磁性生物炭合成及其对重金属吸附机制的研究进展

磁性生物炭(Magnetic biochar,MBC)因其磁分离能力和广阔应用前景而受到研究者广泛关注。MBC中碳基结构特征(如形貌、比表面积、官能团等)和铁氧化物形态及分布受多因素影响,如原料来源、热解温度、合成方法等。然而,MBC特性与合成条件的关联性以及MBC对重金属的吸附机制有待进一步研究。本文通过阐述合成条件对MBC特性的影响及其吸附重金属机制,提出关于未来MBC吸附重金属研究的一些科学问题,这将为认识MBC的环境效应提供重要的基础信息。

壳聚糖/磁性生物炭复合物的制备及其对环丙沙星的吸附性能

本文以芦苇生物质和FeCl_(3)·6H_(2)O为原料,采用浸渍-热解法,控制浸渍比率、热解温度和热解时间制备磁性生物炭(Biochar, MB),再与壳聚糖(Chitosan, CTS)复合,制备了壳聚糖/磁性生物炭复合物(Magnetic biochar, CMB)。利用田口分析方法,以环丙沙星(Ciprofloxacin, CIP)为目标物,以吸附容量为评价指标,优化了CMB的制备条件。使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和全自动比表面及孔隙度分析仪(BET)对其结构进行了表征。研究了CMB对CIP的吸附动力学和吸附热力学。结果表明,CMB的最佳制备条件为浸渍比率1∶3、热解温度800℃、热解时间4 h,以柠檬酸为交联剂、MB与CTS的质量比5∶1。CMB对CIP的吸附更符合Avrami模型和拟二级动力学模型,吸附过程可能是膜扩散和颗粒内扩散共同作用的结果。Freundlich吸附等温方程能较好地描述CMB对CIP的吸附行为。热力学参数表明,CMB对CIP的吸附是一个自发的吸热反应。

磁性生物炭的制备及其在污染治理中的应用研究进展

磁性生物炭(MBC)能够解决吸附后的生物炭(BC)不易从环境中分离的问题。负载在BC上的磁性前驱体在污染物去除中表现出很好的还原和催化活性。本文根据负载在BC上的磁性材料对MBC进行分类,对MBC的制备方法、催化机理和研究进展进行综述,提出了目前MBC研究所面临的问题,为MBC在有机污染治理中的应用作参考。

新型磁性生物炭活化过一硫酸盐降解双酚A

文章使用溶胶-凝胶燃烧法制备磁性生物炭CuFe_(2)O_(4)@SBC,并将其用于活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解双酚A(bisphenol,BPA)。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分析等表征方法探究该复合材料的理化特性,结果表明,CuFe2O4稳定地负载在生物炭表面,且复合材料表面有大量的含氧官能团,如O=C=O、C—O—C和—OH。通过批次试验,探究该材料在不同条件下活化PMS降解BPA的效果,并进行伪一级动力学拟合。结果表明,BPA的去除率随着磁性生物炭投加量、PMS浓度、温度和pH值的增加而增加。通过重复利用试验发现,磁性生物炭在第3轮催化降解试验中对BPA的降解率仍能达到91%。此外,通过淬灭试验发现,^(1)O_(2)、·OH、SO_(4)^(-)·和O_(2)^(-)·都参与了BPA的降解,其中1O2是最主要的活性物种。

两种磁性生物炭耦合Diaphorobacter sp.DFA4去除2,4-DFA和Cu^(2+)的特性

以橘子皮为原料,氯化铁、镍锰铁氧体为磁性介质,制备了氯化铁和镍锰铁氧体改性生物炭(分别记为FBC和MBC),重点考察FBC和MBC介导Diaphorobacter sp.DFA4耦合体系去除2,4-二氟苯胺(2,4-DFA)和Cu^(2+)的特性。结果表明:在0.5~2.0 g/L FBC/MBC的介导作用下,Diaphorobacter sp.DFA4对2,4-DFA和Cu^(2+)的去除效果明显提升。当2,4-DFA初始质量浓度为100~900 mg/L时,相比纯菌Diaphorobacter sp.DFA4培养体系,FBC和MBC介导耦合体系对2,4-DFA的降解强化倍数分别为2.24~4.04倍和1.96~4.71倍,Cu^(2+)去除率则分别由59.70%~69.95%提升至88.57%~93.20%和82.12%~88.20%。当pH为6.0~8.0时,较纯菌Diaphorobacter sp.DFA4培养体系,MBC、FBC介导耦合体系对2,4-DFA的去除率分别提高了15.35%~36.32%和22.43%~37.42%,对Cu^(2+)的去除率则分别提高了37.63%~42.34%和43.61%~47.83%;当盐度由0提高至4%时,两个耦合体系对2,4-DFA的去除率基本保持在85%及以上,而纯菌Diaphorobacter sp.DFA4培养体系对2,4-DFA的去除率则由77.98%降至55.19%。机理分析发现,耦合体系可诱导分泌更多的腐殖酸,且在偏碱条件下,FBC更有利于促使腐殖酸的分泌。

