改性生物质炭生产工艺及除磷特性应用研究

改性生物质炭的改性研究备受关注,尤其铁、镁、钙和镧等金属离子改性,在除磷领域得到大量的研究,可应用于微污染水体的水质提升、农业面源污染的水质改善、工业尾水的水质提升等领域的磷去除。该次研究一种以玉米基为原料的改性生物质炭的规模化生产工艺,炭产率可达60.4%,所得改性生物质炭的磷吸附饱和值可达90 mg/g,在上行布水模式、水力停留时间为3.75 h、p H 8.0的运行条件下,磷去除率可达75%。改性生物质炭具有原料的资源化循环再利用化高、成本低、环境兼容性好和应用适配性高等优势,旨在为改性生物质炭在生产领域应用提供科学依据和理论支撑。

铁改性油菜秸秆生物质炭对酸性茶园土壤氮磷淋失及酶活性的影响

生物质炭是一种具有前景的土壤改良剂,目前针对铁改性油菜秸秆生物质炭对茶园土壤养分淋失的研究相对较少。通过向茶园土壤中添加改性、未改性油菜秸秆生物质炭(炭土质量比分别为1%、3%和5%)后开展土柱淋溶及土壤培养实验,研究铁改性或未改性油菜秸秆生物质炭作用于土壤养分淋失及酶活性(蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶)的变化规律,旨在分析和比较铁改性及未改性生物质炭对茶园土壤微生物活性及养分循环的影响。结果表明,添加生物质炭可增加茶园土壤的保水能力,土壤水分累积淋溶量随生物质炭添加量的增加显著减少,添加5%的改性生物质炭(g3)及未改性生物质炭(w3)分别较未添加生物质炭的土壤(CK)减小7.70%和16.98%。g3处理对土壤硝态氮和磷酸盐的固持作用最为显著,淋失量较CK处理分别减少31.82%和60.56%。生物质炭对茶园土壤酶活性存在一定促进作用,但添加改性或未改性生物炭对土壤酶活性的影响存在明显差异。其中,w3中土壤脲酶、蔗糖酶分别显著高于其他处理14.85%~25.10%和19.00%~48.98%,添加3%未改性生物质炭(w2)后,土壤过氧化氢酶活性高出其他处理2.14~29.33μmol·h^(-1)·g^(-1);g3处理对酸性磷酸酶促进作用最强。总的来说,未改性生物炭在增强茶园土壤持水能力及促进土壤酶活性方面要优于铁改性生物炭,而改性生物质炭对土壤氮磷养分的固持作用更为显著。因此,为改善茶园土壤质量,提高土壤肥力,应适量选取铁改性生物质炭。

改性柚皮生物质炭对2,4-二氯苯酚的吸附

采用经酸碱活化法改性的柚皮生物质炭吸附水体中2,4-二氯苯酚,考察炭化温度、改性药剂、吸附时间、炭投加量和污染物浓度等条件对反应体系的影响。结果表明,利用HNO 3改性生物质炭对2,4-二氯苯酚的吸附效果最佳,去除率可达95.42%;298、308和318 K温度下的Langmuir和Freundlich等温线拟合结果表明,吸附行为更符合单层吸热过程;准一、二级动力学模型拟合结果表明,吸附行为以化学吸附为主。在改性柚皮生物质炭吸附2,4-二氯苯酚的过程中,静电吸引力、氢键和π-π键起主要作用。

改性生物质炭在镉污染土壤修复中的应用与效果评估

镉(Cd)是一种常见的重金属污染物,会对土壤和生态系统产生严重的危害,而改性生物质炭作为一种有效的修复材料,已被广泛应用于镉污染土壤的修复。为了解决镉污染对土壤和生态系统的严重危害问题,对改性生物质炭在镉污染土壤修复中的应用和效果进行了评估。研究结果表明,改性生物质炭在镉污染土壤修复中具有显著的效果,能够显著降低土壤中镉的毒性和生物可利用性。通过改善土壤环境,改性生物质炭可以实现土壤修复的可持续发展。

改性生物质炭的制备及对重金属镉污染土壤修复的研究

重金属镉在土壤中的污染对环境和人们的健康造成了严重威胁。为了解决这一问题,研究人员通过改性生物质炭的制备和应用,探索了其在重金属镉污染土壤修复中的潜力。首先采用农业废弃物作为原料,通过改性方法,利用活性物质和功能材料在制备过程中进行改性,增强其吸附能力和稳定性,制备出具有多孔结构和高比表面积的改性生物质炭。接着,通过批处理实验和温室盆栽试验,评估改性生物质炭对重金属镉污染土壤的修复效果。结果显示,改性生物质炭能够显著降低土壤中镉的含量,并提高土壤的养分含量和微生物活性,为后续的土壤养护提供重要的技术参考。

