锰改性生物炭活化过二硫酸盐降解水中苯酚

废弃生物质的再利用对减污降碳有较大意义.本文采用垂序商陆的茎为原料,经高锰酸钾溶液浸泡后,氮气保护下分别于700、850℃焙烧得到锰改性生物炭(Mn-700BC、Mn-850BC),并以同温度下未改性的生物炭(700BC、850BC)作为参照,探讨改性材料活化过二硫酸盐(PDS)降解苯酚的性能.SEM-EDS、XRD和XPS的结果表明,锰氧化物成功负载于生物炭上,锰的价态为Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)的混合价;850℃焙烧所得生物炭的石墨化程度、孔容及比表面积比700℃的生物炭高,官能团含量低.Mn-700BC和Mn-850BC对苯酚的去除率可达到89%和91%,且负载的锰氧化物对苯酚的降解起主要活化作用,碳的石墨化结构对活化有一定作用;EPR和自由基捕获实验结果显示,锰改性生物炭活化PDS降解苯酚以自由基氧化路径为主,同时伴有非自由基氧化途径.苯酚和PDS初始浓度对催化反应初活性的影响可以用Langmuir-Hinshelwood模型描述,降解反应速率受苯酚及PDS的吸附控制.在初始pH 3—9范围内,提高pH有利于苯酚的降解;共存的Cl^(−)、NO_(3)^(−)、SO_(4)^(2-)对苯酚降解均有一定抑制作用.锰改性生物炭活化PDS降解苯酚效果优良,揭示了这种改性材料用于活化过硫酸盐处理水中有机物的潜在前景.

锰铁氧体改性生物炭对四环素的吸附性能研究

为了提高生物炭对四环素(TC)的吸附效果,通过共沉淀和热解法制备了锰铁氧体改性的橘子皮生物炭(BC@MnFe_(2)O_(4)),采用SEM、BET、XRD、FT-IR和XPS对不同生物炭进行表征分析。通过批处理实验研究了初始pH、生物炭用量、TC浓度、共存离子对BC@MnFe_(2)O_(4)吸附TC的影响。结果表明,锰铁氧体可均匀负载到生物炭表面。相比于原始生物炭,BC@MnFe_(2)O_(4)具有更丰富的孔隙结构,比表面积由改性前的2.86 m^(2)·g^(-1),提高到306.12 m^(2)·g^(-1)。FT-IR结果显示BC@MnFe_(2)O_(4)表面存在OH、Mn O、Fe O官能团。BC@MnFe_(2)O_(4)对TC的最大吸附量可达167.50 mg·g^(-1),是原始生物炭(13.21 mg·g^(-1))的12倍。吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附方程。吸附机制以化学吸附为主,多层吸附占主导。BC@MnFe_(2)O_(4)拓宽了pH的适用范围,随着pH从3提高到11,吸附效率逐渐降低,但在pH=11时,去除效率仍有80%。共存的NO^(-)_(3)和SO_(4)^(2-)对BC@MnFe_(2)O_(4)吸附TC的影响不显著,随NH_(4)^(+)-N浓度增加,TC吸附量略提升了5.44 mg·g^(-1)。而腐植酸由于与TC竞争吸附点位,明显抑制了TC的吸附。BC@MnFe_(2)O_(4)在循环使用5次后仍能保持61.65%的吸附量,有良好的应用潜能。XPS分析表明,MnO和FeO等含氧官能团对TC的吸附起主要作用,吸附后Mn和Fe元素的化合价上升,以及官能团的改变,说明改性生物炭与TC发生了电子转移,形成了共价键。研究表明,锰铁氧体改性显著提高了生物炭对四环素的吸附能力,在较宽的pH范围内仍有良好的吸附效果,且受水溶液中共存离子的干扰小。

