浒苔生物炭对滨海盐碱土Na^+的吸附迁移机制研究

为了解决滨海土壤盐碱度高导致的景观萧条问题,利用限氧热解技术制备浒苔生物炭及利用H3PO4改性浒苔生物炭,研究生物炭在盐碱土浸提液、非盐碱土和盐碱土中对Na+的吸附迁移机制。结果表明,生物炭对Na+的吸附符合Langmuir吸附模型和准二级动力学方程。10%H3PO4(v/v)改性的生物炭(A2)对Na+的吸附率最大,吸附容量最大为10.03 mg/g,是原始生物炭的2倍。添加5%(w/w)A2可使盐碱土的pH值由7.90~7.98降低至7.21~7.29。生物炭的添加减少了盐分随水分的上移,在植物根区形成相对的低Na+、低pH区,有利于缓解盐碱对植物的胁迫。H3PO4改性后的生物炭增加了比表面积、羧基和羟基等含氧官能团,同时,H+取代了与-COO-结合的大量金属阳离子,然后被盐碱土的碱性成分消耗,空出的位点又与Na+结合,降低了土壤盐碱度。故H3PO4改性浒苔生物炭有利于改良滨海盐碱土,提高植被的覆盖率。

Fe-Mn/浒苔生物炭复合材料对Pb^(2+)的吸附性能研究

利用浒苔作为生物质原材料,通过浸渍法和热解法将KMnO_(4)和FeSO_(4)负载到原材料浒苔,制备Fe-Mn/浒苔生物炭复合材料(Fe/Mn-BC),所制备的材料具有一定的磁性,用BET、SEM-EDS、XRD、FTIR、XPS等表征手段对Fe/Mn-BC进行表征分析,发现材料呈现出不规则的多孔结构,主要为2~20 nm的介孔,表面负载许多小颗粒的聚集体且含有丰富的含氧官能团,这些都有利于对重金属铅离子的吸附;然后采用ICP分析法分析Fe/Mn-BC对Pb^(2+)的吸附速率、最大吸附量,其中,平衡吸附率最大可达到98.8%。通过研究其吸附等温线模型、吸附动力学模型、颗粒扩散模型,分析其对Pb^(2+)的吸附机理,结果表明,其吸附过程更符合伪二阶动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,Fe-Mn/浒苔生物炭复合材料对Pb^(2+)的吸附是物理吸附和化学吸附的共同作用。

浒苔生物炭对雨水径流中氨氮的吸附特性及吸附机制

为探究生物滞留池填料(浒苔生物炭)处理雨水径流氨氮(NH+4-N)的去除效果及机制,进行室内批量吸附实验,在对浒苔生物炭进行碱改性(1、2和3 mol·L^(-1)NaOH改性,分别标记为BC1、BC2和BC3)基础上,开展改性前后浒苔生物炭对NH+4-N吸附性能研究.结果表明:①适宜浓度的碱改性提高了浒苔生物炭的比表面积和表面微观结构,增加了O元素含量,丰富了表面官能团,其中BC2改性效果最好.②浒苔生物炭对NH+4-N的吸附在pH值9.0和生物炭投加量0.5 g·L^(-1)时,吸附量最大,BC1和BC2的吸附量比BC分别提高6.4%和10.8%,BC3则降低13.7%,BC2吸附效果最好,饱和吸附量达16.76 mg·g^(-1).③浒苔生物炭对NH+4-N的吸附机制为单分子层的化学吸附,吸附过程受到生物炭的高pH值、孔隙的静电吸引以及表面羟基(—OH)、羧基(—COOH)和碳氧单键(C—O)等官能团的络合氧化等的促进作用.综上所述,适量的NaOH来改性浒苔生物炭能够提高对NH+4-N的吸附效果,可作生物滞留池的填料来去除NH+4-N污染.