有机胺改性生物质焦改善SO_2的吸附性能

为改善生物质焦的吸附性能,以玉米芯为原料,在N2和CO2气氛下以"一步法"制备活性焦,再经有机胺甲醇溶液浸渍,获得改性生物质焦。在120℃下研究改性焦的SO2吸附特性,获得吸附穿透曲线和吸附量,并对脱硫前后固体焦颗粒的理化结构及元素组成进行分析,探讨浸渍剂浓度对改性生物质焦理化特性及其SO2吸附性能的影响。结果表明,随着有机胺浓度的增加,焦炭表面氮含量和表面官能团数量明显增加,但孔隙结构恶化,而SO2吸附出现先降后增的趋势,CC850-10%的饱和吸附量达156.22 mg/g,相较于前驱体的57.78 mg/g,吸附性能显著提升。有机胺浸渍改性通过增强化学吸附作用,可有效改善生物质焦的吸附性能。研究结果对于生物质焦应用于烟气净化技术具有参考价值。

改性生物质作为型煤黏结剂的研究

探讨了用NaOH改性生物质秸秆作为型煤黏结剂的可行性,考察了NaOH溶液浓度对生物质改性的影响以及生物质添加量、无机物(MgO和MgCl2)添加量对型煤机械强度、防水性能和着火温度的影响。研究结果表明,NaOH改性液的质量分数为1.0%~2.0%时,制得的生物质型煤有较高的机械强度;生物质添加量在2%~20%时,随生物质添加量的增加,机械强度增加,着火温度降低,但防水性较差;而在生物质型煤中加入适量无机黏结剂后,型煤有很高的浸水强度,表现出优越的防水性能。

铝改性秸秆生物质炭去除水体中的大肠杆菌

用一次平衡实验和柱淋溶实验研究了秸秆生物质炭和铝改性秸秆生物质炭对水中大肠杆菌的吸附量和去除率。结果表明,未改性秸秆生物质炭对大肠杆菌的吸附量很低,铝改性秸秆生物质炭对大肠杆菌有很高的吸附容量和去除率,0.6 mol/L Al(Ⅲ)改性生物质炭对大肠杆菌的去除效果优于0.3 mol/L Al(Ⅲ)改性生物质炭。当大肠杆菌浓度低于0.63 mg/ml时,铝改性大豆秸秆炭对大肠杆菌的去除率达100%,铝改性花生秸秆炭和铝改性稻草炭对大肠杆菌的去除率在96%和90%以上。0.5 mg/ml的大肠杆菌悬液通过装有2 g铝改性稻草炭的淋溶柱,每次收集10 ml淋出液,共收集152次,大部分淋出液中大肠杆菌浓度小于0.02 mg/ml,大肠杆菌去除率在95%以上。因此,铝改性生物质炭可用于水体中大肠杆菌的去除。

生物质基材料改性的研究进展

综述了近几年国内各大院校在生物质改性方面的研究现状,重点介绍了植物纤维类、木质素类、淀粉类生物质的改性研究情况。生物质原料成分具有多样性,为获得性能优异的生物质改性产物,往往以多种改性方法共同应用为主;生物质资源储量丰富,来源广泛,使其改性产物可以应用在多个领域,前景广阔。

改性生物质制备复合型煤粘结剂的研究

选用陕西彬长烟煤与当地玉米秸秆为原料,用NaOH溶液改性生物质,考察碱液的浓度、反应温度、反应时间,生物质加入量对生物质粘结效果的影响;调节一定比例MgCl2,MgO固化剂量与之复合作粘合剂,并以抗压强度、跌落强度为指标对型煤成型性能进行考察.研究结果表明:改性生物质和无机固化剂复合粘结剂效果良好.生物质改性最佳条件为碱液浓度1%,反应温度80℃,反应时间2h,生物质加入量10%,固化剂加入量为4%;复合型煤成型压力25MPa.