锰改性生物炭材料对As(Ⅲ)的吸附特性探究

本文以玉米秸秆为原材料热解得到玉米秸秆生物炭(BC),用高锰酸钾对其改性得到锰改性生物炭(MnBC)。利用改性前后生物炭研究了其对As(Ⅲ)的吸附动力学和吸附等温线曲线,并探究了初始溶液pH对吸附性能的影响。结果表明,改性前后的生物炭对As(Ⅲ)的吸附过程更符合准二级动力学模型,MnBC吸附As(Ⅲ)的过程更符合Langmuir等温线模型。

锰改性水稻秸秆生物炭对碱性土壤中砷-镉复合污染的钝化作用

为了探究锰改性生物炭(MBC)对砷-镉(As-Cd)复合污染土壤的修复效果和机制,采用室内培养试验,在微碱性As-Cd复合污染土壤中添加原始生物炭(BC)和MBC,研究其对土壤TCLP提取态As/Cd含量和As/Cd形态分布的影响,并进行土壤As/Cd生态风险评估。结果表明:改性后MBC的电荷零点升高且表面负载MnO_(2)。与不加生物炭相比,添加3%BC可使土壤TCLP提取态As和Cd显著降低35.3%和33.4%,而MBC可降低75.5%~84.2%和43.3%~49.9%,显著高于BC处理。同时,MBC施入土壤可降低土壤As和Cd的生态风险,且土壤Cd生态风险随着MBC施用量增加而降低。此外,MBC可通过减少复合污染土壤中非专性吸附态As、酸溶态Cd和可还原态Cd的含量,增加残渣态As和Cd的含量来实现土壤中As-Cd的钝化。

磷酸改性生物炭负载硫化锰去除废水中重金属镉

采用磷酸作为活化剂对黍糠生物炭进行改性,得到富含活性官能团的功能性生物炭(fCBC),并将其作为硫化锰(MnS)的载体,最终成功制备出硫化锰负载的磷酸改性生物炭(MnS-fCBC),可用于水体中镉(Cd)的高效去除.系统评价了初始浓度、初始pH值以及Mn S-f CBC投加量对于吸附反应的影响.MnS-f CBC表现出优越的吸附Cd的能力,在初始Cd浓度为200mg/L、p H=6和投加量1g/L的条件下,MnS-f CBC对于Cd的吸附容量最大,达145.15mg/g.吸附反应受pH值影响显著,在偏酸性条件下能取得较好的去除效果.通过X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱仪(Raman)对Mn S-f CBC进行结构表征分析,结合批次试验探讨了Cd的去除机理.结果表明,表面络合和化学沉淀是Cd去除的主要机理.材料的回用性能试验显示,在5次循环使用后,材料依然有较高的Cd去除能力,表明其具有较高的可重用性.因此,MnS-f CBC可作为一种高效的Cd吸附剂,应用于含Cd废水处理.

水淹条件下锰改性生物炭对水稻砷吸收及形态分布的影响

水淹条件下水稻土有效砷含量高,威胁稻米质量安全。采用谷壳炭与高锰酸钾(质量比为5꞉1)吸附共沉淀法制备锰改性生物炭,明确其对土壤砷吸附性能的影响,通过盆栽试验设置低度砷污染、中度砷污染水平,探讨其在水淹条件下对水稻不同部位总砷及砷形态的影响。结果表明:(1)土壤中添加2%的锰改性生物炭,砷的吸附能力显著提高,对As(Ⅲ)最大吸附量(Qm)为1193.9 mg·kg−1,是土壤的最大吸附量(524.1 mg·kg−1)的2.29倍,是添加2%生物炭的最大吸附量(454.1 mg·kg−1)的2.63倍;(2)锰改性生物炭降低水稻土中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)含量,能将中度砷污染土壤中As(Ⅴ)含量降低至低度砷污染土壤水平;(3)锰改性生物炭显著降低根、茎、叶总砷含量,能将中度砷污染土壤水稻茎和叶中的总砷含量降低至低度砷污染土壤水平;(4)锰改性生物炭促进水稻根系在总砷含量降低的同时更多地吸收As(Ⅴ),显著降低水稻根、茎、叶中As(Ⅲ)含量,一方面是因为锰改性生物炭增强了对土壤砷的吸附和As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的氧化作用,另一方面,锰改性生物炭利于根表锰膜的形成,显著降低根表总砷含量,从而降低根系对砷的吸收。该研究可为锰改性生物炭在轻中度砷污染水稻种植区的治理修复应用提供科学依据。

