生物炭基固体酸催化剂制备及其催化油酸酯化性能的研究

以去除半纤维素的玉米芯为原料,通过高温炭化、浓硫酸磺化制备了生物炭基固体酸催化剂,用于油酸酯化制备生物柴油,并对催化剂进行了表征。考察了炭化温度、炭化时间、磺化温度、磺化时间等制备条件对催化剂的影响,探究了反应温度、反应时间、醇油摩尔比、催化剂质量分数对油酸酯化反应的影响。结果表明,适宜的催化剂制备条件为300℃炭化3 h、25℃磺化4 h,在此条件下制备的生物炭基固体酸酸量为1.67 mmol/L;适宜的反应条件为反应温度65℃,反应时间5 h,甲醇与油酸的摩尔比12∶1,催化剂质量分数4%,在此条件下,油酸转化率为98%。催化剂在使用4次后,催化剂活性下降至63%,经过重新磺化,油酸转化率可恢复至94%。

Recovery of NH4^＋ by corn cob produced biochars and its potential application as soil conditioner

NH4^＋ ion, a main pollutant in aquatic systems, not only causes eutrophication in rivers and lakes but also contributes to fish toxicity. In this study, an eco-friendly biosorbent was prepared from the pyrolysis of corn cob, a low-cost agricultural residue. The biochars produced by pyrolysis of corn cob at 400℃ and 600℃ were characterized and investigated as adsorbents for NH4＋ -N from an aqueous solution. The biochars were characterized through elemental analysis, Brunauer-Emmett-Teller-N2 surface area analysis, scanning electron microscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. Batch experiments were conducted to investigate the NH4＋ adsorption process of the corn cob biochars. The Freundlich isotherm model fitted the adsorption process better than the Langmuir and Dubinin-Radushkevich isotherm models. Moreover, the adsorption process was well described by a pseudo-second-order kinetic model. Results of thermodynamic analysis suggested that adsorption was a nonspontaneous exothermic process. Biochars produced at 400℃ had higher adsorption capacity than those produced at 600℃ because of the presence of polar functional groups with higher acidity. The exhausted biochar can be potentially used as soil conditioner, which can provide 6.37 kg NH4＋-N-t^-1 （N fertilizer per ton of biochar）.

玉米芯热解制备多孔炭材料的研究进展

玉米芯作为典型的农业废弃物,是制备生物炭材料的优质原料之一。文章以玉米芯为研究对象,综述了玉米芯热解制备生物炭的研究进展,并对热解制备的玉米芯基生物炭理化特性的影响因素进行了分析,主要包括热解制备过程中的热解方式、热解温度、升温速率及改性方法等因素。研究表明,不同制备条件和改性方法对玉米芯生物炭的理化性质有着显著的影响。文章还对玉米芯生物炭的制备进行了展望,以期为玉米芯生物炭的规模化制备和利用提供借鉴与指导。

玉米芯生物炭对含盐污水中氨氮的吸附特性

以玉米芯为原料制备生物炭,并采用"盐酸+超声波"改性,研究了其对含盐污水中氨氮的吸附特性。结果表明,改性玉米芯生物炭的比表面积和酸性含氧官能团含量较改性前分别提高了7.5、18.2倍,在氨氮初始质量浓度为40 mg/L、盐度为0.45%、p H值为5.0、投加量为2.5 g时,对氨氮的吸附率可达79.4%。改性玉米芯生物炭在含盐条件下对氨氮的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir模型,理论最大吸附量为2.538 2~2.842 6 mg/g,显著高于改性前。热力学分析表明,玉米芯生物炭对含盐污水中氨氮的吸附主要为物理吸附,且是自发、放热及熵增加的过程。以HCl为解吸剂,改性前后玉米芯生物炭的最佳吸附-解吸循环次数分别为3、7次,再生后对氨氮的平衡吸附量分别为解吸前的85.1%、93.8%。

