生物炭-铁锰氧化物复合材料制备及去除水体砷(Ⅲ)的性能研究

采用浸渍法制备了4种不同的生物炭-铁锰氧化物复合材料(F_1M_1BC_(10),F_1M_3BC_(20),F_1M_4BC_(25),F_3M_1BC_(20)),采用SEM,XPS和FTIR表征方法分析了几种复合材料与生物炭表面性质的差异,比较了4种不同配比生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)去除性能,分析了不同投加量的吸附材料对砷(Ⅲ)去除效率及吸附量的差异。结果表明,与生物炭相比,炭、铁和锰不同配比的生物炭-铁锰氧化物复合材料比表面积明显增大,由61.0 m^2·g^(-1)增加到208 m^2·g^(-1),孔径变小,由23.7 nm下降到2.76 nm;碱性官能团含量明显增加;材料表面形成了MnOx、FeOx。与生物炭相比,4种生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)的动力学吸附量大小与去除率顺序依次为F_1M_4BC_(25)>F_1M_3BC_(20)>F_1M_1BC_(10)>F_3M_1BC_(20)>BC。F_1M_4BC_(25)(m铁∶m锰∶m炭=1∶4∶25)是去除砷(Ⅲ)最优的复合材料,在用量为0.016 g·m L^(-1)时,对砷(Ⅲ)的去除率可达82.6%,是生物炭去除率的2.3倍。研究表明,生物炭-铁锰氧化物复合材料是一种潜在的去除水体砷污染的炭基材料。

腐植酸及pH对生物炭-铁锰氧化物复合材料吸附As(Ⅲ)的影响机理

采用振荡平衡法,研究不同用量和不同添加顺序的腐植酸(Humic acid,HA)对生物炭-铁锰氧化物复合材料(F1M4BC25)吸附As(Ⅲ)性能的影响及其机理。结果表明:添加不同浓度的HA对F1M4BC25吸附As(Ⅲ)的性能存在明显差异,与未添加HA相比,添加5 mg·L^(-1)的HA时最大吸附容量(Qm)为8.39 mg·g-1,增加了5.00%;添加10、50 mg·L^(-1)的HA时,Qm分别为7.59、5.25 mg·g-1,分别降低了5.00%和34.3%。不同HA添加顺序对F1M4BC25吸附As(Ⅲ)的性能有较大影响,Qm顺序为:后添加HA(5.82 mg·g-1)>同时添加(5.20 mg·g-1)>先添加HA(3.30 mg·g-1)。在初始pH=3时,F1M4BC25对As(Ⅲ)吸附能力高于pH=6时。两种pH条件下吸附平衡后溶液的pH值均增大,初始pH=3时增幅大于初始pH=6时;两种pH条件下DOC浓度大小顺序均为:后添加HA>同时添加>先添加HA。研究表明,低浓度HA以及弱酸性条件有利于F1M4BC25对水体中As(Ⅲ)的去除,高浓度HA能够与As(Ⅲ)产生竞争吸附。

金属氧化物基生物炭复合材料在污水处理领域中的应用现状

生物炭是生物质在缺氧条件下热解产生的一种富含碳固体物质,特点为疏松多孔、比表面积大且表面富含酚羟基、羧基和氨基等多种官能团。同时,生物炭是一种廉价易得、性能优良的吸附材料,因其环境友好、来源广泛,在污水处理领域具有广泛应用。分析了生物炭对水中污染物的吸附机理,重点阐述了TiO_(2)、磁性氧化铁、MnO_(2)以及其他氧化物等金属氧化物基生物炭复合材料在污水处理领域中的应用现状、循环利用以及再生性能,最后展望了金属氧化物基生物炭复合材料的发展前景。

铁锰氧化物-生物炭复合材料对Pb^(2+)的吸附研究

为了研究吸附法去除水体中Pb^(2+)的机理,本文用批实验的方法探讨了铁锰氧化物-生物炭复合材料(简称为FMBC)对Pb^(2+)的吸附。首先以草酸盐和高粱秸秆为原料制备FMBC,并通过TEM、XRD、XPS等对材料进行了测试表征。然后利用批实验的方法初步研究了FMBC对Pb^(2+)的吸附动力学和吸附机理。表征结果表明,FMBC具有多孔结构,铁锰氧化物以MnFe_(2)O_(4)和Fe_(2)O_(3)的形态负载在生物炭表面,Pb^(2+)被FMBC成功吸附。动力学实验表明,该复合材料对Pb^(2+)的吸附符合Ho准二级动力学方程,Pb^(2+)浓度为10mg·g^(-1)时吸附速率最快,其值k_(2)为4.328×10^(-4)g·(mg·min)^(-l)。

