环氧氯丙烷改性玉米淀粉生物炭的制备及其对水中吡虫啉的吸附性能

吡虫啉是一种常用的新烟碱类农药,因使用量大、水溶性高、半衰期长而普遍存在于水环境中,对生态安全和人体健康构成潜在威胁。生物炭是生物质热解后的固体产物,具备来源广、能耗低、再生容易、环境友好等特点,在吸附领域得到广泛关注。本研究以玉米淀粉为原料,通过环氧氯丙烷交联改性,制备了环氧氯丙烷改性玉米淀粉生物炭(ECSB)。采用扫描电子显微镜等对其结构表征,考察其对吡虫啉的吸附性能,并探究其吸附机理。结果表明:ECSB表面有丰富的孔结构,比表面积为285 m^(2)/g,孔体积为0.162 cm^(3)/g,与未改性的玉米淀粉生物炭(CSB)相比,分别提高了46.5和31.4倍。ECSB对吡虫啉的最大吸附量为70.9 mg/g,其吸附效果比CSB提高了112倍。ECSB对吡虫啉的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型,是一个吸热、熵增的自发反应。ECSB对吡虫啉的吸附机理推断主要归功于孔填充作用,经5次超声波协同乙醇脱吸附技术再生后ECSB的吸附能力仍可达原始吸附能力的96.6%。本研究可为环境中吡虫啉污水的治理及玉米淀粉开发应用提供研究思路和理论基础。

改性玉米芯生物炭与钢渣微粉组合吸附磷的研究

探究镁改性玉米芯生物炭和钢渣微粉以及两者组合对含磷模拟废水的吸附效果。结果表明,5 g玉米芯粉末在10 mL的1.5 mol/L浓度MgCl_(2)改性条件下,在热解温度为450℃的马弗炉中烧制的生物炭对磷吸附效果最佳。钢渣微粉与镁改性玉米芯生物炭组合的添加量由14 g/L钢渣微粉和4 g/L镁改性玉米芯生物炭混合组成。钢渣微粉与镁改性玉米芯生物炭组合对磷的吸附效果均好于两者单独存在时,去除率高达98%,并在60 min时吸附达到平衡,组合投加吸附平衡时间均短于两种材料分别单独存在时。组合投加吸附过程满足准二级吸附动力学模型,且符合Langmuir等温吸附方程,最大理论吸附量为0.12 mg/g。

响应面法优化玉米秸秆生物炭的改性工艺

玉米秸秆通过热解可得到具有较丰富孔隙结构和较高比表面积的生物炭。然而原始生物炭存在吸附性能较差和矿质养分含量低等缺点。以MgCl_(2)·6H_(2)O为活化剂、磷酸盐的吸附量为指标,通过单因素试验和响应面试验对热解温度(A)、保温时间(B)和活化剂浓度(C)等热解改性条件进行优化,制备性能优良的改性生物炭。结果表明,各因素的影响显著性顺序为C>A>B,其中AB及AC交互作用显著。在热解温度为505℃、保温时间为96 min以及活化剂浓度为1.2 mol/L的条件下制备得到对磷酸盐吸附量(25.425 mg/g)最好的改性生物炭。

