白云石-生物炭复合膜过滤吸附低浓度磷酸盐

随着工农业的发展,大量磷被排入自然水体,导致水体富营养化现象的发生。传统化学法和生物法无法有效去除水中低浓度磷酸盐,将吸附剂与超滤膜相结合,通过错流过滤的方式有望捕获并吸附水中低浓度磷酸盐。将白云石改性生物炭吸附剂(DO/BB)装载于聚偏二氟乙烯(PVDF)超滤膜中制备了PVDF-DO/BB复合膜,并考察了PVDF-DO/BB复合膜的微观结构、力学性能及对磷酸盐的吸附分离性能。结果表明,与纯PVDF膜相比,PVDF-DO/BB复合膜的表面粗糙度增加,亲水性变差;拉伸强度增强约23%,柔韧性也有所提升;当初始磷酸盐质量浓度为1.0 mg/L时,经PVDF-DO/BB处理后最低可降至0.16 mg/L,且在5次吸脱附循环后去除率依然>75%。通过吸附动力学和吸附等温线模型拟合,发现吸附过程主要受单层的化学反应控制,活性位点分布均匀。结合PVDF-DO/BB吸附磷酸盐前后的XPS分析,阐明吸附机理主要包括静电引力、内层单齿络合物的形成、内层双齿络合物的形成和羟磷灰石沉淀的生成。此外,PVDF-DO/BB可高效拦截大分子污染物,具有吸附-超滤双功能。

矿物-生物炭对沙壤土改良及玉米生产效益的影响

本试验通过探究矿物-生物炭对沙壤土的改良效果及玉米生产效益的影响,为矿物-生物炭在土壤改良中的推广和应用提供参考依据。通过测定不同用量矿物-生物炭处理下玉米生长指标和产量及土壤p H值、阳离子交换量、水溶性盐等离子含量等数据,分析矿物-生物炭对沙壤土的改良效果及玉米生产效益的影响,并确定最佳的增施量。结果表明:增施矿物-生物炭可以增加土壤阳离子交换量,降低水溶性盐、Na^(+)和HCO_(3)^(-)含量,对提高沙壤土保水保肥能力具有显著的作用;同时,增施矿物-生物炭可以提高玉米出苗率、增加植株茎粗。当矿物-生物炭用量达375 kg/hm^(2)时,玉米最高产量可达13 384.1 kg/hm^(2),与CK相比,玉米产量显著提高,增产率为33.85%;通过综合分析投入产出比,可增加利润8 204.4元/hm^(2);过量增施矿物-生物炭,玉米增产能力减弱,生产效益反而降低,因此不建议过量施用矿物-生物炭。

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)。

电解絮凝-生物炭滤池法处理印染废水

采用电解絮凝 -生物炭滤池串联工艺对印染废水进行处理研究。实验结果表明 ,控制电解在 2 8A m2 的电流密度和 2 0min的停留时间下运行 ,而调节生物炭滤池接触反应时间在 15 0min ,处理后的出水CODCr、BOD5及色度等指标能达到纺织染整工业废水的I级排放标准。同时 。

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。

壳聚糖-生物炭复合材料对U(Ⅵ)的吸附性能试验研究

以壳聚糖(CTS)和生物炭(AC)为原料,采用原位沉淀法制备了壳聚糖-生物炭(CTS-AC)复合材料,研究了吸附时间、铀初始浓度、初始pH值、温度和干扰离子等因素对CTS-AC吸附U(Ⅵ)的影响,探讨了CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附动力学、等温线,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)及比表面积分析(BET)等手段进行了相关机理分析。实验结果表明,CTS-AC吸附U(Ⅵ)的最佳条件为:pH=4、CTS-AC投加量0.8~1 g/L、吸附时间240 min,在此条件下,最大吸附率可达94.85%。CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附等温线模型符合Langmuir模型,U(Ⅵ)的吸附动力学符合准二级模型;高浓度Cu^2+对CTS-AC吸附U(Ⅵ)的抑制作用明显;FT-IR、XRD和EDS结果表明,CTS的负载未改变AC的原结构,仅增大了其孔径、增加了结合位点。CTS-AC对U(Ⅵ)的吸附机制为配位作用以及离子交换。

