钴−生物质炭人工酶的制备及其在土壤氯辛硫磷残留检测中的应用

金属纳米材料人工酶由于具有较高的类氧化酶活性、良好的稳定性和较低的制备成本而被广泛研究和应用于生物传感与催化领域。本研究将梨瓜皮溶解分散于钴基水杨酸咪唑离子液体得到均匀的浆液,冷冻干燥后,经高温热解制得钴−生物质炭纳米复合材料人工酶。研究表明,钴−生物质炭纳米复合材料具有优异的分散性,平均粒径为50 nm,钴纳米粒子分布于生物质炭片表面,使其展现出较高的类氧化酶活性。基于氯辛硫磷对钴−生物质炭人工酶活性的抑制作用,建立测定氯辛硫磷的比色检测方法。氯辛硫磷的存在将抑制钴−生物质炭人工酶催化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)氧化成蓝色产物的活性,使得TMB氧化产物体系吸光度下降。反应体系的吸光度随着氯辛硫磷浓度(0.5~50μmol•L^(−1))的增大而线性降低,检出限为40 nmol•L^(−1)。这一检测方法简便快捷,可用于土壤中氯辛硫磷残留的快速测定。

工艺参数对炭/炭人工骨骼RPM-CVI复合成形效果的影响

作为骨替代材料,炭/炭复合材料具有其它材料无法比拟的优异性能,但采用传统的制备工艺很难得到形状复杂的人工骨骼.为了解决这一瓶颈问题,本研究提出一种新的复合材料制备技术——RPM-CVI复合成形技术。该技术将快速原型制造技术与化学气相渗透技术有机地结合起来,可以在较短的周期内制备出形状复杂的炭/炭复合材料人工骨骼。理论分析和实验研究的结果表明,预制体的孔隙结构、纤维的体积分数、树脂在模具内的流动方向、反应温度、反应气的浓度等参数对RPM-CVI工艺的成形及致密化效果有着重要影响。合理地选择工艺参数,可以提高成形效果,缩短致密化周期。

卖炭人出联难倒知县

清朝有个贪赃枉法、鱼肉乡民的知县，名叫李木。他喜欢到处游玩，炫耀才华，题诗作赋。 有一次，李木到县中某座名寺游逛，衙役们前呼后拥,呼三叱六，老百姓唯恐避之不及，怕挨上几鞭子。有个卖炭的汉子因未留神，冲撞了知县的轿子，李木大为光火，令衙役将他拿下。

污染负荷对生物炭人工湿地净化效果的影响

对生物炭基潜流人工湿地对农村生活污水净化效果进行中试实验,构建6组生物炭人工湿地,对比3组不同进水污染负荷条件下的实验结果,分析水质变化对各组生物炭人工湿地中化学需氧量、氨氮、总磷、总氮净化效果的影响。结果表明:在水力停留时间为36~48 h、水力负荷为10 cm/d的条件下,生物炭人工湿地对污水中总氮、氨氮、总磷、化学需氧量的去除率随着进水污染负荷的增大而减小;生物炭添加量的增加有利于人工湿地对总氮、氨氮的去除,各组人工湿地对化学需氧量的去除效果差别随污染负荷增加而增大,生物炭有助于加强人工湿地对化学需氧量的抗负荷能力;当污染负荷增加时,生物炭添加量和添加位置对总磷的去除效果的影响减弱,且生物炭人工湿地对总磷具有较好的抗负荷能力;在低污染负荷和中污染负荷条件下,各组生物炭人工湿地对4类污染物均有较高的去除率。

水基炭黑-胶原蛋白纳米流体制备及稳定性实验

纳米流体由于其优异的光热转换性能,已成为新型太阳能集热介质的研究重点;但因其稳定性差、制备工艺复杂,未能在实际应用中得到推广。本文以去离子水为基液,通过两步法制备炭黑-胶原蛋白纳米流体。探究了材料添加顺序、胶原蛋白种类、超声时间、材料配比以及溶液pH等对纳米流体稳定性的影响。结果表明,制备水基炭黑-胶原蛋白纳米流体时,先分散炭黑再加入胶原蛋白可以提高其稳定性;猪皮胶原蛋白更适用于炭黑-胶原蛋白纳米流体的制备;超声45min,炭黑胶原蛋白质量配比为1/20,悬浮液pH在6.5~7.5之间制备得到的纳米流体稳定性较好。本研究有助于今后水基炭黑-胶原蛋白纳米流体产业化应用于太阳能光热转换领域。