玉米芯生物炭的制备及其对水中罗丹明B的吸附性能

选用废弃玉米芯为原料,通过限氧热解法在600℃下制备玉米芯生物炭(CCB_(600))用于吸附水中罗丹明B(Rh B),在对CCB_(600)进行结构表征的基础上,通过序批实验对吸附影响因素、动力学、等温线及热力学进行了研究。结果表明,CCB_(600)具有较高的碳化水平、芳香性和良好的生化稳定性,比表面积高达22. 35 m^(2)/g,总孔容为0. 048 cm^(3)/g,同时含有—OH、C=O、C—O等含氧官能团,可为其吸附Rh B提供有利条件。在反应温度为25℃、溶液初始p H值为3. 0、CCB_(600)投加量为0. 4 g/L、Rh B初始浓度为20 mg/L时,吸附210 min后基本达到平衡,Rh B去除率超过94%。采用准二级动力学模型和Freundlich模型能更好地描述CCB_(600)对Rh B的吸附行为,吸附过程包括了快速吸附、慢速扩散和吸附平衡3个阶段,属于多分子层非均相吸附,颗粒内扩散不是唯一的控速步骤。Rh B在CCB_(600)上的吸附行为是自发的,且是吸热和熵增加的过程,吸附反应以化学吸附为主,与氢键和π—π键的作用密切相关。CCB_(600)可为水中Rh B的去除提供一种有价值的吸附材料。

玉米芯基和污泥基生物质炭对盐碱土壤理化性质及重金属有效性的影响

为了解玉米芯基和污泥基生物质炭应用于盐碱土壤改良的可行性,以玉米芯和剩余活性污泥为原料,在300℃～500℃条件下热解制备生物质炭,通过扫描电镜对其微观结构进行分析,并通过培养试验研究不同温度制备的生物质炭对盐碱土壤基本理化性质及重金属有效性的影响。结果表明:玉米芯、污泥碳化后微观结构更发达,比表面积更大;添加混合生物质炭能够显著增加盐碱土壤中有机碳含量,是对照土壤的3.66～10.13倍,而土壤中总氮、总磷、有效磷、速效钾含量变化幅度较小,水溶性盐含量降低明显,最大降低5.06 g·kg^(-1),且加入生物质炭后大幅度提高了土壤阳离子交换能力,提高了3～9.25倍,但混合生物质炭对土壤p H值影响不大;生物质炭能够有效降低土壤重金属有效态含量,且随着施用量增加而显著降低。

玉米芯基和羊粪基生物炭对亚甲基蓝的吸附特性

在600℃热解温度下制备玉米芯基生物炭(CCB_(600))和羊粪基生物炭(SMB_(600)),对比分析了他们的理化性质,并通过序批实验探讨了其对亚甲基蓝(MB)的吸附特性。结果表明,SMB_(600)的比表面积、总孔容、平均孔径分别是CCB_(600)的7.71、4.62、2.3倍,且具有更高的芳香性和极性。在初始MB的质量浓度为50 mg/L、p H为11,CCB_(600)、SMB_(600)投加量分别为0.5、0.3 g/L时,吸附在210 min左右达到平衡,对MB的去除率分别为93.57%、95.24%。采用准2级动力学模型和Freundlich模型能更准确地描述MB在2种生物炭上的吸附行为,吸附速率由液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散等共同控制。2种生物炭对MB的吸附均属于自发、吸热、熵增的过程,主要通过物理作用进行吸附。氢键和π-π键作用在MB的吸附过程中起到重要作用。SMB_(600)的吸附性能明显优于CCB_(600),更适合作为水中MB的吸附剂。

花生壳和玉米芯生物炭对亚甲基蓝的吸附性能

选择花生壳和玉米芯为原材料分别在700℃和450℃条件下制备生物炭,考察了亚甲基蓝初始浓度、生物炭投加量、温度和pH对生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附动力学和等温吸附特征进行了探讨。结果表明,生物炭投加量的增加使其对亚甲基蓝的吸附量下降,而去除率升高;提高亚甲基蓝初始浓度、反应体系温度和pH均会使生物炭对亚甲基蓝的吸附量增高;4种生物炭对亚甲基蓝的吸附动力学过程均能被准二级动力学方程很好地拟合(R^(2)=0.992~0.999),吸附过程以化学吸附为主要控制步骤;4种生物炭对亚甲基蓝的吸附更适合用Langmuir方程描述(R^(2)=0.992~0.995),PSB700、PSB450、CCB700和CCB450对亚甲基蓝的理论最大吸附量Q_(max)分别为10.247mg/g、6.449mg/g、7.919mg/g和2.860mg/g,吸附能力由大到小为PSB700>CCB700>PSB450>CCB450。