生物炭-壳聚糖复合材料对镉污染土壤的修复效果研究

[目的]探讨生物炭-壳聚糖复合材料(CBC)对镉(Cd)污染土壤的修复效果。[方法]以黑麦草为供试植物进行盆栽试验,探究向酸性低镉土壤、中性高镉土壤和碱性高镉土壤中分别添加0、0.5%、1.0%和3.0%(W/W)的CBC时,土壤pH、全镉含量、有效态镉含量、黑麦草根和茎叶的生物量以及其中的全镉含量变化情况。[结果]施用CBC可以提高酸性和中性土壤的pH。随着CBC施用量的增加,土壤中有效态镉含量降低,当施加量至3.0%时达到显著水平。CBC可以钝化土壤中的镉活性,其钝化效果与土壤污染程度、酸碱性密切相关。随着CBC施加量的增加,黑麦草根和茎叶中镉含量降低,尤其植物地上部分降低效果明显,也证明了CBC对土壤中镉具有钝化作用;黑麦草的富集系数(BCF)和转运系数(TF)随CBC施用量的增加而减小,表明施用CBC能够减弱土壤中的镉向植株体内的迁移,从而达到缓解镉毒害的作用。[结论]CBC可以用于镉污染土壤的修复,尤其是在污染程度严重的酸性土壤中效果更加显著。

金属氧化物基生物炭复合材料制备方法研究进展

综述了生物基炭材料不同来源的研究现状,重点介绍了金属氧化物基生物炭复合材料的制备方法,包括水解法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、超声法和水热-溶剂热法以及金属氧化物基生物炭复合材料在污水处理领域的广泛应用进展。详细地介绍了各种制备方法的优缺点。在下一步的研究中,一方面要努力实现低成本、高效率的大规模制备,另一方面也要加大对生物炭制备方法的研究力度。

生物炭-锰氧化物复合材料对红壤吸附铜特性的影响

锰氧化物作为改性材料应用于制造复合材料一直是环境领域的研究热点,锰氧化物改性的复合材料在水处理、空气清新剂等领域应用广泛。但目前,将生物炭-锰氧化物复合材料作为吸附材料改变土壤对铜吸持能力的研究还不多见。采用等温平衡吸附法,测定生物炭-锰氧化物复合材料对红壤吸附铜的能力影响,并应用Freundlich方程Cs=KfCen分析红壤对铜的吸附特征。结果表明:不同用量的生物炭-锰氧化物复合材料加入后,均会明显提高红壤对铜的吸附量。添加0.5%、1.0%、2.0%和4.0%生物炭-锰氧化物复合材料的红壤处理,其铜的吸附量较未添加处理分别增加了63.1%、130%,310%和509%。Freundlich吸附方程能较好的描述不同用量生物炭-锰氧化物复合材料影响红壤对铜的吸附特征。添加0.5%、1.0%、2.0%和4.0%炭-锰材料处理的分配系数(Kf值)分别为0.176、0.286、0.653和0.800。生物炭-锰氧化物复合材料用量为4.0%时,分配系数(Kf值)较对照红壤提高了5倍,生物炭-锰氧化物复合材料加入红壤后对红壤pH值影响不大,对CEC(阳离子交换量)有较大的影响;生物炭-锰氧化物复合材料用量为4.0%时,CEC为5.59 cmol·kg-1,较对照增加了14.1%,温度升高,有利于提高红壤对铜的吸附能力。生物炭-锰氧化物复合材料加入红壤后,红壤在1034.63、537.22、471.45 cm-1处有吸收峰出现,红壤表面-OH、Mg-O、Si-O等活性官能团数量明显增加。生物炭-锰氧化物复合材料增加红壤对铜的吸附机制可能是红壤表面Mg-O、Si-O等官能团与铜形成了Mg-O-Cu-、Si-O-Cu-络合物,提高了红壤对铜的吸持能力。从土壤化学与土壤修复的角度出发,生物炭-锰氧化物复合材料可用于铜污染红壤修复。