磁性生物炭去除污染水体中重金属的研究进展

生物炭在污水中重金属的去除方面具有良好的应用潜力,但由于难以回收、去除效率较低等原因制约了其在工程中的实际应用。采用磁性材料对生物炭进行改性,可大幅提高生物炭的比表面积和吸附能力,且易于回收。本文综述了浸渍—热解法、水热法、共沉淀法、液相还原法四种常用的磁性生物炭制备方法,比较了对不同方法制备的磁性生物炭的吸附性能,总结了磁性生物炭对水体中重金属的吸附机理,分析了生物质种类、热解温度、反应时间、反应温度、溶液pH、磁性生物炭投加量及背景离子浓度七个因素对磁性生物炭吸附性能的影响。最后,展望了磁性生物炭在实际废水处理中的应用前景及存在问题。

赤泥/废菌渣磁性生物炭的制备及对水中诺氟沙星的吸附

以氧化铝行业废弃物赤泥和食用菌产业废弃物菌棒为原料,采用共热解法制备赤泥/废菌渣磁性生物炭(RMMBC),解析其形貌特征、孔隙结构及表面官能团变化等情况,探究其对水中诺氟沙星(NOR)的吸附效果,通过吸附动力学和等温吸附特性探究其吸附机制,并在实际废水进行试验。结果表明,最佳制备条件为原料比(赤泥、废菌渣、尿素)1∶2.5∶0.5、煅烧时间1 h、煅烧温度700℃。水中NOR浓度为10 mg/L,投加0.25 g RMMBC,其对NOR的最大去除率为96.3%。结果表明,RMMBC具有较大的比表面积(59.295 m^(2)/g)、孔体积(20.157 cm^(3)/g)和饱和磁化率(16.735 emu/g)。RMMBC准二级动力学和Freundlich等温模型能较准确地描述NOR在RMMBC上的吸附过程,表明化学吸附可能是NOR在RMMBC上吸附的主要机制,主要为π-π相互作用、表面络合、疏水作用、氢键和静电作用。利用赤泥和废菌渣制备磁性生物炭吸附效果显著,兼具便于从水体中分离的优势,避免对环境造成二次污染,不仅为低成本处理抗生素废水提供新思路,还有助于实现赤泥与废菌渣的稳定化、无害化、资源化利用,实现“以废治废”的环保目标。

油茶壳基载镧磁性生物炭的制备及其吸附性能初探

针对油茶产业的副产物油茶壳随意丢弃造成环境污染和资源浪费的问题,本研究通过热解法和共沉淀法等物理化学过程,将油茶壳资源化利用制备成水处理吸附剂,并选用典型的有机染料甲基橙(MO)为吸附对象,对制备的油茶壳基载镧磁性生物炭吸附剂的吸附性能进行考察。结果表明,制备的载镧磁性生物炭磁化强度达到13.17 emu/g,具有良好的磁性分离效果,其对甲基橙的最大吸附容量可达2.62 mg/g,表明将油茶壳资源化制备为水处理吸附剂具有良好的前景。

负载方法对磁性生物炭特性的影响

生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)颗粒(磁性生物炭)具有结构稳定、芳香化程度高、官能团丰富、孔隙发达、超顺磁性、导电性高等特点,其在堆肥、污水处理、厌氧消化、土壤修复等领域应用广泛。为探究不同负载方法对生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)颗粒性质的影响,本研究分别通过化学共沉淀法(MBC1)、溶胶凝胶法(MBC2)、球磨法(MBC3)制备了生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)颗粒。结果表明,纳米Fe_(3)O_(4)在MBC1表面呈现絮状,而在MBC2和MBC3表面呈现清晰球状。同时,生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)颗粒都出现了新的官能团(Fe—O—C和Fe—O),具有超顺磁性,磁饱和强度分别为8.619×10^(-2)、8.607×10^(-2)、8.960×10^(-2)A·m^(2)·g^(-1)。相比于生物炭,生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)颗粒的平均孔径增大了240%~330%,电导率提高了17%~26%,pH升至8~9。在3种方法制备的生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)中,MBC1的结晶度最差,MBC3的分散性最好。为生物炭负载纳米Fe_(3)O_(4)颗粒的制备及负载方法对其性质影响提供借鉴。