生物炭对微塑料污染下普通白菜生长和土壤细菌群落结构的影响

采用盆栽试验,以四季小白菜为试材,研究了施用生物炭对不同微塑料类型(PP、PE、PVC)污染下普通白菜生长、土壤细菌群落结构和丰度的影响,并进行了功能预测分析。结果表明,微塑料污染对普通白菜鲜质量和叶片数有抑制作用,施用生物炭对微塑料污染下的普通白菜鲜质量、株高和根长均有促进作用。微塑料及其与生物炭共存处理显著增加了土壤细菌丰度,其中PER处理土壤细菌丰度最大;PE、PVC及其与生物炭共存处理均显著促进土壤细菌Chao1指数和ACE指数增加。在门水平上,放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、酸杆菌门为优势类群;微塑料及其生物炭共存处理促进了放线菌门相对丰度的增加,抑制了变形菌门、酸杆菌门相对丰度。土壤p H以及有机碳、铵态氮、硝态氮、速效钾含量是土壤细菌群落结构变化的主要影响因素。PICRUSt分析表明,施用生物炭提高了微塑料污染下土壤新陈代谢、环境信息处理和有机系统等有益细菌代谢通路的相对丰度。综上,施用生物炭对微塑料污染下土壤微生物影响较大,但其影响程度因微塑料类型而异。

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。

减氮施炭对温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态损失的影响

为降低温室蔬菜过量施氮的不利影响,明确减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,以不覆膜不施炭(CK)为对照,设置覆膜(M)、覆膜施炭(MB)、覆膜施炭减氮(MBN_(80%))共4个处理,对覆膜条件下减氮施炭处理对黄瓜产量、耗水量、土壤养分动态、土壤呼吸、N_(2)O排放和氨挥发的影响进行探讨。结果表明:与CK相比,M可降低温室膜下滴灌黄瓜全生育期耗水量20.95%,提高水分利用效率41.03%,降低0~20 cm表层土铵态氮48.12%,降低全生育期氨挥发32.35%、N_(2)O排放量14.34%和CO_(2)排放量12.68%(<0.05)。施炭后,与CK相比,MB可降低耗水量28.37%,提高水分利用效率55.60%,降低表层土铵态氮30.0%,提升硝态氮12.37%,有机质56.28%,降低氨挥发36.68%、N_(2)O排放18.64%,但却显著增大了CO_(2)排放4.66%(p<0.05)。同M对比,MB可在M基础上,进一步提升表层土有机质和铵态氮含量,降低氨挥发,但促进了CO_(2)排放。覆膜施炭减氮20%后,与CK相比,MBN_(80%)可增产25.47%,降低耗水量32.43%,提升水分生产率72.67%,降低表层土铵态氮56.33%,增加有机质51.72%,降低氨挥发40.48%、N_(2)O排放20.79%(p<0.05)。CK全生育期全球增温潜势(global warming potential,GWP)和活性氮排放分别为13.57 t·CO_(2)-eq·hm^(-2)和6.54 kg·hm^(-2),M可显著降低GWP(14.15%)和活性氮排放(27.37%);在M基础上施炭,将进一步降低活性氮排放,但导致GWP显著增大;而在MB基础上减氮20%,可同时显著降低GWP和活性氮排放(p<0.05)。与CK相比,MBN80%在通过施炭20 t·hm^(-2),减氮20%条件下,实现增产25.47%,降低耗水量32.43%,增加有机质51.72%,增加收入17.52%,降低活性氮排放35.32%和GWP 2.28%,也可在MB的基础上,进一步实现增产,降低氨挥发,并破解M和MB处理CO_(2)排放增大的问题(p<0.05)。研究揭示了减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,为实现温室蔬菜节水增产固碳减排提供理论依据和技术支撑。

