纳米铁改性生物炭载体强化厌氧氨氧化菌富集与脱氮效果研究

为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)在载体生物膜中快速富集,本文采用液相还原方法制备了纳米铁改性生物炭(nZVI@BC)载体,并设置两组相同的厌氧氨氧化(ANAMMOX)富集装置(R_(1)、R_(2)),通过对R_(1)、R_(2)装置添加不同载体(分别为BC和nZVI@BC),考察在富集过程中ANAMMOX装置的脱氮性能、载体表面特征和微生物群落结构差异.结果表明:①BC表面成功负载nZVI,nZVI@BC载体比BC载体具有更高的比表面积,改性后载体的比表面积从47.17 m^(2)/g增至210.82 m^(2)/g,可为微生物提供更多的附着位点.②R_(2)装置NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(−)-N去除率稳定达到90%所需时间均比R_(1)装置短,且稳定运行后,R_(1)、R_(2)装置的TN去除率最高分别为86.99%、89.65%.③nZVI@BC载体表面颜色由黑色变为红褐色,表明红色的ANAMMOX生物膜初步形成,且其表面生物量比BC载体表面生物量高23倍.④第20天,R_(1)、R_(2)装置中AnAOB的相对丰度分别为10.47%和29.15%;R_(1)、R_(2)装置载体表面主要的AnAOB属均为Candidatus Kuenenia,其相对丰度分别为7.49%和23.76%.研究显示,改性的nZVI@BC载体显著促进了ANAMMOX生物膜的快速形成和AnAOB的高效富集,提升了ANAMMOX过程的脱氮性能.

铁改性生物炭捕集水体磷机制及农田资源化回用进展

利用铁改性生物炭从富营养化水体中捕集磷,将其回用于农田,是高效利用生物质、促进磷资源高效利用的有效途径之一。然而,铁改性生物炭对磷的吸附效率受制备方式和水环境的影响极大。为促进富营养化水体磷的捕集效率和再利用,本文总结了国内外铁改性生物炭(Fe-B)的制备方法及其对水体中磷酸盐的吸附性能,阐述了Fe-B对磷的吸附机制,分析了pH值、共存离子、生物炭用量和温度对Fe-B吸附磷酸盐性能的影响,分析了富营养化水体中磷的农田资源化再利用潜力。本研究结果可为富营养化水体磷捕集与资源化再利用提供理论参考。

铁改性生物炭对黄绵土Pb^(2+)运移过程影响及模型分析

[目的]明确不同铁改性生物炭施加量下土壤重金属的运移过程,以期为黄土区土壤重金属污染防治提供理论依据。[方法]以铁改性生物炭与黄绵土质量比分别为0%(CK),1%(A_(1)),2%(A_(2)),3%(A_(3)),4%(A_(4))和5%(A_(5))6组处理为研究对象,以Pb^(2+)为示踪离子,利用室内土柱进行溶质运移模拟试验,研究了不同铁改性生物炭施加量对黄绵土中Pb^(2+)运移过程的影响并进行模型模拟。[结果](1)A_(1),A_(2),A_(3),A_(4)和A_(5)处理的饱和导水率(K_(s))比CK分别减少了6.90%,20.70%,27.60%,31.03%和37.93%,即K s随铁改性生物炭施加量增大而逐渐减小。(2)不同处理的Pb^(2+)浓度达到平衡时的总历时比CK分别延长了1.79,13.00,34.98,35.34,40.81 h,随铁改性生物炭施加量增加,重金属初始和完全穿透时间明显推迟。(3)两区模型(TRM)和对流-弥散方程(CDE)的拟合曲线均能与实测曲线较好吻合,但TRM的决定系数(R^(2))大于CDE,均方根误差(RMSE)小于CDE,因此TRM的模拟精度更高。[结论]土壤中施加铁改性生物炭能较好地减缓重金属的运移过程,对调控土壤中重金属运移及防止地下水污染具有重要作用。