改性生物质炭对重金属Cd的吸附作用研究进展

生物质炭作为极具潜能的吸附材料,通过改性能极大提高其吸附效果。阐述了三方面的改性方法,分别为生物质炭的活化、生物质炭负载金属与金属氧化物和功能化生物质炭,对比了改性前后对Cd的吸附效果,总结了各改性生物质炭的吸附机理,展望了今后生物质炭的研究点。

有机光致变色化合物及其在生物质材料改性中的应用

光致变色材料具有明显的光学活性,在特定波长的光的照射激发下,其颜色会随材料分子结构的异构化而发生可逆的变化。为了开发新型的光致变色材料,国内外学者在林产品和其他材料的改性上做了大量的研究工作,并取得了许多的研究成果。本文阐述了螺吡喃类、偶氮苯类、二芳基乙烯类和水杨醛席夫碱类等目前研究较多的4种有机光致变色化合物及其在材料改性上的应用;在探讨有机光致变色化合物光致变色机理、分析有机光致变色化合物研究现状的基础上,展望了有机光致变色化合物在生物质材料改性中的研究前景。

改性沼渣生物质炭活化过硫酸盐降解酚类性能

通过高温热解+稀盐酸改性制备改性沼渣生物质炭(ZBC-800),研究了ZBC-800活化过硫酸盐(PS)的效能,考察了活化剂、PS投加量、初始pH值对苯酚降解效果的影响,并实际运用于含酚类焦化废水TOC去除.结果表明,ZBC-800活化PS对苯酚去除效果显著,120min去除率达到91.58%,体系中主要通过产生^(1)O_(2)的非自由基途径降解苯酚;苯酚的去除效率随着ZBC-800投加量增加而提升,但高浓度PS会起到一定的抑制;不同初始pH值(4.10、6.80、8.40、10.00)对苯酚的降解效果基本没有影响,最终去除效率范围为91.58%~93.10%;针对实际含酚焦化废水,在初始pH=3、8.94g/L ZBC-800和0.5g/L PS体系下,TOC去除率达86.09%.表明ZBC-800可高效活化PS降解苯酚,效果显著,并在实际废水中表现出较好的降解能力,具有一定的应用前景.

施用原始及铁改性生物质炭对土壤吸附砷(Ⅴ)的影响

【目的】考察生物质炭及铁改性生物质炭对土壤吸附砷[As(Ⅴ)]的影响。【方法】以法国梧桐Platanus orientalis修剪枝为原料在650℃限氧条件下热解制备生物质炭,并通过氯化铁(FeCl3)溶液浸渍、热解,将其进一步制备成铁改性生物质炭,对比考察改性后生物质炭理化性质和表面官能团的变化;并通过批量吸附试验探究不同As(Ⅴ)初始质量浓度、吸附时间对施炭土壤吸附As(Ⅴ)效果和规律的影响,通过分析吸附等温线特征和吸附动力学特征,探明吸附机制。【结果】铁改性生物质炭较原始生物质炭pH、比表面积及官能团数量降低,但灰分质量分数和电导率有所增加;Langmuir模型能较好拟合施炭土壤对As(Ⅴ)的吸附过程,表明吸附以单分子层为主。当As(Ⅴ)溶液初始质量浓度大于25 mg·L^(-1)后,铁改性生物质炭对As(Ⅴ)的吸附量大于原始生物质炭,且最大吸附量为0.36 mg·g^(-1)。原始生物质炭和铁改性生物质炭对As(Ⅴ)的动力学吸附符合准二级动力学方程,吸附过程在4 h前后分别为快速吸附和慢速吸附2个阶段,在24 h左右趋于平衡,且铁改性生物质炭处理下土壤的饱和吸附量比原始生物质炭处理高11%。【结论】施用2种生物质炭均能提高土壤对As(Ⅴ)的吸附效果,且铁改性生物质炭的吸附效果优于原始生物质炭。因此,施用铁改性生物质炭可以加强土壤对As(Ⅴ)的吸附作用从而降低As生物有效性。

硫酸改性竹生物质炭对PO4^3-的吸附特性

利用比表面积、扫描电镜和傅立叶变换红外光谱了解竹生物质炭(BC)和硫酸改性竹生物质炭(HBC)结构与性质的变化;利用吸附试验研究硫酸改性的优化方法、HBC对PO4^3-的吸附特性及pH影响。结果表明:(1)硫酸质量分数为70%时改性效果最好,HBC比表面积和总孔体积分别比BC提高了51.91%和39.87%。(2)BC和HBC等温吸附过程符合Langmuir方程(R2>0.996);HBC拟合得到的最大吸附量为7.45mg/g,比BC提高了39.7%。(3)伪二级动力学方程可较好地描述BC和HBC对PO4^3-的吸附过程(R2>0.986),且平衡吸附量理论值(3.53、5.17mg/g)与实际平衡吸附量(3.54、4.96mg/g)基本吻合。(4)pH为1~13时,生物质炭对溶液中PO4^3-吸附量随pH增大而下降。