改性生物炭对玉米生长发育、养分吸收和土壤理化性状的影响

为明确生物炭和改性生物炭在碱性低肥力土壤上的改良培肥效果,采用温室盆栽试验的方法研究了不同施用水平[0(CK)、0.5%、1%、2%]生物炭和酸洗处理改性生物炭对玉米生长发育、养分吸收和土壤理化性状的影响。结果表明:相较于CK,改性生物炭促进了玉米的地上部和根系干物质积累,同时显著增加了植株株高和叶面积,其中以2%施用水平表现最佳,其地上部干质量、根系干质量、株高、叶面积较CK分别提高了31.0%、61.7%、35.1%、48.2%;生物炭各施用水平处理玉米的地上部干质量和株高均显著下降,其中,1%和2%施用水平地上部干质量仅为CK的26.9%和29.2%。改性生物炭2%施用水平显著增加了玉米地上部氮、磷、钾养分吸收量,而生物炭处理地上部和根系的氮、磷、钾养分吸收量均出现不同程度地下降。2种生物炭类型均显著增加了土壤有机质含量;1%、2%生物炭处理土壤p H值分别显著增加了0.25、0.28个单位,改性生物炭2%施用水平增幅最高也仅0.10个单位。在低肥力碱性土壤中施用生物炭建议采用酸洗改性处理,以避免生物炭对作物生长发育可能存在的负面影响,且改性后的生物炭施用量以2%为宜。

改性高链玉米淀粉的生物降解性能

利用微生物群在半生物体内模型中分解底物的模拟人体消化的方法,研究了不同链淀粉含量的玉米淀粉及其改性淀粉的生物降解性能.结果表明,玉米淀粉及其改性淀粉的生物降解性能与其链淀粉含量有关,链淀粉含量为50％的高链玉米淀粉最难降解,普通玉米淀粉(链淀粉含量为26％)最易被降解,链淀粉含量为70％的高链玉米淀粉的降解性能居中;普通玉米淀粉和链淀粉含量高的玉米淀粉经交联变性可抑制其生物降解性能,而羧甲基化变性将会加速其降解.

氯化锌改性玉米秸秆生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性研究

为了提高对废水中Cr(Ⅵ)的去除效率,获得高效且成本低廉的吸附剂,以农业废弃物玉米秸秆为原材料制备生物炭,并采用氯化锌对其进行改性。实验表明,在固液比为2 g/L、pH为2、Cr(Ⅵ)溶液初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间为6 h时,最佳改性剂比例条件下改性炭的去除率能够达到99.3%,比未改性的生物炭高73.7%。此外,考察了单一因素改性剂比例、溶液pH、吸附温度、离子强度对吸附效果的影响。同时研究了改性炭对Cr(Ⅵ)的吸附动力学和吸附等温线。结果说明该吸附是自发、熵增的吸热过程且吸附反应符合准二级动力学方程和Langmiur等温模型,最大饱和吸附容量为72.46 mg/g。通过扫描电镜(scanning electron microscopy)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy)、X射线衍射(X-ray diffraction)等方法对原炭(biochar)和改性生物炭(modified biochar)进行表征,分析表明改性炭微孔结构明显,表面粗糙,吸附位点增加,芳香化程度提高,从而提高了吸附性能,且锌以氢氧化物颗粒形式存在于生物炭表面。

微波和紫外改性生物炭对化肥的吸附性能的影响研究

本文以玉米秸秆为原料,高温热解制备生物炭,采用微波加热和紫外辐照两种方式对生物炭进行改性,研究其对化肥的吸附性能。结果表明,玉米秸秆生物炭经过两种方式改性后的吸附性能均有提升,最大吸附量分别由21 mg/g提升至27.5 mg/g和29.8 mg/g,其中紫外改性对提高生物炭的吸附性能效果更加显著。该生物炭吸附化肥的过程存在两种吸附过程,其中主要为化学吸附。

玉米秸秆改性生物炭对铜、铅离子的吸附特性

探究改性生物炭对重金属的吸附性能,为不同改性生物炭对铜、铅离子的有效去除提供理论依据。以玉米秸秆为原料,经500℃限氧热解制备生物炭(BC),再分别经KOH和聚乙烯亚胺(PEI)改性得到碱改性生物炭(KBC)和PEI改性生物炭(PBC),探讨3种生物炭对Cu^2+和Pb^2+的单一吸附效果及对复合体系中Cu^2+和Pb^2+的竞争吸附。3种生物炭对Cu^2+、Pb^2+的吸附动力学均符合准二级动力学方程,改性后生物炭的吸附速率均高于BC;吸附等温线均符合Langmuir模型,最大吸附量表现为:PBC>KBC>BC。3种生物炭的饱和吸附量和吸附容量遵循Pb^2+>Cu^2+;通过竞争吸附试验发现,Pb^2+在3种生物炭上的竞争吸附能力均高于Cu^2+。结果表明:KBC和PBC对Cu^2+、Pb^2+的吸附能力明显优于BC,有成为新型重金属吸附剂的潜力。