化肥减施下不同生物质炭对大棚辣椒生长及产量品质的影响

通过田间试验,考察化肥减施条件下两种小麦秸秆生物质炭在辣椒生产上的应用效果。结果表明,在氮磷钾总养分量减少30%以上的条件下,生物质炭1号(T1)、生物质炭2号(T2)均可明显改善土壤理化性质,提高大棚辣椒的产量与品质。与不施生物质炭(CK)相比,T1和T2处理的土壤有机质含量分别提高了15.57%和30.54%,辣椒产量分别提高了16.28%和12.66%,差异均显著;T1处理辣椒果实干物质、VC含量均最高,T2处理的可溶性糖、蛋白质含量均最高。综合对比两种生物质炭施肥处理效果,T1处理促进辣椒增产的效果较好,T2处理提升辣椒品质的效果较好。

减氮配施生物炭对北疆小麦产量品质及固碳减排的影响

为研究生物炭在北疆灌区农田应用的稳产增产及固碳减排综合潜力,探索农田氮肥优化施用途径,该研究于2021年4月—2022年7月在新疆奇台设置常规施氮(N1:300 kg/hm^(2))、氮肥减量15%(N2:255 kg/hm^(2))、氮肥减量30%(N3:210 kg/hm^(2))、单施生物炭(B:20 t/hm^(2))、常规施氮+生物炭(N1B)、氮肥减量15%+生物炭(N2B)、氮肥减量30%+生物炭(N3B)7个处理,分析两季小麦(春小麦、冬小麦)种植期间不同处理下麦田土壤有机碳含量、土壤呼吸速率、小麦品质及产量变化。结果表明,与单施常规氮肥相比,施用生物炭后土壤总有机碳(soil total organic carbon,SOC)、活性有机碳(active organic carbon,AOC)、碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)和小麦产量、籽粒水分及蛋白(干基)含量均呈提高趋势。综合表现以氮肥减量15%配施生物炭(N2B)处理最优,较氮肥常规单施(N1)相比,AOC、SOC均有显著提高,2 a产量分别显著提高22.12%、36.17%(P<0.05)。与常规施氮相比,氮肥减量15%配施生物炭(N2B)处理下,2022年冬小麦蛋白(干基)、面筋(湿基)、Zeleny沉降值均有提高,而2021年各处理间差异不显著(P>0.05)。同时,除单施生物炭(B)处理(2021年)和除单施生物炭(B)及减氮15%(N2)处理外(2022年),其他处理下土壤CO_(2)累积排放量较单施常规氮肥均有所升高。综上,氮肥减量15%(255 kg/hm^(2))配施20 t/hm^(2)生物炭时其农田土壤固碳减排效果及小麦产量品质综合表现较好,建议作为北疆灌区麦田氮肥优化配施生物炭的理想施肥方案。

棉秆和油页岩共热解生物炭的氨氮吸附性能研究

使用棉秆(CS)和油页岩(OS)为原料,采用共热解的方式制备了共热解生物炭,探究了对氨氮的吸附性能。考察了不同热解时间、CS和OS比例、热解温度、CS的粒径对共热解生物炭的氨氮吸附量的影响规律,确定了最佳制备条件,并研究了吸附动力学和吸附等温线模型。研究表明,棉秆和油页岩共热解后生物炭的结构特性和表面形貌有较大改善,对氨氮的吸附能力有明显的提高。最佳的制备条件是热解温度为500℃、m(棉秆)∶m(油页岩)=3∶1、热解时间为30 min和CS的粒径为0.20~0.30 mm。在投加量为10.0 g/L、pH 9.0时,最佳条件所制备炭的吸附量为4.89 mg/g,是棉秆生物炭的2.2倍。吸附过程以准二级动力学和Langmuir等温吸附模型描述。吸附机制主要包括为离子交换、静电吸附和配位作用。

污泥生物炭对水体中磷的吸附

以污水处理厂剩余污泥(RS)制备成的污泥生物炭(SDBC)作为吸附剂,采用批平衡法研究SDBC对磷的吸附特征,考察投加量、溶液pH值等因素对SDBC吸附磷的影响,并通过响应面法(RSM)对影响磷吸附的条件进行优化,结合实验结果与表征数据对SDBC吸附磷的机制进行探究.结果表明,SDBC对磷的吸附动力学符合Elovich(R^(2)=0.984)方程,说明SDBC对磷的吸附过程是多种反应共同作用的非均相扩散过程;Langmuir(R^(2)=0.980)和Langmuir-Freundlich(R^(2)=0.979)方程能很好地描述磷在SDBC上的吸附行为,由Langmuir拟合所得的磷最大吸附量为4.508mg/g;Langmuir-Freundlich模型拟合均相指数n(1.143)较小,说明SDBC上吸附位点分布不均匀,SDBC与磷之间存在相互作用力.SDBC吸附磷的最佳初始pH值为4.0~5.0;SDBC对磷吸附的最佳投加量为8g/L.通过RSM分析得到SDBC对磷的最佳吸附条件为SDBC的投加量为5g/L,磷的初始浓度c0为10mg/L,pH为5.0.SDBC对磷吸附的可能机制包括静电吸附作用,共沉淀作用,置换作用,配体交换作用以及孔隙填充作用.