复合生物炭-坡缕石对Cd污染土壤的钝化修复

为实现重金属污染土壤的高效、环保修复,采用慢氧限制热解法制备生物炭-坡缕石复合材料(BC/PAL)。考察BC/PAL对土壤理化性质、Cd的浸出毒性和在土壤中的赋存形态、玉米生长状况及Cd的富集转运影响,从而评价该材料对土壤中Cd的潜在生态风险改善及稳定效果。结果表明,添加BC/PAL后土壤pH显著增加,当投加量为8%时,pH较对照组(CK)升高1.14。当BC/PAL投加量为6%和8%时,土壤中Cd的毒性特征浸出程序(TCLP)浸出毒性较CK下降60%以上。添加BC/PAL后,Cd在土壤中的赋存状态从活泼趋于稳定。BC/PAL可减轻Cd对玉米的胁迫,促进玉米生长,当投加量为6%时,玉米鲜重增加221.43%。BC/PAL大大降低了土壤中Cd的潜在生态风险及生物有效性,是一种高效、环保的土壤修复材料。

腐植酸及pH对生物炭-铁锰氧化物复合材料吸附As(Ⅲ)的影响机理

采用振荡平衡法，研究不同用量、添加顺序的腐植酸对生物炭-铁锰氧化物复合材料（F1M4BC25）吸附As（Ⅲ）性能的影响及其机理。

铁锰氧化物/生物炭复合材料对水中六价铬的吸附性能研究

热解经过氯化铁和高锰酸钾浸渍的小麦秸秆,制备了铁锰金属氧化物/生物炭复合材料,用以去除水中六价铬。研究发现,复合材料在溶液p H值从3.00升高到9.00时对Cr(VI)的吸附量从14.7 mg/g下降到11.9 mg/g。吸附温度小于35℃时,吸附Cr(VI)的平衡吸附量都随着温度的升高而升高。等温吸附实验数据符合Langmuir方程,且最大吸附量为45.391 3 mg/g。吸附动力学分析发现,吸附过程遵循二级动力学方程。上述结果说明铁锰氧化物/生物炭复合材料对于去除水中Cr(VI)具有潜在价值。

纳米金属(氢)氧化物生物炭复合材料的制备与水中除氟的应用研究进展

饮用水中的氟污染已被公认为世界性的主要问题之一,因为这对人体健康构成了严重的威胁。因此,需要有效的方法来去除水中的氟污染。目前,吸附法是去除水中氟化物最经济有效的方法,因此也得到了广泛的应用。近年来,已有各种吸附材料用于去除水中的氟化物,其中生物炭因为成本低、比表面积大、离子交换能力强而常作为吸附剂吸附污染物。然而,原始生物炭对污染物的吸附能力相对有限。因此,生物炭的改性方法研究受到学者的广泛关注。目前,生物炭的改性方法包括物理法、化学法和生物法,其中负载金属氧化物改性是化学改性方法之一。通过改性获得纳米金属(氢)氧化物生物炭复合材料,其材料具有较大的比表面积、活性吸附位点、成本低廉和吸附能力强等优点,被应用于水中除氟研究中。综述了纳米金属(氢)氧化物生物炭复合材料的制备方法、表征技术及其在水中除氟方面的应用。此外,指出了纳米金属(氢)氧化物生物炭复合材料制备的方法及其吸附应用中存在的问题,以期为纳米金属(氢)氧化物生物炭复合吸附材料的研究和应用提供参考。

生物炭/锰氧化物复合材料对苯甲酸的吸附研究

以香蕉皮为原料,通过浸渍-焙烧的方法制备了生物炭/锰氧化物复合材料。研究了生物炭/锰氧化物复合材料吸附去除苯甲酸的工艺条件以及吸附等温线、动力学以及热力学过程。结果表明,在温度为25℃、溶液pH=4.0、苯甲酸底液质量浓度为100 mg/L、吸附剂投加量为2 g/L的条件下,生物炭/锰氧化物复合吸附剂对苯甲酸的去除率为94.76%。此外,生物炭/锰氧化物复合吸附剂对苯甲酸的等温吸附过程服从Langmuir模型,饱和吸附量为68.213 mg/g;吸附动力学过程服从准二级动力学方程;吸附热力学研究表明,该吸附过程能自发进行。