铁氧化物改性玉米芯生物炭对水体中砷的吸附特性研究

为探究铁氧化物改性玉米芯生物炭对水体中砷的吸附特性,修复砷污染水体,利用比表面积测试仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对铁氧化物改性玉米芯生物炭(FX)和玉米芯生物炭(X)的比表面积、表面形貌和官能团进行表征,并分析了不同溶液初始pH值、初始砷浓度和吸附时间对水体中砷去除率的影响。结果表明:经铁氧化物改性后的玉米芯生物炭的比表面积和孔体积增加,铁氧化物负载在玉米芯生物炭上,有丰富的官能团;在溶液初始pH值为3时,FX对砷的去除率为97.8%,FX对砷的去除率随pH值的升高而下降;FX对水体中砷的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,对砷的最大吸附容量为18.02 mg/g;FX对水体中砷的吸附机制主要是静电吸附和化学吸附,且FX具有良好的循环利用潜力。

铁改性玉米秸秆生物炭的制备及对Cd^(2+)的吸附性能

为确定不同制备条件下,铁氧化物改性生物炭对受污染水体中的重金属离子Cd^(2+)吸附性能的影响,提高生物炭对水Cd^(2+)的吸附去除性能,以秸秆生物炭为基础材料,FeSO_(4)·7H_(2)O,Fe_(2)(SO_(4))_(3)做为改性剂,选用磁力搅拌法、高温煅烧法、微波加热法3种方法制备改性秸秆生物炭。并通过X-射线衍射分析(XRD)、红外光谱分析(IR)、扫描电子显微镜分析(SEM)、比表面积和孔径分析(BET)对铁改性生物炭材料的物相、结构以及形貌进行表征,同时考察了其对Cd^(2+)的吸附性能。试验结果表明,采用微波法制备的铁改性玉米秸秆生物炭的吸附性能最好,吸附量达到了1.96 mg·g^(-1),是未改性生物炭吸附量的2.02倍。

铜改性生物炭的制备及催化过硫酸盐去除水体中四环素的研究

通过水热法制备铜改性玉米秸秆生物炭(CBC),并将其作为催化剂活化过硫酸钾(PS)去除水体中四环素(TC)。研究结果表明,CBC+PS体系对于TC具有高效且稳定的去除效果。在溶液pH=7,PS投加量3 mmol/L,CBC投加量0.5 g/L条件下,CBC+PS体系在反应10 min内对20 mg/L TC的去除率达到84.46%,2 h后去除率达到96.75%。机理研究表明,CBC表面负载的Cu以及表面羟基、羧基等基团能够促进电子的转移,进而加速SO_(4)^(·-)和·OH等活性氧物种的生成。在经过5次循环实验后,体系对TC的去除率仍能保持在85.62%,说明CBC具有良好的稳定性并能够重复利用。该研究提供了一种高效且稳定的去除TC的体系,同时也为玉米秸秆的回收再利用提供了一条新的途径。

玉米秸秆和花生壳生物炭改性研究

采用硝酸、氢氧化钠、微波和超声波等方法对经热裂解法制得的玉米秸秆和花生壳生物炭进行改性研究,以电导率和对亚甲基蓝色素吸附情况为考查指标,探讨不同改性方法的改性效果,确定较好的改性方法和条件。结果表明,玉米秸秆和花生壳生物炭改性提高了对亚甲基蓝吸附,最佳改性方法和条件是硝酸质量分数为12%。