磁性生物炭的制备、表征及对磷的吸附特性

处理成本高、分离难度大是当前湖库等相对封闭水体磷治理工程中的主要问题。为此,以廉价农林废弃物花生壳为主要前驱物与Fe_3O_4纳米颗粒复合制备一种低成本、可磁分离的磁性生物炭吸附剂,研究了热解温度(400℃、500℃、600℃)、溶液pH值、阴离子(Cl^-和SO_4^(2-))共存等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,复合后的磁性生物炭最大吸附量相比复合前提升了3~5倍。动力学数据拟合结果表明,拟二级动力学方程能较好地拟合吸附过程。磁性生物炭的零电荷点(均<7.5)与前驱物的热解终温在试验范围内呈现明显的正相关,表明引入Fe_3O_4后可明显增加磁性生物炭表面电荷,进而有效提升吸附性能。此外,阴离子共存试验表明,磁性生物炭对磷具有较好的选择性。

核桃壳基磁性生物炭对亚甲基蓝的吸附特性研究

以核桃壳为生物质原料,FeCl3为赋磁剂,采用浸渍-热解法在厌氧条件下制备磁性生物炭MB,并将其作为一种易分离、可再生的吸附剂应用于模拟印染废水中亚甲基蓝的去除。结果表明,MB吸附亚甲基蓝是一个符合Freundlich模型和拟二级动力学模型的自发吸热过程,并在298.15 K、pH=12、C0=2100 mg/L、8 h的吸附体系中对亚甲基蓝的吸附效果为710 mg/g,远大于原始生物炭对亚甲基蓝的吸附容量(84.66 mg/g),是一类在印染废水处理方面具备广阔应用前景的吸附材料。

磁性生物炭的制备及其吸附性能的研究

利用微波辐照技术,以稻草秸秆为碳源,Fe Cl3为赋磁剂,在无需还原剂的条件下制备了磁性生物炭(MBC)吸附剂。对吸附剂进行了表征,并且分析了初始p H、温度、吸附时间等条件对MBC吸附孔雀石绿特性的影响。结果表明,MBC对孔雀石绿的吸附符合Langmuir等温模型和准二级动力学吸附方程;用微波再生法对MBC再生,重复5次后,MBC对孔雀石绿的吸附量为原始吸附量的70%,表现了良好的再生能力。

磁性生物炭复合材料研究进展

生物炭以其优良的污染物吸附效果受到关注,但不易从溶液中分离的难题限制了其应用。通过与磁性介质结合,将生物炭磁化,使其能够在磁场作用下实现固液分离,是解决该问题的有效方法。综述了磁性生物炭复合材料的结构类型及制备方法,分析了影响产物属性的浸渍比率、热解温度、保留时间等因素,并重点介绍了在重金属离子和有机污染物治理中的应用。最后对磁性生物炭发展趋势及该研究领域存在的问题进行了探讨。

磁性生物炭复合材料的制备与应用研究

生物炭在环境管理方面得到广泛的应用研究,但颗粒细和密度小,在水处理时分离回收困难,通过其与磁性介质结合的方式制备磁性生物炭,在外加磁场的作用下可快速有效分离,吸附、催化等特性也得以强化。本文综述了磁性生物炭的结构类型,制备工艺,总结了原料、磁性介质、热解温度、载气等对其性质的影响,介绍了其作为吸附剂、催化剂、土壤修复剂和超级电容的研究进展并探讨了相应的机理。最后对其发展趋势及遇到的问题进行了探讨。

纳米零价铁磁性生物炭对水中2,4,6-三氯酚吸附机理及动力学研究

利用黄豆壳合成纳米零价铁磁性生物炭（n ZVI-MBC）材料,运用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对其理化性质进行表征,探讨其对2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-TCP）吸附机制,并考察溶液p H和n ZVI-MBC投加量等因素对吸附效果的影响。表征结果显示：n ZVI-MBC成功负载了α-Fe,且颗粒近似球形,呈团聚状。实验结果表明：n ZVI-MBC在p H为5～8出现阶段性吸附,吸附效果较好。n ZVI-MBC对2,4,6-TCP的吸附与二级动力学模型拟合度较好,且符合Langmuir吸附等温线方程,吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中2,4,6-TCP的吸附。