铁改性生物炭制备及其对磷的吸附和有效性

【目的】受自身理化性质的影响,普通生物炭对磷的吸附能力较差。本研究尝试通过铁改性提升生物炭的磷吸附能力,以增强磷的固储能力,减轻土壤磷流失带来的环境风险。【方法】供试生物炭包括核桃壳炭(WSB)、水稻秸秆炭(RSB)和木质炭(WB)。将10 g生物炭浸泡于1 mol/L HCl中1 h,用蒸馏水洗涤至滤液呈中性后烘干,然后加入到1 mol/L的FeCl3溶液中,设置铁与生物炭的质量比分别为0.28、0.56、0.84,经静置、过滤、烘干、煅烧后,得到铁改性生物炭,分别记为WSB-0.28、WSB-0.56、WSB-0.84、RSB-0.28、RSB-0.56、RSB-0.84、WB-0.28、WB-0.56、WB-0.84。采用扫描电子显微镜、能谱仪、傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪、全自动比表面积、孔径测试仪和元素分析仪分别对改性生物炭进行表征测定,并分别以2%、4%、6%的比例(质量比)添加至土壤中进行磷的吸附解吸试验,选取磷调控能力较好的生物炭进行矮牵牛栽培试验。【结果】Fe2O3成功地负载到3种生物炭表面,改性后生物炭的吸附位点显著增多,特别是WSB-0.28对磷的吸附能力显著高于WSB。土壤对磷吸附量随铁改性生物炭添加量增加而增加,在相同添加量下,土壤磷吸附量排序为铁改性水稻秸秆炭>铁改性木质炭>铁改性核桃壳炭(WSB-0.28除外),而铁改性木质炭对土壤磷的解吸量和解吸率高于其他生物炭。盆栽试验结果表明,富磷铁改性核桃壳炭可增加矮牵牛幼苗根、叶生物量,并提升叶片叶绿素含量及开花量。【结论】铁改性可提升生物炭对磷的吸附能力,增强土壤固磷作用,提高土壤磷素供给,促进植物生长。因此,铁改性生物炭可作为一种新型炭基缓释肥料应用于城市绿地土壤中,固磷增效,减轻土壤磷流失的环境风险。

覆膜条件下铁改性磷负载生物炭对花生磷素利用及产量的影响

为探究覆膜条件下铁改性磷负载生物炭对花生植株磷素利用及产量的影响,该研究于2021和2022年设置盆栽裂区试验,研究不同覆膜方式(覆膜处理(M1)和无膜处理(M0))下,铁改性磷负载生物炭处理(常规施磷量+无生物炭处理(P1C0)、3/4常规施磷量+7.5 t/hm^(2)铁改性磷负载生物炭处理(P2C1)、3/4常规施磷量+15 t/hm^(2)铁改性磷负载生物炭处理(P2C2)、2/3常规施磷量+7.5 t/hm^(2)铁改性磷负载生物炭(P3C1)、2/3常规施磷量+15 t/hm^(2)铁改性磷负载生物炭(P3C2))对花生植株叶绿素含量、净光合速率、干物质积累量、磷素利用、土壤有效磷含量及花生产量的影响。研究结果表明,与M0处理相比,M1处理下花生苗期、花针期、结荚期和饱果期叶绿素含量与净光合速率分别提高了7.6%和29.1%、12.4%和25.9%、14.9%和16.0%、6.5%和14.8%,饱果期干物质积累量和产量分别提高了17.7%和18.8%(2 a平均)。同一覆膜方式下,从苗期至饱果期,花生净光合速率和土壤有效磷含量呈先升高后降低的趋势,在花针期达到最大值。与P1C0处理相比,P2C1处理饱果期土壤有效磷含量、花生植株磷素积累量、干物质积累量及产量分别显著提高了为13.5%、14.3%、6.5%和10.2%(2 a平均)。不同覆膜方式和铁改性磷负载生物炭处理中,M1P2C1处理土壤有效磷含量、植株磷素积累量、饱果期干物质量及产量均为最优,花生产量较M0P1C0处理(常规处理)提高了40.4%(2 a平均)。因此,覆膜处理结合3/4常规施磷量和7.5 t/hm^(2)铁改性磷负载生物炭可通过提高土壤有效磷含量,促进植株对磷素的吸收利用,增加叶绿素含量,提高光合作用和干物质积累量,最终实现花生增产。研究结果可为花生田减磷增效生产提供理论参考。

