生物炭对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的单一及竞争吸附研究

分别以玉米秸秆、牛粪为原料,在500oC氮气保护的无氧气氛下热解生成玉米秸秆生物炭(BC)和牛粪生物炭(DMBC),分别探讨两种生物炭对水溶液中4种二价重金属离子(Cu~(2+),Pb~(2+),Ni~(2+)和Cd~(2+))的单一吸附效果,并进行4种重金属在生物炭上的竞争吸附实验,探讨金属离子间在生物炭上的相互作用关系。结果显示,两种生物质原料具有不同的元素组成,BC具有较大的比表面积,DMBC的平均孔径更大。在单一吸附过程中,BC对金属的吸附动力学过程具有相似性,而DMBC对不同金属的吸附速率差异较大。4种重金属离子在生物炭上的等温吸附过程可以用Langmuir方程较好地拟合,吸附容量的顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)Ni~(2+)。通过金属之间的竞争吸附实验,发现在生物炭上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Ni~(2+)和Cd~(2+)竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制。     

Echinops bannaticus plant and Zinnia grandiflora extract as char biosource and reducing agent for the biosynthesis of Ag on magnetic char-polymer: An efficient catalyst for water treatment

In attempt to expand the use of natural compounds for waste treatment, a novel catalyst with the utility for dye reductive degradation is reported. In the catalyst synthesis procedure, the plant Echinops bannaticus was applied as a biosource and hydrothermally treated to furnish a hydrochar that served as a support. The latter was magnetized, vinyl functionalized, and then polymerized with copolymer of 2-hydroxyethyl methacrylate and methacrylate polyhedral oligomeric silsesquioxane. Subsequently, Ag nanoparticles were stabilized on the resultant composite with the aid of Zinnia grandiflora extract as a natural reducing agent. The resulting catalyst displayed high catalytic activity for the reduction of methylene orange and rhodamine B dyes in aqueous media at room temperature. The effects of the reaction variables, including the reaction time and temperature, and the catalyst loading, were examined and the kinetic and thermodynamic terms for both reactions were evaluated. E_a, ΔH^#, and ΔS^# values for the reduction of methyl orange were estimated as 50.0 kJ/mol, 51.50 kJ/mol, and −102.42 J mol⁻¹ K⁻¹, respectively. These values for rhodamine B were measured as 28.0 kJ/mol, 25.5 kJ/mol, and −187.56 J mol⁻¹ K⁻¹, respectively. The recyclability test also affirmed that the catalyst was recyclable for several runs with insignificant Ag leaching and decrement of its activity.     

碱改柚子皮生物炭对水体中Mn(Ⅱ)的动态吸附研究

为了探求碱改柚子皮生物炭在实际应用中去除水体中Mn(Ⅱ)的理论依据,考察了其在固定床中对Mn(Ⅱ)的动态吸附.以流量、床高、Mn(Ⅱ)初始质量浓度为变量,研究了这三类运行条件对碱改柚子皮生物炭在固定床中吸附Mn(Ⅱ)的影响,并对实验结果进行了模型拟合,结果表明:碱改柚子皮生物炭对Mn(Ⅱ)的吸附有一定的缓冲作用;降低流量和Mn(Ⅱ)初始质量浓度,增加床高均能使固定床的运行时间延长;在流量为1 mL/min,Mn(Ⅱ)初始质量浓度为150 mg/L,床高为2 cm时,观察到了碱改柚子皮生物炭对Mn(Ⅱ)的最大比吸附量为25.59 mg/g;Thomas模型表明内部扩散和外部扩散不是吸附过程中的限制性步骤;在Adams-Bohart模型的拟合中发现固定床系统吸附初期的动力学受外部传质控制,且其线性表达式(BDST模型)较为准确的预测了各初始条件下Mn(Ⅱ)穿透70％的运行时间;modified dose-response模型准确的描述了Mn(Ⅱ)穿透曲线的形状.     

杨树人工林沼液和生物炭混施对表层土壤活性有机碳的影响

人工林施肥是一种重要的经营管理措施,而近年来沼液的处理与生物炭肥的使用也引起了人们广泛关注。在苏北杨树人工林集中分布区开展了沼液(施用量为0、125、250、375 m³/hm²)和生物炭(施用量为0、40、80、120 t/hm²)交互肥效实验,结果表明:①在所有沼液施肥水平中,生物炭的施用增加了表层土壤的活性有机碳,并提高了土壤微生物生物量碳氮比,使得微生物群落向真菌主导类型发展; ②在所有沼液施肥水平中,生物炭的添加显著提高了表层土壤(0～10 cm)的pH,促进了土壤的氮矿化和硝化作用; ③沼液和生物炭对土壤活性有机碳和pH具有显著的交互效应。因此,沼液和生物炭混施能进一步促进土壤活性有机碳的含量,改良土壤肥力,提高人工林生态系统生产力。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物量及碳源代谢多样性的影响

生物炭不仅可以改良土壤理化性质,并且能够帮助土壤长期固碳从而减缓温室气体的排放。以江苏东台杨树人工林土壤为对象,设计4种生物炭添加量CK(0)、T1(40 t/hm²)、T2(80 t/hm²)、T3(120 t/hm²),探究生物炭及其季节动态变化对土壤理化性质、微生物量和碳源代谢的影响。结果表明:生物炭施入降低土壤含水率,却使得土壤pH升高; 生物炭导致土壤微生物量氮(SMBN)下降,并且SMBN具有明显季节动态变化,即冬春偏高、夏秋相对较低; 而生物炭没有明显改变土壤微生物量碳(SMBC),但SMBC季节动态变化明显。高浓度生物炭(T3)显著提高了微生物在Biolog平板上的AWCD(平均单孔颜色变化率),但对碳源代谢多样性影响不显著。主成分分析表明,相比不同的施炭处理,同一处理季节的差异更显著地影响了微生物碳源的代谢模式。     