改性玉米芯生物炭吸附水体污染物的研究进展

生物炭是一类以生物质为原料在高度缺氧的条件下经过高温处理得到的炭材料。生物炭内部具有丰富孔洞,比表面积大,且表面化学结构丰富具有良好的吸附性能。玉米芯作为一种常见的农业废弃物,也是制备生物炭的原料之一。本文综述了以玉米芯制备生物炭,及其改性工艺的研究进展,旨在为玉米芯生物炭在应用研究提供参考。

氮掺杂玉米芯生物炭对水中四环素的吸附研究

以农业废弃物玉米芯为原料,在双氰胺和碳酸氢钠的共同作用下经热解、活化得到氮掺杂玉米芯生物炭(N-CBC).利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)和红外光谱(FTIR)等手段对生物炭掺杂前后的形貌、组成和结构进行了表征,并系统分析了N-CBC对水中四环素的吸附性能、吸附动力学和吸附热力学.结果表明,在玉米芯、碳酸氢钠和双氰胺的质量比为1∶2∶0.7,700℃热解3 h的条件下制备的N-CBC对四环素的吸附性能最优,N-CBC呈多孔纹理结构,比表面积高达1 670 m^(2)/g,为有机污染物的吸附提供了大量的活性位点,同时,氮的掺杂利于形成π-π共轭结构,促进吸附过程的进行.吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学研究表明,N-CBC对四环素的吸附符合准二级动力学模型,且为自发的多分子层物理吸附.

钙改性玉米芯生物炭对水中氮磷吸附特性

以玉米芯为原材料,在500℃条件下高温热解制备生物炭,使用CaCl_(2)对其进行改性,通过SEM、EDS、BET-N_(2)、FTIR、XPS等手段对生物炭结构与组成进行了测定。通过吸附实验研究了改性生物炭对水中氮磷的吸附性能和影响因素,分析探讨其吸附机理,为生物炭在水处理中的应用提供参考依据。结果表明:CaCl_(2)改性使玉米芯生物炭比表面积提高了137.57%,微孔和介孔数增加,并产生Ca^(2+)、Cl^(-)离子有效附着。氮磷初始溶液质量浓度、固液比、吸附时间均会对生物炭的吸附性能产生影响。CaCl2改性后的生物炭对氮磷吸附量分别提高了46.6%和78.4%。改性后的生物炭(Ca-BC)对水中氮磷的吸附更符合准二级动力学;Ca-BC对氨氮和磷酸盐的等温吸附更符合Langmuir模型,吸附过程更接近物理吸附为主,化学吸附为辅的单分子层吸附。Ca-BC通过范德华力静电相互作用、离子交换和化学沉淀过程去除水中氮磷。

热解温度和时间对三种作物残体生物炭pH值及碳氮含量的影响

生物炭的理化性质主要由基质材料和热解条件决定。本试验以玉米棒芯、大豆秸秆和水稻颖壳为生物质材料,以马弗炉为热解设备,研究热解温度(300、350、400、450、500和550℃)和热解时间(3、6和9 h)对生物炭产率、pH和碳氮含量的影响。结果表明:随着热解温度的升高和热解时间的增长,生物炭的产率随之降低,pH随之升高;玉米棒芯生物炭和大豆秸秆生物炭碳含量随着热解温度的升高和热解时间的延长增加,但水稻颖壳生物炭碳含量变化不大;随着热解温度的升高和热解时间的延长,玉米棒芯生物炭和水稻颖壳生物炭氮含量变化无规律,但大豆秸秆生物炭氮含量呈降低趋势。

金属盐类对玉米芯水热炭化过程的影响

以生物质玉米芯为原料,研究水热炭化法制备生物炭技术特点.在180~230℃水热条件下,分别以水、氯化铝和氯化锌溶液为液相进行了生物炭化过程实验,检验了温度和液相因素的影响,使用元素分析、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等技术对生成生物炭的化学及结构变化特性进行了分析和表征.所得生物炭产率为30.3%~50.12%,碳含量为44.26%~63.72%、C/O为0.89%~2.08%、C/H为7.26%~14.19%,热值为17.14~24.37 m J/kg.与水相比,在金属盐类溶液中较低的温度下可生成有较高碳含量和热值的生物炭,在环境扫描电镜中发现该类生物炭呈现较多的球形结构,其中氯化铝对生物炭化过程影响显著.研究为生物质的水热碳化过程合理化提供技术参考.