铁改性生物炭对几种染料的吸附机理研究

本文以生物炭为原料,经氧化亚铁硫杆菌生物沥滤,将离子态的铁负载到生物炭上再进行二次热解,制备出铁改性生物炭材料(FeBC).开展该材料对三苯基甲烷、偶氮和噻嗪类染料等典型染料进行吸附试验,考察材料投加量、染料浓度以及温度因素对染料去除的影响,利用XRD、FT-IR、XPS和BET等分析方法对FeBC进行表征并做吸附动力学模型和等温吸附模型拟合.结果表明,FeBC负载了Fe_(3)O_(4)后表面官能团和孔隙结构更加丰富.FeBC对几种染料的吸附结果符合一阶动力学方程和Langmuir等温吸附模型,证明FeBC对染料的去除是以物理吸附为主的单分子层吸附过程;染料去除率与初始浓度呈极显著负相关(P<0.01),与温度呈极显著正相关(P<0.01).本文初步揭示了该材料对几种染料的去除机理,是以孔隙吸附、氢键、π—π电子共轭吸附以及静电吸附等方式去除,改性后对不同染料吸附量提高达302.2%-409.5%.该研究为新型炭改性材料在染料废水中的处理提供了新思路.

铁改性膨润土活化过氧化尿素降解三氯乙烯

采用浸渍法合成铁改性膨润土(FBT)活化过氧化尿素(UHP)降解三氯乙烯(TCE),优化了FBT与UHP最佳施用方式和质量配比,分析了温度对降解效果的影响;利用XPS、FTIR、SEM及TEM等手段对FBT进行表征;使用电子顺磁共振技术鉴别了主要的活性物质;结合GC-MS中间产物鉴定,推测了可能的反应路径.结果显示,干燥FBT颗粒与饱和过氧化尿素溶液混合施用时对TCE的降解效果最好,其中FBT与UHP的最优质量配比为1:1.在第24h时,FBT/UHP体系中三氯乙烯残留率约为7.4%,对比BT/UHP体系降低近40%.羟基自由基(·OH)作为主要的活性物质,对三氯乙烯降解的贡献率约88.6%.共鉴定出3种中间产物CH_(2)Cl_(2)、NH_(2)CHO、(NH_(2))_(2)CO和一种氧化最终产物CO_(2).

铁改性污泥生物炭对水中Cr(VI)的吸附性能研究

通过剩余污泥热解、活化、铁改性,制备了铁改性污泥生物炭(Fe-S@HKBC),采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面及孔隙度分析仪(BET)等对其进行了表征分析;考察了生物炭用量、Cr(VI)初始浓度、溶液pH、共存离子(Na^(+)、Ca^(2+))等对Fe-S@HKBC吸附去除水中Cr(VI)的影响,并探讨了吸附机理.结果表明,Fe-S@HKBC的比表面积为283.96 m^(2)/g,其表面富含Fe-O、C-O、-C=O、-OH等官能团.在生物炭用量为4 g/L,Cr(VI)初始浓度为10~300 mg/L时,Fe-S@HKBC对Cr(VI)的吸附量可达47.69 mg/g,去除率高达99.82%,均明显高于BC.Langmuir吸附等温线和伪二级动力学模型均能够较好描述吸附过程.Fe-S@HKBC吸附Cr(VI)的主要作用机制包括氢键、络合、还原和静电引力作用.研究结果为Cr(VI)的有效去除和污泥的处置提供了理论依据.

铁改性生物炭的制备及水体修复应用综述

铁改性生物炭被认为是一种环境友好型吸附剂,可用于处理多种水体污染,其吸附能力及吸附特性由于不同的制备方法而存在差异.鉴于此,综述了铁改性生物炭常见的制备方法及其对水体污染物(重金属、氮、磷、有机物)的修复应用,并对其主要的吸附机理进行总结.重点阐述了铁改性生物炭的原料选择、物理化学预处理、热解温度以及改性方法等对生物炭性质以及水环境中有机无机污染物吸附效果的影响,以期为铁改性生物炭在水环境修复中的高效应用提供科学依据.最后,对铁改性生物炭未来的研究方向提出了一些建议.