生物炭-微生物复合材料修复Cr(Ⅵ)污染土壤条件优化及促生效果

生物炭和微生物在改善Cr(Ⅵ)污染土壤质量方面得到了广泛的应用,而以生物炭-微生物制备的复合材料(BC-MT)在Cr(Ⅵ)污染土壤修复中的促生效果鲜见报道。以玉米秸秆生物炭为载体吸附铬还原菌——藤黄微球菌(Micrococcus luteus)制备BC-MT,综合考察了BC-MT修复Cr(Ⅵ)污染土壤最佳条件及促生效果。结果表明:藤黄微球菌能成功附着在生物炭上,BC-MT对Cr(Ⅵ)污染土壤修复效果显著,在BC-MT投加量3%(质量分数,下同)、氮源投加量10g/kg、土壤含水率14%的条件下,修复25d,Cr(Ⅵ)去除率为64.35%,可提取态铬从27.01mg/L降至7.72mg/L。在3%BC-MT作用下,植物生长12周后地上、地下部分总铬含量分别降低了65.15%、49.76%,Cr(Ⅵ)分别降低了94.11%、87.74%,植物株高增加了17.7cm,生物量(以干重计)增加了132mg,叶绿素增加了4.65mg/g,可溶性糖增加了1.69mg/g。由此可见,BC-MT不但能有效降低土壤Cr(Ⅵ)含量,而且促生效果显著,具有广阔的应用价值。

诺氟沙星在壳聚糖-生物炭复合材料上的解吸行为研究

吸附材料再生可以实现吸附材料的循环使用,降低处理成本。本文研究了壳聚糖-生物炭复合材料上诺氟沙星(NOR)解吸的影响因素,考察了NOR解吸动力学过程,并通过多次再生实验探讨了其重复使用潜力。结果表明,以NaOH为解吸剂时有利于促进壳聚糖-生物炭复合材料上NOR的解吸,随NaOH浓度的提高,NOR的解吸率增大。溶液离子强度提高了NOR的解吸率,离子强度为0.1mol/L时NOR的解吸效果最好。热力学参数ΔG和ΔS表明该解吸过程是自发进行的吸热反应。NOR在壳聚糖-生物炭复合材料上的解吸主要受慢解吸和极慢解吸控制。双常数方程和Elovich方程可较好描述复合材料上NOR的解吸动力学行为。壳聚糖-生物炭复合材料重复使用6次后,NOR的解吸率为66.88%,吸附量为8.675mg/g,表明壳聚糖-生物炭复合材料具有较好的可循环利用潜能。

不同碳源的生物质炭-磷化铁/零价铁的制备及对水中3,4,5,6-四氯吡啶-2-羧酸的去除

改性生物炭材料在环境污染物去除中的应用越来越广泛.本文以鸡粪(CM)、咖啡渣(CG)、活性污泥(SL)等3种废弃生物质为碳源,制备了3种生物质炭-磷化铁/零价铁复合材料(BC-Fe_(x)P/Fe).这些材料主要由生物质炭、磷酸铁、磷化铁、零价铁或碳化铁及氧化铁组成.用于降解水中的3,4,5,6-四氯吡啶-2-羧酸(TCPA)时,以活性污泥为碳源的SL-Fe_(x)P/Fe材料对TCPA的去除效果明显优于以鸡粪为碳源的CM-Fe_(x)P/Fe和以咖啡为碳源的CG-Fe_(x)P/Fe材料,而且SL-Fe_(x)P/Fe对TCPA的降解受pH影响较小.在中性pH反应6 h后,CM-Fe_(x)P/Fe、CG-Fe_(x)P/Fe和SL-Fe_(x)P/Fe对10 mg·L^(-1)的TCPA的降解率分别为90.1%、71.1%和100%,矿化率分别为33.25%、22.61%和64.27%.掩蔽实验和电子自旋共振(ESR)结果表明,SL-Fe_(x)P/Fe体系存在多种活性氧物质.使用前后材料的X射线晶体衍射和X射线光电子能谱分析,材料中的Fe_(x)P、Fe3C、Fe和氮掺杂生物质炭均在有机污染物的降解过程中发挥了作用.