氢氧化钠改性生物炭/凹凸棒石复合材料对铅、镉的吸附机理研究

利用水稻秸秆与凹凸棒石在缺氧条件下热解制备稻秆生物炭/凹凸棒石复合材料(BA),并通过氢氧化钠改性提升其吸附性能。通过吸附动力学、等温吸附及改变初始pH等吸附试验研究复合材料在Cd、Pb一元及二元污染体系中的吸附行为,并结合扫描电镜能谱(SEM-EDS)、比表面积及孔径分析(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段深入分析改性后复合材料对溶液中重金属Cd、Pb的吸附机理。试验结果表明氢氧化钠改性复合材料(NBA)对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附容量分别为117.05和274.65 mg·g^(-1),其去除效率比BA分别增加31.2%和51.7%。在二元金属体系中NBA吸附能力也明显优于BA,准二级动力学模型和Langmuir等温模型能更好地用于模拟吸附结果,表明该吸附主要为单分子化学吸附过程。此外,竞争吸附分析表明在Cd、Pb共存溶液中,与Cd^(2+)相比,Pb^(2+)更易被复合材料吸附。通过SEM-EDS、FTIR、XRD和XPS等表征方法确定了NBA对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附机制,主要包括其与表面含氧官能团的络合作用、与矿物质的沉淀作用及π-电子作用。综上,改性复合材料NBA在实际废水处理中是一种极具潜力的吸附剂。

超声造影体表定位联合纳米炭示踪行前哨淋巴结活检在cN0期浸润性乳腺癌病人中的应用分析

目的对比分析在cN0期浸润性乳腺癌(IBC)病人中应用超声造影(CEUS)体表定位联合纳米炭示踪行前哨淋巴结活检(SLNB)与单一染料法示踪行SLNB的手术耗时及其对前哨淋巴结(SLN)的检出率与检出数目,探讨CEUS体表定位联合纳米炭示踪行SLNB的可行性。方法收集2018年1月1日~2023年4月30日于北京市顺义区医院诊治的199例cN0期IBC病人临床病理学资料,根据SLN示踪方法不同将所有病人分为染料法组100例和联合法组99例,染料法组应用纳米炭示踪行SLNB,联合法组术前应用CEUS对SLN行体表标记定位,术中应用纳米炭示踪行SLNB。结果SLN检出率为96.48%(192/199),染料法组检出率为95.00%,平均检出SLN(2.79±1.228)枚,联合法检出率为97.98%,平均检出SLN(3.32±1.469)枚,两组SLN的检出率比较差异无统计学意义(P>0.05),联合法组SLN的平均检出数目多于染料法组(P<0.05),但两组SLN检出数目分布比较差异无统计学意义(P>0.05),联合法组的SLNB手术耗时明显短于染料法[(13.83±4.58)min比(19.85±3.20)min,P<0.05]。结论联合法行SLNB可降低手术耗时并提高SLN的检出率及检出数目。