铁改性酵母粉对锑酸盐的吸附机理

采用氯化铁(FeCl_(3))制备了铁改性酵母粉,测试其对溶液中锑酸盐(Sb(V))的吸附性能,考察了FeCl_(3)浓度、溶液pH以及酵母粉投加量对Sb(V)去除的影响,研究了Sb(V)在铁改性酵母粉表面的吸附动力学、吸附等温线特征,并用SEM-EDS、ATR-FTIR、XRD、XPS等方法对改性酵母粉进行表征以探究其吸附机理.结果表明,改性酵母粉吸附Sb(V)的最佳条件为:FeCl_(3)浓度0.5 mol·L^(-1)、酵母粉投加量2 g·L^(-1)、pH 3.0.5 mol·L^(-1) FeCl_(3)改性酵母粉(0.5 Fe-Y)对溶液中Sb(V)的最大去除率为91.2%,吸附容量达68.15 mg·g^(−1).0.5 Fe-Y对Sb(V)的吸附符合伪二级动力学和Langmuir等温线模型,该吸附过程属于化学吸附,涉及络合反应和静电吸附.FeCl_(3)改性能显著增强酵母粉对Sb(V)的吸附能力,酵母粉表面羟基等官能团增多、电位增加、晶形结构更加无序以及表面羟基铁与Sb(V)形成内层络合物是其Sb(V)吸附能力增强的原因.

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。

铁改性生物炭的制备及铁改性对生物炭性质的影响

铁改性处理可改变生物炭的理化性质,优化生物炭的性能,因而受到科研工作者的关注。本文主要综述了铁改性生物炭的方法,改性前后生物炭理化性质的变化及由此引起的污染物处理效果的优化,客观分析了现状并对未来提出展望。

新型铁改性砂滤料吸附过滤去除水中的磷

为进一步提高改性砂滤料对水中磷的去除效果,对现有过滤工艺进行改造,在前期研究的基础上,改进改性方法制备出新型铁改性砂(IOCS)滤料,对其进行了扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)的表面分析,研究了IOCS对溶液中P O34-的吸附性能和动态过滤再生循环利用.静态吸附实验表明,pH值、接触时间和铁改性砂含量等均会影响IOCS对溶液中P O34-的吸附.25,℃时,Langmuir、Freundlich和Temkin吸附等温线均可较好地拟合铁改性砂对溶液中PO34-的吸附(R 2>0.920,0),其拟合曲线的相关性大小顺序为Freundlich>Temkin>Langmuir.由Langmuir吸附等温式得出的IOCS对PO 34-的饱和吸附量为0.266 8 mg/g.与同类研究相比I,OCS具有更好的PO 34-吸附性能.吸附热力学研究表明I,OCS对P O34-的吸附过程是自发的、吸热的化学过程(ΔG°<0,ΔH°>0).共存阴离子对IOCS吸附PO 34-影响的大小顺序为HCO 3->S O 42->Cl–,但影响不大.过滤再生循环利用实验表明,吸附饱和后IOCS可以使用0.1 mol/L NaOH溶液多次再生重复利用,并保持较高的P O34-去除率,因而可以使用IOCS对现有水和废水处理中过滤除磷工艺进行升级改造.

铁改性生物炭对磷的吸附及磷形态的变化特征

利用农作物残体小麦秸秆为原料制备生物炭,并用氯化铁溶液改性,考察了改性后生物炭元素组成和表面官能团的变化、改性和吸附后生物炭中磷形态变化特征以及溶液初始pH的影响,分析了铁改性生物炭对磷的吸附机理。结果表明,生物炭经氯化铁溶液改性后C的质量分数大幅下降,O和Fe的质量分数大幅上升;表面的羧基含量增加,碱性官能团含量显著降低。铁改性使生物炭对磷的吸附平衡时间由改性前的60 min增至120 min;铁改性后,生物炭的理论最大吸附量为10.1 mg·g-1,是改性前的19.4倍。改性前生物炭对磷的吸附主要是物理吸附,表现为交换态磷含量大幅增加,占吸附总量的82.1%;而铁改性生物炭主要是化学吸附,表现为铁结合态磷的增幅最大,占吸附总量的66.7%,交换态磷仅占26.6%。随溶液初始pH的增加,铁改性生物炭对磷的去除率先增加后下降,pH=7时去除率最高,去除率随pH的变化与交换态磷含量密切相关;随着pH升高,铁结合态磷有向闭蓄态磷转化的趋势。