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%。

玉米淀粉和玉米杆生物炭用作羧基丁苯橡胶填料的评价

由于对矿物燃料的需求不断上升，因此，有必要研究寻求现代工业依赖的矿物燃料的替代品、可再生资源及其产品。炭黑是石油产品，由于廉价而成为橡胶的主要填料。本研究评估淀粉（玉米淀粉或玉米面）和玉米秆生物炭作为炭黑的潜在可再生替代品。淀粉作为橡胶填料早已不是什么新想法，对其天然形式、其（植物）淀粉黄原酸盐的改性形式，

玉米秸秆碱化处理制备的生物炭吸附锌的特性研究

为研究玉米秸秆碱化处理制备的生物炭对模拟废水中Zn的吸附特性,以玉米秸秆为原料制备玉米秸秆生物炭(BC),同时对玉米秸秆进行碱化浸渍处理来获得碱化改性生物炭(K-BC),并在此基础上研究了BC和K-BC对Zn的吸附动力学、吸附热力学以及pH对其吸附的影响,结合元素分析、比表面积孔径测定、扫描电镜及红外光谱等表征来分析其对Zn的吸附差异。结果表明:当Zn浓度为60 mg·L^(-1),BC和K-BC对Zn的吸附过程由快速吸附和慢速吸附2个阶段组成,且符合准二级动力学吸附模型;BC和K-BC对Zn的吸附量随温度(288~318 K)和Zn浓度(10~120 mg·L^(-1))的增加而增加,其中K-BC对Zn的理论饱和吸附量大于BC,且由Freundlich模型对吸附过程进行描述较为合适;热力参数表明BC和K-BC对Zn的吸附为自发、吸热和无序度增加的过程;在pH_2.0~5.0范围内,当pH为5.0时K-BC对Zn的吸附量最大,吸附率接近50%。由BC和K-BC结构表征及理化特性差异可以推知,这2种生物炭对Zn吸附差异来源于其比表面积、孔隙结构和芳香结构之间的差异。

环氧氯丙烷对淀粉热解行为的影响及其交联机理

首先制备了环氧氯丙烷交联的玉米淀粉,然后经稳定化和炭化得到淀粉基类球形炭材料。通过TG-MS分析玉米淀粉在环氧氯丙烷影响下的热解行为;采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)对淀粉基类球形炭材料的微观形貌和晶型结构进行表征;利用原位红外(in situ FTIR)对淀粉热解过程中表面化学演化进行表征;最后,通过以上表征及分析探究环氧氯丙烷对淀粉热解行为的影响并深入探究了环氧氯丙烷与淀粉的交联反应机理。结果表明,淀粉交联环氧氯丙烷后,热稳定性得到有效提高,最大热失重温度提前,热解过程相对温和,避免淀粉在剧烈反应时基本骨架结构遭到破坏和炭收率显著降低,同时,交联淀粉在后续的热解过程中更趋向于向芳香族结构转化,在相同温度下比纯淀粉热解产物炭化程度高,得到的最终产物炭收率高;环氧氯丙烷与淀粉在热解过程中与淀粉发生交联反应,形成稳定的网状结构稳定淀粉炭骨架从而减少淀粉中挥发性小分子物质的产生。

碱改性生物炭处理含Cd^(2+)废水效果对比研究

以水稻秸秆(BC_(1))和玉米秸秆(BC_(2))为原料来制备原始生物炭,分别采用碱改性(KOH、NaOH)来对这两种生物炭进行改性,采用FITR对改性前后的生物炭进行表征,并模拟废水中Cd^(2+)的吸附实验。结果表明,碱改性对生物炭的理化性质和表面结构产生了影响,动力学吸附实验表明生物炭对水中Cd^(2+)的吸附过程均符合准二级动力学模型,即其吸附类型均为化学吸附。而等温吸附实验则说明改性生物炭均符合Langmuir模型,其中改性方法的碱性强弱和原料种类也会影响改性生物炭对Cd^(2+)的吸附效果。