沥青基多孔炭材料制备及其双电层储能性能

多孔炭作为超级电容器电极的主要材料,具有导电性好、化学稳定性高、工作温度范围广等优点。以内蒙古煤沥青(CTP)为原料,分别以K_(2)CO_(3)和KOH为活化剂,通过化学活化法制备多孔炭材料,优化制备工艺并比较2种活化剂制备的多孔炭在结构和电化学性能方面的差异。结果表明,K_(2)CO_(3)活化和KOH活化最佳制备条件均为活化温度700℃、活化时间60 min、活化剂与CTP质量比为2∶1。2种活化剂制备的多孔炭在微观结构上有很大差异,KOH活化所得多孔炭(PH-T700)表面平整光滑并分布大量规则的圆孔,而K_(2)CO_(3)活化所得多孔炭(PC-T700)内部呈层叠交错的珊瑚状结构。与PH-T700相比,PC-T700具有更多中孔,离子扩散阻力更小。在1 A/g电流密度下,PC-T700和PH-T700的比电容量分别为252.90和261.02 F/g,PC-T700和PH-T700组装成纽扣型对称电容器,0.5 A/g时比电容量分别为226.01和225.51 F/g,且PC-T700表现出更优秀的倍率性能和循环稳定性。5000次充放电后,PC-T700和PH-T700的比电容量分别为初始值的103.77%和98.20%。输出功率达1038.46 W/kg时,PC-T700能量密度仍保持7.5 Wh/kg,实际使用价值高于PH-T700。

生物炭基光催化剂改性制备及其去除水中抗生素的研究进展

水体中抗生素会影响微生物群落结构和功能,导致生态失衡;同时,抗生素会通过食物链的富集和传递进一步污染水质,对生态环境和人类健康造成持续性危害.光催化技术因其高效且环保的特性成为众多抗生素去除技术中的重点研究对象.虽然半导体是光催化技术的核心材料之一,但其自身限制导致工作效率不高.生物炭(BC)作为碳家族成员之一有着众多优良特性,将生物炭与半导体复合制备的生物炭基光催化剂(BSPs)综合了两者的优越性能,有着广阔的应用前景.本文通过文献查阅,系统分析了BSPs的研究进展,涵盖BSPs的制备和改性方式,以及去除抗生素的原理和各种影响因素,并阐明其高导电性、高比表面积、强氧化性、稳定性和可回收性等特点,说明BSPs能够处理各种介质中存在的多种污染物.此外,对BSPs的局限性进行了分析,对未来研究方向提出了建议.

超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优组合,提升电极材料电荷存储能力攻克超级电容器能量密度低的问题,同时确保超级电容器耐压能力达到要求。在此基础上,提出提升材料电化学性能和循环稳定性、确保原料来源稳定性和一致性、逐步实现量产的商业化需要等有望取得突破的研究方向。

农林废弃物共热解对污泥生物炭Cu(Ⅱ)吸附性能的影响

将山地城市污泥与水稻杆、水稻壳、桉树枝、桉树叶等农林废弃物进行共热解,研究共热解对生物炭理化性质及Cu(II)吸附性能的影响,探讨共热解对Cu(II)吸附性能的协同作用。结果显示,与污泥炭相比,水稻壳、水稻杆、桉树枝、桉树叶与污泥共热解制备的生物炭,C含量分别增大了0.64倍、0.87倍、1.04倍、1.22倍,O含量分别增大了1.11倍、1.25倍、2.01倍、2.17倍,对Cu(II)最大吸附量分别增大了28.4%,60.3%,82.7%,99.7%。共热解对生物炭Cu(II)吸附性能具有明显的协同作用,污泥与桉树叶共热解炭对Cu(II)最大吸附量的协同量化值最高(90.13%)。

农业废弃物基生物炭的应用效应研究进展

生物炭因结构和理化性质独特、原材料丰富及应用前景广阔等特点,在农业及环境污染治理等领域的应用较为广泛。基于相关文献,综述了农业废弃物基生物炭在改善土壤理化性质、提高土壤养分、改善土壤微生态环境、促进作物生长、修复污染土壤及缓解连作障碍等方面的效应,旨在为农业废弃物基生物炭在农业生产中的应用提供参考。

镁改性植物源生物炭的制备及其对磷酸盐的吸附特性

为处理含磷废水和实现农业废弃物的资源化利用,将小麦秸秆制成生物炭,通过MgCl_(2)溶液对其进行浸渍改性,探究改性生物炭对水中磷酸盐的吸附特性。结果表明:热解温度为600℃,0.1 mol/L MgCl_(2)溶液改性得到的小麦秸秆生物炭(WS-0.1Mg-600)在pH=7、初始磷酸盐浓度为10 mg/L时,对磷酸盐吸附效果最好;WS-Mg-600投加量为1.25 g/L时,对磷酸盐吸附量为(4.02±0.46)mg/g;WS-Mg-600吸附磷酸盐最佳pH为10。吸附过程符合拟二级动力学方程以及Langmuir模型,表明该吸附过程是以化学吸附为主,并为单层吸附。