硫化改性生物炭对Mn污染土壤稳定化修复效果的研究

以某锰冶炼生产废弃场地为对象,研究了不同稳定剂对锰污染土壤的稳定化修复效果。实验结果表明:三种稳定剂对土壤锰的稳定化效果依次为硫化改性生物炭>无机硫化钠>生物炭。当使用无机硫化钠作为稳定剂时,将显著增加土壤的pH值,造成土壤碱化。硫化改性生物炭、无机硫化钠的最佳的稳定剂添加量为3%,养护时间在3 d可实现土壤锰的稳定化平衡。基于Tessier连续提取法分析了不同稳定剂施加后土壤中Mn的形态和比例,当施用硫化改性生物炭和无机硫化钠后,原土中的可交换态(EX)Mn的占比显著降低,与施加无机硫化钠相比,施加硫化改性生物炭后土壤Mn的可交换态(EX)仍进一步降低4%左右,表明硫化改性生物炭充分发挥了生物炭改性的优点,不仅表现出最好的土壤锰稳定效果,而且对土壤pH的影响也最小,具有良好的潜在应用前景。

生物炭负载铈氧化物去除水体中Cr^(6+)的研究

用花生壳制备生物炭(BC),并负载二氧化铈制备了生物炭/铈(BC/CeO_(2))复合材料,将其用于去除水体中Cr^(6+),重点研究了材料投加量、溶液pH值、初始浓度对Cr^(6+)的去除影响。试验结果表明,在改性生物炭BC/CeO_(2)投加量为0.02 g、反应时间为6 h、Cr^(6+)初始浓度为5 mg/L的条件下,Cr^(6+)的去除率可达到86.50%;在改性生物炭BC/CeO_(2)投加量为0.05 g、溶液p H值为3、反应时间为6 h、Cr^(6+)初始浓度为10 mg/L的条件下,Cr^(6+)的去除率可达到68.13%;在改性生物炭BC/CeO_(2)投加量为0.10 g,Cr^(6+)初始溶液浓度分别为2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L的条件下,经6 h反应,对水体Cr^(6+)的去除率分别为85.17%、76.65%、56.04%、39.30%。活性因子捕获试验结果表明,Cr^(6+)浓度测定试验表明水体中Cr^(6+)除了被吸附,还可通过还原成Cr^(6+)达到去除效果。

花生壳生物质炭对铅离子去除效果的研究

以花生壳为前驱体制备生物质炭,然后用高锰酸钾对生物质炭进行改性,通过比较改性前后两种生物质炭对溶液中铅离子的吸附性能,结果表明改性后的花生壳生物质炭的吸附性能明显优于改性前,饱和吸附量达到130.6 mg/g,是一种高效吸附剂。