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。

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。

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。

活化铁尾砂与镁改性生物炭配施对水稻幼苗生长及盐碱土性质的影响

为探究活化的高硅型铁尾砂与镁改性生物炭配施材料对水稻幼苗生长及盐碱土壤理化性质的影响以及改善盐碱地水稻生产力的可行性,本研究应用电子扫描显微镜对生物炭材料进行形貌结构观察,应用傅里叶变换红外光谱仪对生物炭材料进行官能团表征;开展盆栽实验,探究活化铁尾砂与生物炭材料配施对水稻幼苗的形态学和生理学的影响及对盐碱土的改善效果。结果表明,相比于其他生物炭材料,活化铁尾砂-镁改性生物炭材料孔隙较大,表面更加粗糙,对于养分的吸附能力强,表面的官能团丰富。盆栽实验中活化铁尾砂-镁改性生物炭配施组中水稻幼苗株高、根长、根冠比和干质量分别较对照组提高12.61%、191.49%、42.93%和100.00%;叶片的丙二醛和活性氧含量分别降低65.76%和46.46%;过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、叶绿素和可溶性蛋白值分别升高117.35%、44.75%、55.00%和19.31%。施用活化铁尾砂-镁改性生物炭材料后,盐碱土的电导率降低,p H、总碳、总氮、土壤有效硅、总磷和总钾含量升高。研究证明活化铁尾砂-镁改性生物炭材料性能优越,并且活化铁尾砂与镁改性生物炭配施改善了盐碱土壤理化性质和养分含量,使水稻幼苗活性氧含量降低及抗氧化酶活性提升,减缓盐碱土对水稻幼苗生长的胁迫,促进盐碱土壤中水稻幼苗生理过程,增加干物质积累,可以促进盐碱地水稻幼苗生长。

生物炭-土壤结皮覆盖垄沟种植对土壤水肥、紫花苜蓿品质和产量的影响

垄沟集雨种植是我国半干旱黄土高原丘陵区缓解干旱和控制水土流失的有效节水耕作措施,耐久环保覆盖材料缺乏是限制垄沟集雨种植技术发展的关键因素。为探寻适宜覆盖材料,本研究以生物炭-土壤结皮作为垄沟集雨种植覆盖材料,采用裂区试验设计,主区为2种生物炭类型(玉米秸秆炭和牛粪炭),副区为3种生物炭施加量[0(土垄)、3×10^(4)(单倍炭)和6×10^(4) kg·hm^(−2)(双倍炭)],研究生物炭-土壤结皮覆盖垄沟集雨种植对径流、土壤水分、养分、紫花苜蓿(Medicago sativa)营养成分和产量的影响。结果表明,与牛粪炭-土壤结皮覆盖集雨垄相比,玉米秸秆炭-土壤结皮覆盖集雨垄提高径流系数、土壤水分、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率,玉米秸秆炭-土壤结皮覆盖集雨垄的紫花苜蓿全生育期干草产量和水分利用效率分别提高3.34%和0.82 kg·(hm^(2)·mm)^(−1)。径流系数和土壤贮水量随生物炭施加量的增加而降低,土壤养分、pH、紫花苜蓿品质和相对饲喂价值随生物炭施加量的增加而升高;与土垄相比,单倍炭垄和双倍炭垄的紫花苜蓿干草产量分别增加3.96%~11.05%和3.33%~6.43%,水分利用效率分别增加0.96~1.88和0.98~1.38 kg·(hm^(2)·mm)^(−1)。综合紫花苜蓿干草产量和水分利用效率结果分析,单倍(3×10^(4) kg·hm^(−2))玉米秸秆炭-土壤结皮适宜于垄沟集雨种植模式。

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。

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。

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。

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。

缺氧-好氧-亚滤-富氧生物炭工艺处理印染废水

简要介绍了采用缺氧 好氧 亚滤 富氧生物炭工艺对上海某漂染厂印染废水处理工程进行技改的情况。处理量2 5 0 0m3 d ,进水CODCr6 0 0～ 12 0 0mg L、色度 30 0～ 6 0 0倍、pH 11～ 13。经过一年多的运行结果说明了该工艺处理效果稳定、耐冲击负荷 。