改性生物质炭钝化修复土壤重金属污染的研究进展

我国土壤重金属污染形势严峻,已对粮食安全构成威胁.以生物质废弃物资源化利用为基础所制备的生物质炭,因其廉价和高吸附性能等特点,被广泛用于土壤中重金属的钝化.本文基于生物质炭在土壤重金属污染修复方面的研究进展,系统概述了生物质炭的制备和性质以及不同改性方式对生物质炭结构特征的影响,探讨了改性处理在强化生物质炭吸附重金属性能上的效果,并客观分析了改性生物质炭对土壤重金属生物有效性的影响机制.根据当前的研究现状,总结了未来研究的重点,包括建立生物质炭结构特征与其吸附固化土壤重金属能力间的定量构效关系,引入土壤重金属生物有效性的原位分析方法,开展长期的田间试验,关注改性剂的经济成本和潜在环境风险,力图为面向土壤重金属污染修复的改性生物质炭设计和科学应用提供科学依据.

改性烟末生物质吸附剂对水中NO_3^-的吸附特性与机理

为探究改性烟末生物质吸附剂对水中NO_3^-的吸附机理,以烟末为原料,通过吡啶催化法改性制备改性烟末生物质吸附剂(Modified Tobacco Powder Biomass Adsorbents,MTPBA),吸附水中的NO_3^-。根据X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对MTPBA的表征分析,结果显示:烟末改性后,表面Zeta电位、孔隙结构和纤维素上官能团的变化有利于吸附NO_3^-。采用静态吸附实验方法,研究MTPBA对水中NO_3^-的吸附特性,结果表明:当NO_3^-初始浓度为30 mg·L^(-1),MTPBA投加量为4.0 g·L^(-1),溶液p H=6.68,吸附时间为30 min时,MTPBA对水中NO_3^-吸附效果最佳。吸附过程与准二级动力学模型(R2>0.99)、Langmuir和Freundlich等温模型(R2>0.92)能较好地拟合,Langmuir拟合结果表明:MTPBA对水中NO_3^-有较高的吸附容量(Qmax=28.458 mg·g^(-1)),优于改性蒙脱石和生物炭。研究表明:MTPBA具有较高的吸附容量,优于改性蒙脱石和生物炭,其对NO_3^-的吸附机理以与叔胺基团的静电及离子交换吸附为主,多孔结构材料的物理吸附并存。

硫脲改性猪粪生物质炭对模拟农田径流中镉和草甘膦吸附特征

为同时去除农田地表径流中的重金属和农药,利用猪粪制备未改性猪粪生物质炭(简称“未改性生物质炭”)和硫脲改性猪粪生物质炭(简称“改性生物质炭”),分析比较硫脲改性对生物质炭的pH、元素组成、表面含氧官能团和巯基含量等理化性质的影响,并系统地研究了单一和复合污染体系中初始浓度对两种生物质炭吸附水溶液中镉(Cd)和草甘膦效率的影响.结果表明:①与未改性生物质炭相比,改性生物质炭的pH、O C(原子比)和H C(原子比)降低,比表面积增大,含氧官能团和巯基含量增加.②与未改性生物质炭相比,改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附能力增强,最大表观吸附量(Q max)增加了近3倍;随着Cd和草甘膦初始浓度的增加,未改性和改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附量逐渐增加,增加量最高分别达18.52%和7.60%.③单一污染体系中两种生物质炭对Cd或草甘膦的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,说明其对Cd或草甘膦的吸附机理是单分子层的吸附起主导作用.④复合污染体系中,未改性和改性生物质炭对Cd的吸附能力分别增加了25.28%和21.26%,未改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量增加了29.34%,但改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量降低了47.28%;未改性和改性生物质炭对草甘膦的吸附能力减弱,但最大表观吸附量分别增加了2.63和3.45倍.研究显示,硫脲改性猪粪生物质炭作为一项有前景的新技术,为解决实际环境中的复合污染问题提供了经济环保的技术手段.