蚯蚓/铈锰改性生物炭对As污染红壤中细菌多样性和群落结构的影响

在明确铈锰改性生物炭(MBC)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)联合修复可有效固定红壤As的前提下,采用高通量测序技术,探讨MBC与赤子爱胜蚓联合作用对As污染红壤中细菌多样性和群落结构的影响.结果表明,蚯蚓与生物炭/MBC单一和联合处理中,细菌多样性指数均以单一蚯蚓处理下最高,而单一生物炭、MBC的施用均导致土壤中细菌多样性下降;相较于单一生物炭和MBC处理,蚯蚓-生物炭和蚯蚓-MBC联合处理下细菌多样性指数均有不同程度增加;在细菌群落结构方面,各处理中土壤变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度均明显增加,以蚯蚓-MBC联合处理增加最为明显,较对照CK增幅分别达17.08%和329.47%,同时该处理中酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度则下降最明显,较对照CK的降幅达19.18%和48.76%.相关分析结果表明,土壤水溶态As(WSAs)的含量与变形菌门和拟杆菌门的相对丰度均呈显著负相关(P<0.05),而与酸杆菌门和绿弯菌门细菌呈显著正相关(P<0.05),即随着土壤中WSAs含量降低的同时,细菌群落中的变形菌门和拟杆菌门中细菌大量繁殖,而酸杆菌门和绿弯菌门中细菌生长受到抑制.与此同时,不同处理诱导细菌群落发生选择性变化,其中蚯蚓显著促进了γ-变形菌纲、黄杆菌目、气单胞菌目和贪食菌属细菌的繁殖,蚯蚓主要通过促进这4种菌的生长而致其对土壤As的固定效应增加.

干湿交替对铈锰改性生物炭固定红壤As的影响

以砷(As)污染红壤为研究对象,通过静态培养试验,探讨了铈锰改性生物炭(cerium-manganese modified biochar, MBC)在干湿交替老化条件下对红壤中As的固定效应.结果表明,与常规培养比较,干湿交替条件下MBC的施用显著降低了红壤中水溶态As(WSAs)含量(P<0.05)和pH值,且随着材料用量的增加和培养时间的延长而持续降低,试验结束时,土壤pH值比常规条件下降低了0.08~0.16个单位.与此同时,干湿交替条件下添加MBC后的土壤WSAs显著下降,当培养至30 d时,WSAs相比于常规培养降低了38.73%~51.94%,比试验初期降低了45.64%~56.19%,未添加MBC的处理在两种培养模式下土壤WSAs含量和pH值均显著升高(P<0.05),其中以干湿交替处理更为明显.从红壤中As赋存形态看,当培养试验结束时,相比于常规培养而言,干湿交替模式下MBC的施用使土壤中非专性吸附态As(F1)降低了33.16%~36.00%,专性吸附态As(F2)降低了7.67%~11.99%,残渣态As(F5)增加了15.43%~42.45%,且土壤As的迁移系数M亦显著低于常规培养(P<0.05),降幅为9.02%~12.75%;而未添加MBC的处理土壤As活化明显,且以干湿交替条件下更甚.整体上看,干湿交替水分管理有利于MBC对红壤中As的固定,MBC修复As污染红壤具有良好的稳定性和应用潜力.

改性生物炭固定床对模拟湖库水体中Mn^(2+)的吸附

湖库是社会生产发展的重要水资源,而湖库饮用水中锰离子(Mn^(2+))的季节性超标成为威胁人类的生活健康和社会安全生产的重要因素之一.首先,开展了NaOH改性生物炭的静态吸附研究,并考察了热解温度(400、 500和600℃)和改性条件(未改性、碱前处理改性和碱后处理改性)对吸附性能的影响,研究表明碱前处理改性能提高生物炭的吸附容量,在400℃时获得最大吸附容量为41.06 mg·g^(-1).之后,开展了改性生物炭固定床对Mn^(2+)的动态吸附研究.结果表明,碱改性生物炭在静态吸附状态下的吸附能力越强,其在固定床动态吸附过程中的穿透点(c_(t)/c_(0)=0.1)和饱和点(c_(t)/c_(0)=0.9)时间越长;当分别提高Mn初始浓度和进水流速时,固定床吸附的穿透点时间由360 min分别缩短至160 min和200 min,饱和点时间由865 min分别缩短至700 min和600 min. Thomas吸附模型能较好地拟合生物炭固定床吸附过程,表明动态吸附过程中,生物炭对Mn^(2+)的去除由化学吸附主导,研究结果可为实际运行提供科学指导.