铁改性海泡石除锑的影响因素研究

选择廉价海泡石，用氯化铁对其改性。研究铁改性海泡石对锑的吸附特性。结果表明，氯化铁浓度、吸附时问、初始锑浓度以及温度等因素对锑的吸附影响较大，溶液初始pH影响不明显。在初始锑浓度50mg／L，pH6．8，5％氯化铁改性海泡石投加量为2g／L，吸附90min，温度35℃下，吸附量可达21．6mg／g。海泡石对吸附锑具有缓冲特性，溶液的初始pH值在3．1～10．1范围时，吸附后溶液的最终pH值为8～8．5。IMS吸附锑是放热过程。改性后海泡石比表面积增大，表面羟基数量增加，导致其吸附能力增强。通过XRD谱图并未发现铁晶体的存在。

铁改性酚醛树脂的合成与结构表征

通过配位反应在热固性酚醛树脂中引入三价铁离子,合成了铁改性酚醛树脂。通过红外光谱仪、X射线光电子能谱仪以及利用电导率测定配位数的方法表征了铁改性酚醛树脂的结构,分析得到三价铁离子与酚醛树脂形成六配位的结构,4个氧原子来自亚氨基二乙酸的羧酸基,2个氧原子来自游离的酚羟基。与普通树脂相比,铁改性酚醛树脂的固含量和残炭率明显提高,分别达到89. 16%和51. 41%;通过热重分析表明,铁改性酚醛树脂的耐热性能明显提高。

铁改性沸石分子筛合成时离子交换性能影响因素研究

以天然丝光沸石为原料 ,研究了活化温度、FeCl3 溶液浓度、浸泡时间、沸石分子筛颗粒大小等因素 ,对农药用Fe改性沸石分子筛合成的影响。结果表明 :5 0 0℃为该沸石分子筛的最佳活化温度 ,经高温焙烧的沸石分子筛 ,其离子交换能力较低温焙烧的沸石分子筛强 ;低浓度的FeCl3 溶液较高浓度的能够促进离子交换 ;低浓度 (0 0 0 83mol/cm3)的FeCl3 溶液浸泡丝光沸石只需 1min左右 ,即可达到离子交换的动态平衡状态 ;丝光沸石的颗粒越小 ,离子交换速率越快。

铁改性膨润土光催化剂的制备、表征及应用

以膨润土作为载体,制备了铁改性膨润土光催化剂,采用多种手段对其结构进行表征,将制备的铁改性膨润土光催化剂用于非均相Fenton法深度处理造纸法烟草薄片废水,考察了铁改性膨润土光催化剂的催化活性及稳定性。结果表明,膨润土经铁改性后X射线衍射(XRD)峰强度略有减弱,基本骨架未产生太大变化,层状结构变得疏松,比表面积也增大,膨润土经铁改性后Fe2O3的含量增加。对于CODCr值为365 mg/L的造纸法烟草薄片废水,当反应初始p H值为3.0、H2O2用量为3.0 m L/L、铁改性膨润土光催化剂用量为1700 mg/L时,采用光催化非均相Fenton法处理3 h时,废水CODCr的去除率达到80.2%。另外,铁改性膨润土催化剂具有较高的稳定性和较好的可重复使用性,催化剂的重复使用并不会改变原来的骨架及微观形貌。

铁改性生物炭抑制土壤中As的迁移

砷(As)的毒性极强,为了治理含As土壤,该研究通过室内土柱模拟试验,研究铁改性生物炭对土壤中As迁移能力和形态的影响。结果表明:添加1%~8%生物炭和铁改性生物炭后,能显著降低土柱灌水后渗滤液中As的含量,增加土壤表层(0~20 cm) As的含量,降低土壤深层(>20~50 cm) As的含量,促进土壤中有效态As向稳定态As转化,生物炭的添加量越大,土壤中R-As的含量就越高。对比铁改性生物炭和生物炭发现,生物炭负载Fe3+后,其吸附和固持能力更强,更能促进有效态As向R-As转化,进而降低As污染的风险。因此,在治理含As土壤时,可在表层土壤施加2%的铁改性生物炭,达到吸附和固化As的目的,进而提高土壤的安全性。

铁改性TiO_2光催化性能研究进展

文章对近年来利用过渡金属铁改性TiO2光催化性能研究进展进行了综述,分析了Fe3+的掺杂机理,讨论了掺Fe3+对TiO2光催化活性和吸收光谱的影响,探讨了不同的Fe3+掺杂TiO2具有不同最佳质量浓度的原因,并对今后的研究提出了建议。