淀粉基生物可降解薄膜的制备及性能研究

将环氧氯丙烷(EDH)改性玉米淀粉与线形低密度聚乙烯(PE-LLD)、低密度聚乙烯(PE-LD)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)共混,以环氧大豆油作为增塑剂,加入少量三元乙丙橡胶(EPDM)增弹成分,并通过不同吹膜成型方法制备了厚度为0.012mm的可降解薄膜,采用红外光谱分析、扫描电子显微镜等测试手段对该薄膜的性能进行了研究。结果表明,当改性淀粉含量达到70%时,薄膜仍具有优良的力学性能;用旋转模头吹膜有助于提高降解薄膜的淀粉含量。

氢氧化钾改性玉米秸秆生物炭对水中土霉素的吸附特性及机制

四环素类抗生素污染治理是环境研究热点问题之一,生物炭吸附是高效去除有机污染物的重要方法.以玉米秸秆为原料制备热解生物炭(BC),通过氢氧化钾改性获得KBC,选择具有最佳吸附性能的KBC在400~600℃二次热解活化,最终制得改性玉米秸秆生物炭AKBC400、AKBC500和AKBC600,并对其结构和表面性质进行表征.通过批处理实验,以BC400为对照,考察了3种AKBC对溶液中盐酸土霉素(OTC)的吸附动力学和吸附热力学特征.与BC400相比,AKBC比表面积增加23.0~37.6倍,孔隙结构显著改善,芳香性增强,吸附性能显著提高.准二级动力学模型可以更好地拟合AKBC对OTC的吸附过程,AKBC500对OTC的吸附速率常数和吸附量均高于AKBC400和AKBC600.颗粒内扩散和膜扩散均是AKBC吸附OTC的控速步骤.Langmuir、Freundlich和Temkin模型均可较好地拟合吸附等温线.AKBC对OTC的吸附均为自发、吸热和熵增加过程,吸附过程同时存在物理吸附和化学吸附作用.AKBC对OTC吸附机制包括孔填充、氢键、π—π共轭、阳离子—π键和强静电作用.AKBC具有良好的孔隙结构和较高的吸附容量,且再生吸附性能稳定,对去除水中土霉素具有较好的潜能.

不同改性玉米秸秆生物炭对黄土丘陵地区土壤水力特性的影响

为了探究改性玉米秸秆生物炭对干旱黄土水分入渗、蒸发和持水等水力特性的影响,以玉米秸秆为研究对象,在N2环境下经500℃热解2 h制得玉米秸秆生物炭.选择H3PO4、NaOH和NH4Cl 3种溶剂,分别在2种浓度(1 mol·L^(-1)和3 mol·L^(-1))下通过浸渍改性法获得不同改性玉米秸秆生物炭.系统表征了所有生物炭的元素组成、孔隙结构、官能团和表面形貌等理化特性.选取每种玉米秸秆生物炭,分别在3个不同添加量(1%、2%和3%)下开展土壤水力特性试验,通过恒定水头法、土壤蒸发试验和水分特征曲线等,分析不同玉米秸秆生物炭对土壤饱和导水率、水分累计蒸发量和体积含水量的影响.结果表明,添加改性玉米秸秆生物炭可显著降低土壤饱和导水率5.74%~46.69%,提高土壤体积含水量0.74%~37.33%,促进土壤水分蒸发,而相比改性前土壤水分累计蒸发量降低0.63%~8.46%.随着生物炭添加量的增加,土壤饱和导水率显著降低,累计蒸发量逐渐增大,体积含水量呈现先增后减的趋势.改性溶液浓度与土壤饱和导水率、水分累计蒸发量和体积含水量均无相关性.研究可为提升陕甘黄土干旱地区土壤持水保水性能提供理论依据和技术支撑.