC、SMBN及SMBP的含量均维持在较高水平,而在植物生长的旺盛季节(2015年7月及2015年10月),其含量下降至较低水平,但SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP的季节变化与此完全相反; ④添加生物炭提高了土壤可溶性有机碳、硝态氮、速效磷、全氮和总有机碳含量,增加了土壤pH和含水率,但是降低了土壤密度和铵态氮含量; ⑤相关性分析表明,SMBC含量与土壤可溶性有机碳(DOC)、pH、含水率(SMC)、硝态氮(NO^-₃-N)和速效磷(AP)呈极显著正相关关系(P<0.01),与铵态氮(NH⁺₄-N)呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度、全氮(TN)和总有机碳(TOC)相关性不显著(P≥0.05); SMBN与SMBP的含量表现较为一致,均与DOC、pH、SMC、NO^-₃-N、AP、TN呈极显著正相关关系(P<0.01),与NH⁺₄-N呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度和TOC相关性不显著(P≥0.05)。【结论】添加生物炭能够显著提升SMBC、SMBN、SMBP含量,并有效降低SMBC/SMBN、SMBC/SMBP和SMBN/SMBP,有利于促进土壤微生物对N、P养分的固持与周转,进而改善土壤对N、P养分的供应。研究还发现,研究区杨树人工林生长可能存在N、P养分限制现象。     

不同生物炭进入土壤后对304不锈钢腐蚀的影响

生物炭在土壤应用过程,不可避免地会对与土壤之间接触的机械设备部分产生腐蚀作用。为探究生物炭应用于农业生产中对机械设备以及金属工具损耗的影响,采用分别在700、400和100℃温度下裂解制备的小麦秸秆生物炭(WB)、水稻秸秆生物炭(RB)和松木生物炭(PB)的生物炭对304不锈钢板材进行腐蚀处理,并测量其极化曲线和电化学阻抗谱和腐蚀表现。结果表明:与空白组(CK)对比,相较于304不锈钢的腐蚀速率,在施入WB的土壤中,腐蚀速率会随着WB裂解温度的增大而增大;而加入RB的土壤会加剧不锈钢的腐蚀,其中在加入400℃RB的土壤中腐蚀速率达到最大;这是因为WB和RB的加入会提升土壤中的Cl~-含量至足以达到点蚀效应的程度加速了不锈钢板材的腐蚀。与此同时,发现100℃制备的PB生物炭可以抑制不锈钢的腐蚀。总而言之,不同生物质和制备温度的生物炭在土壤实际应用中表现出不同的腐蚀和抗腐蚀特性,因此深入研究这些方面将为其农业应用具有深远影响。     

花生壳生物质炭的响应面法优化制备及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附

为探究生物质炭用于重金属废水处理的效果,选用花生壳为原料,ZnCl₂为改性剂,采用响应面优化法,得出最优生物质炭的制备条件,并探究了不同单因素对花生壳生物质炭吸附水中Cr(Ⅵ)的效果.结果表明:处理含50 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液,花生壳生物质炭的最优制备条件为ZnCl₂改性剂浓度4 mol/L,炭烧温度500 ℃,炭烧时间3 h,单因素实验最佳反应条件为pH=2,投加量=50 mg,此时吸附率为93.72%,且温度越高越有利于吸附.等温吸附实验符合Langmuir模型,表明吸附过程以单分子层吸附为主,属于吸热反应;动力学符合准二级方程,吸附过程中以化学吸附为主.     

生物炭应用技术研究

对生物炭研究历史、现状、存在的问题及产业化前景进行了综合分析与评述,重点阐述了生物炭在能源、环境、农业等领域的应用价值与重要作用。认为生物炭在应对气候与环境变化、固碳减排、保障能源安全和粮食安全等方面都具有重要应用价值和现实意义。文章提出了以农林废弃物资源化利用为基础的生物炭研究发展方向、建议和产业化开发与应用的技术途径。为推动生物炭工程技术创新与产业化发展提供参考依据。     

硫改性富镉生物质炭光催化降解双酚A

以镉污染土壤修复后的生物质高粱为原材料,利用高温煅烧和水热反应制备了硫改性生物炭光催化材料,通过扫描电镜、X射线衍射等手段对材料的形貌和晶体结构等进行表征,结果表明生物炭上成功负载了硫化镉晶体.光催化降解特性研究发现,该材料能快速降解水中双酚A(BPA),其光催化降解速率分别是生物质高粱生物炭和硫化镉的15.5倍和2.4倍.单因素实验发现,酸性环境、提高材料投加量均能显著提高材料对BPA的光催化降解速率.循环实验表明,该材料具有较好的光催化稳定性.猝灭实验发现,光催化降解过程中起主要作用的活性物种为空穴(h⁺),其次是·OH和·O^-2.     

Simultaneous Removal of Polymers with Different Ionic Character from Their Mixed Solutions Using Herb-Based Biochars and Activated Carbons

Nettle and the sage herbs were used to obtain carbonaceous adsorbents. For the biochar preparation the precursors were dried and subjected to conventional pyrolysis. Activated carbons were obtained during precursor impregnation with phosphoric(V) acid and multistep pyrolysis. The textural parameters and acidic-basic properties of the obtained adsorbents were studied. The activated carbons prepared from the above herbs were characterized by the largely developed specific surface area. The obtained carbonaceous adsorbents were used for polymer removal from aqueous solution. Poly(acrylic acid) (PAA) and polyethylenimine (PEI) were chosen, due to their frequent presence in wastewater resulting from their extensive usage in many industrial fields. The influence of polymers on the electrokinetic properties of activated carbon were considered. PAA adsorption caused a decrease in the zeta potential and the surface charge density, whereas PEI increased these values. The activated carbons and biochars were used as polymer adsorbents from their single and binary solutions. Both polymers showed the greatest adsorption at pH 3. Poly (acrylic acid) had no significant effect on the polyethylenimine adsorbed amount, whereas PEI presence decreased the amount of PAA adsorption. Both polymers could be successfully desorbed from the activated carbons and biochar surfaces. The presented studies are innovatory and greatly required for the development of new environment protection procedures.     

百香果内膜生物炭作为微生物燃料电池阴极催化剂的产电性能研究

以天然来源的生物质百香果内膜为原料,采用热解炭化-KOH活化的方法制备出比表面积大、孔隙结构好的纳米片生物炭（BXG-AC）,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等方法对所制备催化剂进行了元素组成和微观形貌表征,采用循环伏安扫描（CV）和线性伏安扫描（LSV）对材料的电化学性能进行分析。结果表明,百香果内膜生物炭经过KOH活化后,在0.1 mol/L的磷酸缓冲液（PBS）中表现出良好的电催化活性。将所制备的催化剂应用于单室MFCs阴极时,对应的MFC最大功率密度达1153.3 mW/m²,略低于Pt/C的1214.3 mW/m²,且此MFC运行60 d后,其性能未见明显降低。表明BXG-AC催化剂具有显著的催化活性和稳定性,为开发高效MFC阴极催化剂提供了新途径。