磁性生物炭负载Mg-Fe水滑石的制备及其吸附水中Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的性能

合成了一种高吸附容量的磁性生物炭负载Mg-Fe水滑石复合材料(L-BC),并用于去除水中的Cd^2+和Ni2+。表征结果表明,采用浸渍联合热解法成功制备了磁性生物炭(M-BC),水热合成法成功地将Mg-Fe水滑石负载在M-BC上。动力学研究结果表明,Cd^2+和Ni2+吸附符合伪二级动力学模型,化学吸附为速率控制步骤。等温吸附研究结果表明,L-BC对Cd^2+和Ni2+的吸附符合Langmuir模型,为单分子层化学吸附,最大吸附量分别为263.156mg/g和43.291mg/g。吸附机理主要为Mg-Fe水滑石层间CO32-和表面羟基与Cd^2+和Ni2+产生表面共沉淀。L-BC具有良好的吸附和重复利用性能,是一种很有前景的去除Cd^2+和Ni2+的吸附材料。

高效可回收吸附剂磁性生物炭研究进展

生物炭因其来源广泛、成本低廉、吸附效果优异而受到广泛关注,但由于粉末状生物炭在吸附完成后不易固液分离,其自身应用范围受到限制。研究表明:生物炭与磁性介质结合制备磁性生物炭,可以在外加磁场作用下轻松从废液中分离,因此磁性生物炭已成为生物炭领域的热门趋势。总结近年来磁性生物炭的制备和应用研究进展,探讨不同合成原料、制备方法对其产生的影响,分析磁性生物炭对不同类型水体污染物的吸附机理及应用,得到磁性生物炭研究的局限性和未来发展趋势,为未来磁性生物炭研究领域的深化提供参考依据。

磁性生物炭对二价重金属离子吸附性能的研究进展

近年来,国内外的研究学者致力于寻找和制备高吸附性和稳定性的磁性生物炭吸附剂,以更有效地治理重金属污染。本文从磁性生物炭吸附剂的制备、吸附机理、对二价重金属离子的吸附性能、再生和利用等方面,综述了磁性生物炭吸附剂对废水中二价重金属吸附处理的最新研究进展,并指出了目前研究的不足之处,以及将来磁性生物炭处理二价重金属废水的研究方向和重点。

芬顿污泥制备磁性生物炭回用于对硝基苯酚的去除及机制

芬顿/絮凝组合工艺在处理难降解有机物废水时会产生大量的芬顿污泥,会提高废水处理成本,同时也会对环境构成威胁,迫切需要开发一种绿色可持续的方法实现芬顿污泥资源化利用.该研究通过将处理PNP(对硝基苯酚)废水产生的芬顿污泥和污水厂生化污泥共热解,原位制备具有高催化活性的MBC(磁性生物炭),并作为多相芬顿催化剂用于去除PNP,实现“以废治废”.结果表明:当芬顿污泥和生化污泥质量比为1∶1、热解温度为800℃时,制备得到的MBC-800-3催化性能最佳;合适的混合比例可有效避免颗粒聚集,高温形成缺陷结构和多种铁相,为MBC-800-3提供了丰富的反应活性位点;当废水初始pH为3、H_(2)O_(2)浓度为60 mmol/L、MBC-800-3投加量为0.4 g/L时,PNP和TOC(总有机碳)的去除率均最高,在催化反应100 min时分别达到98%和62%;酸性条件下,MBC活化H_(2)O_(2)产生·OH和·O_(2)^(-)催化降解废水的有机物,其中,·OH作为主要活性物种,其来源包括均相芬顿反应和非均芬顿相反应.研究显示,MBC-800-3具有高催化活性以及良好的稳定性和再生性,展现出较好的应用潜力,对芬顿污泥资源化利用具有参考意义.

绿色合成磁性生物炭及其对亚甲基蓝的吸附

以废电池和果树残枝为原料,采用绿色生物浸提+水热合成制备一种新型磁性锰锌铁氧体-生物炭(MBC)。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱分析等表征分析了MBC的特性。结果表明,引入的磁性颗粒有效镶嵌或包覆在生物炭上使MBC比表面积大幅增加,提升了其对亚甲基蓝(MB)的吸附能力,MBC对MB的吸附行为符合准二级动力学方程和Langmuir模型,吸附过程主要受化学吸附控制,最大吸附量为81.9 mg/g。MBC在5次吸附-解吸循环后对MB的吸附效率下降至85%,通过简单的裂解处理后,MBC对MB的吸附效率恢复至95%,且仍保持良好的磁性分离特征。MBC具有低成本、吸附快和磁回收简便等优点,是一种优良的吸附材料。