浒苔生物炭与木醋液复配改良碱化土壤效果及提高油葵产量

为探究浒苔生物炭与木醋液复配改良碱化土壤效果及提高作物产量,以龟裂碱土为例,通过田间试验研究不同生物炭施加量(0、1%、2%和4%)与不同木醋液稀释倍数(0、2%)复配对土壤pH、碱化度、全盐、容重、速效磷、有机质、盐分离子、油葵生长和产量的影响,不施加生物炭和木醋液视为对照(CK).结果表明,2%浒苔生物炭+2%木醋液(V2BC2)改良龟裂碱土的综合效果最佳;在最佳处理条件下:①浒苔生物炭与木醋液复配能改善土壤理化性质,具体表现为作物生长期内土壤平均pH、碱化度和全盐含量显著降低,较CK分别降低12.14%、40.63%和42.75%,土壤容重显著减小,较CK减小20.78%;②浒苔生物炭与木醋液复配能显著降低土壤Na^(+)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)含量,较CK分别降低47.17%、45.32%和33.33%,提高土壤K^(+)和Ca^(2+)含量,其他离子含量的差异不显著;③浒苔生物炭与木醋液复配显著提高土壤养分含量及有效性,增强土壤酶活性,与CK相比,速效磷提高2.88倍,有机质提高58.76%,土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性分别提高0.92、1.02和2.29倍;④油葵产量在V2BC2处理时最高,为3546.7 kg·hm^(-2),较CK增产2325.3 kg·hm^(-2).因此,浒苔生物炭与木醋液复配能进一步提高盐碱土改良效果及作物产量.

浒苔生物炭对滨海盐碱土壤改良的效果及途径

利用生物炭改善逆境土壤越来越受到人们关注,浒苔生物炭用于滨海盐碱土修复,不但可资源化利用浒苔,还可提高滨海土地储备规模.本文采用批量土壤培养的方法,探索0%~3%添加量的浒苔生物炭对盐碱土壤改良的效果和途径.结果表明,适用于盐碱土壤改良的浒苔生物炭最佳制备温度为400℃,最适添加量为1.5%;最适添加量下,浒苔生物炭虽提高土壤盐度(0.12%)和pH值(1.49%),产生负效应,但同时降低土壤Na^+/K^+55.73%,增加矿物质元素1倍以上,提高水分传导性能等正效应;浒苔生物炭改善土壤理化及生物性质,提高营养物质含量、增强微生物活性和改善土壤营养可利用性,产生正效应,表现为降低土壤容重11.35%,提高有机质42.64%,提高总碳与总磷中有机碳与有效磷占比3.84倍和4.15倍,分别提升土壤蔗糖酶、脲酶及过氧化氢酶活性2.39、1.18和1.50倍.因此,浒苔生物炭对盐碱土的正效应多于负效应,可用于滨海盐碱土改良.本研究为浒苔的资源化利用及滨海盐碱区生态环境改善提供新的路径.

基于非金属中空球臭氧催化氧化协同光催化系统处理新污染物实验设计

为强化学生对新污染物处理以及以废制废的环保意识,在双碳背景下,提出臭氧催化氧化协同光催化(COP)技术强化对新污染物的降解。以非金属原料氮化碳纳米管、改进的水热浒苔生物炭和改性硅藻土制备催化剂,得到生物炭基非金属中空多孔球负载CN(HSC-CN)材料,构建了非金属臭氧催化氧化协同光催化系统(HSC-CN/COP),基于臭氧催化氧化协同光催化的耦合效应,提高污染物降解效率。20min内对新污染物四环素(TC)和对硝基苯酚(PNP)的降解率分别可达90.1%和84.3%。对二级出水的良好处理效果也证明了其作为深度处理工艺的潜力。该实验旨在:促进学生对水处理工艺及新污染物的了解,培养学生以废治废、创新传统工艺的意识,加深学生对水处理专业知识的理解,提高学生解决复杂工程问题的能力。