层状双氢氧化物-生物炭复合材料在废水处理中的应用

层状双氢氧化物-生物炭(LDH-BC)复合材料,作为一种新型生物炭基复合纳米材料,在废水处理中展现了优异的污染物吸附和催化降解性能。本篇综述全面系统地总结LDH-BC复合材料的相关研究进展,为日后研究方向提供指导。研究内容综述了LDH-BC复合材料合成方法,改性策略和复合材料在废水处理中的应用及机制。展望部分提出LDH-BC复合材料存在具体组分降解路径不清晰、复合污染物体系应用较少、缺少现场规模试验等问题,接下来应针对以上问题进行深化拓展以推动LDH-BC复合材料的研究与应用。

改性石墨烯-生物炭复合材料对磺胺类抗生素的吸附

本文研究海藻酸钠和磁性改性的石墨烯-生物炭复合材料对磺胺嘧啶的吸附动力学,以及p H值对吸附的影响。结果表明,吸附平衡时间是48 h,在p H值=6.0时,磺胺嘧啶的吸附量最高。本研究为选择吸附效果较好的生物炭复合材料作吸附剂去除水体中磺胺类抗生素提供理论依据。

铁锰改性生物炭对土壤中Cd的吸附稳定性的影响

本文以水稻秸秆为原料,制备了生物炭(BC)及铁锰改性生物炭(FMBC),对Cd^(2+)溶液进行了吸附-解析实验,对吸附前后生物炭的傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)结果进行分析,探究了生物炭对土壤中Cd^(2+)的吸附稳定性和土壤理化性质的影响。结果表明:1)改性后,生物炭FMBC的碳化程度相比生物炭BC有一定的提高,表面的活性官能团种类和数量也有一定增加,为Cd^(2+)提供了更多的吸附位点,提升了生物炭对Cd的吸附性能;2)FMBC对Cd的吸附过程更符合Langmuir等温线方程,说明其吸附行为可能是单分子层的化学吸附,吸附机理可能更倾向于离子交换作用和共沉淀。FMBC对Cd的吸附效果和固定性能优于BC,Cd^(2+)溶液浓度为40~80mg·L^(-1)时,FMBC对Cd的吸附率达到92%以上,解析率则低于11.2%。

生物炭负载铁锰氧化物对环丙沙星的去除研究

作者以热解法制备生物炭负载铁锰氧化物复合材料,将其用于去除水体中的环丙沙星(CIP)。通过扫描电镜、X射线光电子能谱、氮气吸附-脱附曲线、红外光谱和拉曼光谱对材料进行表征,同时探究材料投加量、CIP初始浓度、溶液pH值和反应时间对CIP去除的影响。实验结果表明,复合材料投加量为0.05 g/(100 mL),CIP初始浓度为5 mg/L,pH值为5时,BCFe0.5Mn1的去除率达80.85%,且复合材料中Fe/Mn高不利于CIP的去除,BCFe1Mn0.5的去除效率甚至低于BC的去除效率。活性因子捕获试验、吸附/脱附试验,以及电子顺磁共振结果表明,CIP的去除过程既包括吸附,也包括降解,而降解是体系中存在的活性物质导致的。·OH、·O^2-和1O2是CIP去除过程的主要活性因子,其中·O^2-和1O2的影响更为显著。

P-PPD-Ph对PP/P-PPD-Ph复合材料性能的影响

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、对苯二胺和4-羟基苯甲醛为原料合成一种含DOPO的苯酚衍生物有机磷系阻燃剂(P-PPD-Ph),再将合成的P-PPD-Ph添加到聚丙烯(PP)中制备了PP/P-PPD-Ph复合材料。借助傅里叶红外光谱分析(FTIR)、热重分析(TG)、燃烧性能测试及力学性能表征等研究了P-PPD-Ph添加量对PP复合材料性能的影响。结果表明,添加P-PPD-Ph可使PP基复合材料的热稳定性提高,成炭量增加;随着P-PPD-Ph添加量的增加,PP基复合材料的热释放速率(HRR)减少,总释放热(THR)减少,CO生成量逐渐增加,总烟释放率(TSR)显著提高,同时极限氧指数(LOI)提高且当P-PPD-Ph的质量分数为20%时最高,达26.9%,通过UL94 V-1级(3.2 mm);添加P-PPD-Ph后PP基复合材料较纯PP的拉伸强度和冲击强度降低,弯曲强度和弯曲模量提高。