四种原料热解产生的生物炭对Pb2+和Cd2+的吸附特性研究

以木屑、米糠、稻杆、玉米秸杆为原料, 在300, 400, 500, 600和700℃下, 氮气保护的无氧气氛中热解制成生物炭, 探讨不同类型生物炭对水溶液中重金属Pb²⁺和Cd²⁺的吸附效果。研究发现, 对于4种生物质原料而言, 在700℃下制备的生物炭对水溶液中Pb²⁺和Cd²⁺的吸附效果均优于其他制备温度下获得的生物炭, 其中稻杆生物炭(700℃)吸附容量最高, 对Pb²⁺和Cd²⁺分别为126.58和60.61 mg/g。利用X射线荧光光谱、环境扫描电子显微镜、气体吸附仪等方法, 分析700℃下制取的4种生物炭的矿物相元素组成、表面形貌及其比表面积。采用X射线衍射法分析4种生物炭样品在吸附重金属后的矿物相特性, 分析其重金属吸附机理。结果表明, 4种生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附均满足Langmuir等温吸附模型, 同时XRD分析显示Pb²⁺和Cd²⁺在生物炭表面以碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和亚硫酸盐形式存在。     

微生物与生物炭复合修复铬污染土壤的室内试验研究

以铬污染土为研究对象,通过浸出试验、Cr(VI)残留值试验、BCR连续提取试验研究了巴氏芽孢杆菌、生物炭及巴氏芽孢杆菌与生物炭复合对铬污染土壤的修复效果。结果表明：经过20 d修复后,上述添加剂均能够修复铬污染土壤,但菌液与生物炭复合的修复效果优于菌液和生物炭,且菌液的修复效果要优于生物炭;其中,当菌液浓度OD600 为1.0与生物炭浓度40 g?kg-1复合时,土壤浸出浓度和土壤中Cr(VI)含量分别从90 mg?L-1、270 mg?kg-1降低至1.08 mg?L-1、5.14 mg?kg-1,修复效果最好;同时,3种添加剂均提高了土壤的pH,均促使铬从弱酸态向可还原态和残渣态转化,而对可氧化态铬影响不大;由X射线光电子能谱分析（XPS）分析可知巴氏芽孢杆菌与生物炭复合修复铬污染土壤为混合吸附和还原的过程。     

菠萝皮生物炭负载纳米零价铁去除水中的铬

以菠萝皮制成的生物炭为载体负载纳米零价铁(n ZVI)合成功能性生物炭(n ZVI/BC),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对材料进行表征,考察了p H和初始Cr(Ⅵ)浓度对Cr(Ⅵ)的去除率的影响,并对其机理进行研究。结果表明:n ZVI/BC对Cr(Ⅵ)的去除效率在p H=3时达到峰值90. 3%,而在p H=9时去除效率最低。吸附动力学实验数据符合准二级动力学(PSO)模型;当Cr(Ⅵ)的初始浓度由10 mg/L增加到30 mg/L时,速率常数由0. 466 0 min-1减小到0. 237 1 min-1,说明反应速率随着溶液Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而减小。SEM图像显示n ZVI与生物炭的表面结合良好。反应前后的XRD和XPS分析表明,在反应过程中,n ZVI和Cr(Ⅵ)发生吸附,还原和共沉淀。因此,菠萝皮生物炭负载n ZVI可作为水中Cr(Ⅵ)去除的有效复合材料。     

生物碳滤出液对小球藻生长的影响

生物碳是农业废弃生物质经裂解制备的富含有机碳和矿物质、结构复杂的碳材料。生物碳已被广泛应用于促进植物生长、增强环境生态修复,但是关于生物碳浸出液对水生生物的影响的研究还十分少。采用不同温度制备的生物碳的滤出液培养小球藻,研究不同滤出液对小球藻生长的影响。研究结果表明,随着生物碳裂解温度的升高,小球藻的生长逐渐变差:300℃生物碳滤出液培养小球藻的生物质总量最高,其次是500℃,最差的是700℃。另外,通过对滤出液成分的分析,发现影响小球藻的主要因素是滤出液的有机碳含量和p H。随着生物碳制备温度的升高,溶出的有机碳含量减少和p H升高,抑制了藻类的生长。     

浒苔生物炭对水中萘的吸附作用

 近年浒苔的爆发式生长给中国一些沿海城市海滨环境和景观造成很大影响,而妥善处置清理后的浒苔至关重要。本研究将浒苔在不同温度下碳化制备成生物炭,用于吸附处理水中的萘。结果发现,浒苔生物质及150℃碳化的浒苔生物炭对萘的吸附以弱的分配作用为主,吸附等温曲线为线性;250、350℃碳化后,吸附能力显著增强,表面吸附和分配作用均有贡献;随着碳化温度进一步升高,吸附能力明显减弱,500℃碳化后吸附作用仅由表面吸附贡献;而700℃碳化时,浒苔中的碳质几乎被完全氧化分解,仅残留部分矿物组分,对萘几乎没有吸附能力。