粉末炭-膜生物反应器净化低温沉后水的除污效能

针对我国北方地区某地表水体,通过与传统砂滤和单独超滤工艺对比,研究了粉末炭-膜生物反应器(PAC-MBR)工艺净化低温沉后水的除污染效能。结果表明,PAC-MBR能有效除浊,出水浊度仅为0.10±0.03 NTU;对水中耗氧量和UV_(254)的去除效果较优,但去除效能会受到反应器内粉末活性炭(PAC)吸附饱和程度的严重影响,平均去除效率为34.9%和68.4%;能在一定程度上去除水中NH_3-N,平均去除率为29.8%,但将水中NH_3-N降低至0.5 mg/L以下仍存在较大困难。

生物炭-土壤结皮对土壤水分入渗和蒸发特征的影响

为提高降水资源利用效率和选择适宜生物炭覆盖量,采用垂直一维定水头入渗法,研究土壤结皮(生物炭覆盖量为0×104 kg/hm 2)、单倍炭-土壤结皮(生物炭覆盖量为3×104 kg/hm 2)和双倍炭-土壤结皮(生物炭覆盖量为6×104 kg/hm 2)对土壤入渗和蒸发特征的影响。结果表明:生物炭-土壤结皮的累计入渗量、初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率随生物炭覆盖量增加而增加,与土壤结皮相比,单倍炭-土壤结皮的累计入渗量、初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率分别增加16.9%、30.8%、2.6%和16.9%,双倍炭-土壤结皮分别增加32.1%、59.5%、3.7%和32.1%。经过3种模型(Philip、Kostiakov和Horton)模拟精度比较,Horton入渗模型适用于生物炭-土壤结皮的土壤水分入渗特征的模拟。生物炭-土壤结皮的累计蒸发量随生物炭覆盖量增加而减少,与土壤结皮相比,单倍炭-土壤结皮和双倍炭-土壤结皮的0~60 d累计蒸发量分别减少7.4%和12.3%。生物炭-土壤结皮的研究将关注于持水力、疏水性等方面研究。

诺氟沙星吸附剂生物炭-壳聚糖复合微球的制备优化

为了提高生物炭-壳聚糖复合微球对NOR(诺氟沙星)的吸附能力,以复合微球对NOR的吸附量为指标,考察了生物炭与壳聚糖质量比、壳聚糖脱乙酰度、戊二醛用量、交联时间、交联速率及生物炭热解温度对复合微球吸附NOR的影响,并由均匀试验确定复合微球的最佳制备条件.结果表明,生物炭与壳聚糖质量比、壳聚糖脱乙酰度、戊二醛用量、交联时间、交联速率及生物炭热解温度对复合微球吸附NOR具有明显影响.制备复合微球的关键影响因素是生物炭热解温度、戊二醛用量和交联速率.吸附NOR的复合微球最佳制备条件:生物炭热解温度为300℃、生物炭与壳聚糖质量比为5∶1、壳聚糖脱乙酰度为77%、戊二醛用量为80 m L、交联速率为150 r/min、交联时间为3 h.此时,复合微球对NOR的吸附量为9.51 mg/g,且具有较高的耐酸溶性和机械强度.研究显示,复合微球能够高效吸附NOR,并且吸附后容易分离,具有修复水体污染的潜力.

土壤呼吸对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其微生物机制

土壤呼吸释放CO_2是温室气体排放的重要途径之一,减少土地利用中温室气体排放、增强土壤碳汇聚能力对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物炭具有改善土壤理化性质、增加作物产量、调节土壤微生物性质等特性。本研究采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,研究了芦苇、水稻、互花米草三种农林秸秆及其秸秆生物炭还田对土壤的改良效应,以及对土壤呼吸的影响及其微生物机制。结果表明:秸秆及其秸秆生物炭均可改善土壤肥力,促进植物生长,且生物炭改良效果略好于秸秆直接还田。但秸秆生物炭还田的土壤呼吸显著低于秸秆直接还田,其中芦苇生物炭最低。秸秆直接还田可促进土壤β-糖苷酶、脱氢酶和活性微生物量等微生物活性指标,从而促进土壤呼吸,增加土壤CO_2的释放,而生物炭还田对土壤微生物活性无显著的促进作用,反而有一定的抑制作用,这可能是由于生物炭中易降解有机物含量很低,可降解性较低的缘故。