大豆蛋白改性酚醛树脂制备及其固化特性研究

采用富含氨基的大豆蛋白对酚醛树脂进行共缩聚改性,探索蛋白对酚醛树脂低温快速固化的影响。通过检测树脂的pH、固含量、凝胶时间,以及结合红外、热重、差示扫描量热分析等方法对改性的酚醛树脂的各项性能进行研究。结果表明,大豆蛋白改性酚醛树脂具有良好的理化特性和胶接性能,其中30%SPF树脂制备胶合板的胶合强度高,达到1.30 MPa;大豆蛋白与苯酚、甲醛发生了共缩聚反应,形成的大豆蛋白-苯酚-甲醛共缩聚树脂结构具有优异的热稳定性,且具有较低的固化温度。该研究解决了酚醛树脂存在的固化温度高、固化速率慢、高度依赖化石资源等缺点,为其在木材工业中广泛应用提供依据。

局域静电环境工程用于增强电催化生物质转化过程中羟基活性

作为一种可再生碳源,5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的生物质平台分子,已被广泛用于制造医药前体、单体和精细化学品.HMF的电催化氧化反应(HMFOR)是一种在常温常压下实现HMF向2,5-呋喃二甲酸(FDCA)转化的高效绿色过程.但与传统的析氧反应(OER)不同,HMFOR相对复杂,需要经过6个电子的转移过程,分别涉及羟基和醛基的氧化.研究发现,NiO对羟基氧化具有较高的反应活性,但HMFOR反应途径受溶液pH值的影响,醛基以二元醇的形式优先在碱性溶液中被吸附和活化,从而导致反应活性较低.本文引入了导电聚合物聚吡咯(PPy),通过X射线光电子能谱(XPS)、原位红外光谱(FTIR)、高效液相色谱(HPLC)、密度泛函理论计算(DFT)、原位电化学石英晶体微天平(EQCM)等表征技术研究了PPy在引入NiO后对HMFOR的影响和催化性能差异的原因.X射线衍射结果表明,PPy引入的聚合过程没有破坏NiO的晶体结构,而FTIR显示出PPy分子中吡咯环的C-H弯曲振动及芳香胺分子中N-H的伸缩振动,说明PPy成功引入NiO表面.高分辨透射电镜结果表明,PPy以5 nm平均厚度薄层覆盖在NiO表面.此外,XPS结果证实了Ni,O,C和N元素的存在,吡咯氮(-NH-)物种在NiO-PPy电催化剂中占主导地位,而Ni 2p_(3/2)和O 1s的XPS谱中NiO和NiO-PPy且有相似的电子结构,说明PPy的引入并没有改变NiO的电子结构.线性扫描伏安曲线和电化学活性面积测试结果表明,PPy的引入显著提高了HMFOR的电流密度和NiO的内在活性.同时,NiO-PPy比NiO具有更低的Tafel斜率,表明PPy会提高HMFOR的反应动力学,加速HMF转化.电解测试中高效液相色谱分析结果表明,在前0.5 h内NiO-PPy催化剂上HMF转化率高于NiO催化剂,说明PPy的引入加速了HMF的转化.此外,分析中间产物发现,NiO催化剂上的HMFOR中间体主要为5-羟甲基呋喃-2-羧酸,而NiO-PPy上主要为2,5-二甲酰基呋喃.周期性测试结果表明,NiO-PPy表现出较高的HMF转化率和产物选择性,且具有较好的稳定性.运用开路电位和电化学石英晶体微天平检测了HMF分子在NiO和NiO-PPy上的吸附能力.结果表明,PPy涂层明显增强了HMF分子在NiO上的吸附能力.采用表面增强红外吸收光谱研究了电催化剂表面重要中间体的吸附行为.结果表明,NiO上HMFOR路径主要为HMFCA路径,而在NiO-PPy上新增2,5-二甲酰基呋喃,表明HMF分子的羟基和醛基同时在NiO-PPy表面被激活,进一步说明PPy的引入会选择性地提升羟基氧化的反应性能,进而提升了HMFOR活性.采用密度泛函理论研究了PPy的作用,结果表明正电性PPy分子会吸引电负性的羟基,缩短Ni与醛基之间的键长,降低醛基的反应活性,调节HMFOR反应途径,进而获得更高的HMFOR性能.综上所述,本文通过导电聚合物PPy修饰调控了电极界面微环境以及表面电性,从而调控了HMF分子的吸附构型和反应路径,获得更高的HMF电催化氧化反应活性.本文为HMF氧化高效电催化剂的设计提供了新的思路,并为HMF电催化氧化应用化研究提供借鉴.