浒苔生物炭对滨海盐碱土Na^+的吸附迁移机制研究

为了解决滨海土壤盐碱度高导致的景观萧条问题,利用限氧热解技术制备浒苔生物炭及利用H3PO4改性浒苔生物炭,研究生物炭在盐碱土浸提液、非盐碱土和盐碱土中对Na+的吸附迁移机制。结果表明,生物炭对Na+的吸附符合Langmuir吸附模型和准二级动力学方程。10%H3PO4(v/v)改性的生物炭(A2)对Na+的吸附率最大,吸附容量最大为10.03 mg/g,是原始生物炭的2倍。添加5%(w/w)A2可使盐碱土的pH值由7.90~7.98降低至7.21~7.29。生物炭的添加减少了盐分随水分的上移,在植物根区形成相对的低Na+、低pH区,有利于缓解盐碱对植物的胁迫。H3PO4改性后的生物炭增加了比表面积、羧基和羟基等含氧官能团,同时,H+取代了与-COO-结合的大量金属阳离子,然后被盐碱土的碱性成分消耗,空出的位点又与Na+结合,降低了土壤盐碱度。故H3PO4改性浒苔生物炭有利于改良滨海盐碱土,提高植被的覆盖率。

浒苔生物炭促进土壤Pb固定并缓解植物Pb毒性

本文利用浒苔在不同温度下制备的生物炭(400℃和600℃,记为BC400与BC600),以30g/kg生物炭添加量对1200mg/kg的Pb污染土壤进行香根草盆栽实验,研究浒苔生物炭对土壤中Pb固定和植物中Pb毒性的影响.结果表明,浒苔生物炭与香根草能协同促进土壤中Pb固定,较生物炭组提高了16.89%和14.82%,比植物组提高17.40%和15.02%.生物炭理化性质影响Pb固定,BC400的pH值(8.97)低于BC600(10.59),但BC400固定Pb的效果优于BC600,因为羟基(—OH)、羰基(C═O)等基团较BC600丰富,且微孔结构完整.浒苔生物炭可抑制香根草对Pb的吸收,促进香根草生长,其中BC400有助于植物地上部分及根部Pb浓度降低(分别降低23.50%和22.92%),同时降低富集系数,提高香根草的生物量、叶绿素含量及根系活力,提高抗氧化酶SOD、CAT和POD活性,丙二醛含量可降低13.40%.总之,浒苔生物炭通过高pH值和微孔结构吸附Pb,并通过官能团增加与金属的结合位点固定Pb,以降低Pb的毒性,提高香根草生存能力.鉴于滨海地区浒苔生物质资源丰富,生物炭与植物联合作用可作为Pb污染土壤修复的技术措施之一.

改性浒苔生物炭吸附水溶液体系中的Cd^(2+)

本研究运用NaOH浸渍法和合成硅源方法,采用NaOH和TMT-102(一种商用重金属捕捉剂)改性浒苔生物炭,研究两种改性产物NaOH-BC和TMT-BC的Cd^(2+)吸附效果。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、Brunauer-Emmett-Teller法(BET)测定比表面积等手段进行表征,探究了吸附时间、初始Cd^(2+)浓度、吸附剂投加量、初始溶液pH值、吸附温度、共存离子等因素对改性生物炭的Cd^(2+)吸附影响。结果显示未改性的生物炭表面光滑,NaOH-BC表面未见有明显的腐蚀痕迹,TMT-BC表面呈密集雪花状,且吸附后的两种改性生物炭比表面积相对于吸附前减小;改性和吸附处理后,生物炭的衍射峰位置发生了变化;改性浒苔生物炭的吸附属于均匀的单层化学吸附;在吸附300min,初始Cd^(2+)浓度为15mg·L^(-1),初始溶液pH值为6、吸附剂用量为0.8g·L^(-1)的条件下,上述两种改性生物炭对Cd^(2+)的最大吸附量分别为1.21和7.23mg·g-1。TMT-102负载改性法可有效提高浒苔生物炭吸附Cd^(2+)效果。

条浒苔与玉米秸秆热解特性及所制生物炭性质对比

为探讨沿海绿潮藻类浒苔的资源化利用潜力,应用热重- 差示扫描量热技术（T G -D S C ）对条浒苔（Enteromorpha compressa）和玉米（ Zea m ays）結秆的热解特性及其在不同温度下制成的生物炭的性质进行对比.结果表明,条浒苔与玉米秸秆热解特性有较大差异,条浒苔热稳定性较差,热解反应温度低,制备相同热解温度的生物炭需热量较少.对2 种材料所制备生物炭的性质分析表明,条浒苔基生物炭的w （ 碳）为33. 47%-37. 8 6 % ,仅为玉米秸秆基生物炭含量的49. 07%-65. 4 1 % ,其芳香化合程度、比表面积均低于相同热解温度下玉米秸秆基生物炭;但条浒苔基生物炭灰分和氮含量却远高于玉米秸秆基生物炭,分别是玉米秸秆基生物炭的3. 83-4.53 和6. 39-30. 33 倍.

Fe-Mn/浒苔生物炭复合材料对Pb^(2+)的吸附性能研究

利用浒苔作为生物质原材料,通过浸渍法和热解法将KMnO_(4)和FeSO_(4)负载到原材料浒苔,制备Fe-Mn/浒苔生物炭复合材料(Fe/Mn-BC),所制备的材料具有一定的磁性,用BET、SEM-EDS、XRD、FTIR、XPS等表征手段对Fe/Mn-BC进行表征分析,发现材料呈现出不规则的多孔结构,主要为2~20 nm的介孔,表面负载许多小颗粒的聚集体且含有丰富的含氧官能团,这些都有利于对重金属铅离子的吸附;然后采用ICP分析法分析Fe/Mn-BC对Pb^(2+)的吸附速率、最大吸附量,其中,平衡吸附率最大可达到98.8%。通过研究其吸附等温线模型、吸附动力学模型、颗粒扩散模型,分析其对Pb^(2+)的吸附机理,结果表明,其吸附过程更符合伪二阶动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,Fe-Mn/浒苔生物炭复合材料对Pb^(2+)的吸附是物理吸附和化学吸附的共同作用。

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m^2·g^(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400>BC700>BC600>BC500>BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g^(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.

浒苔生物炭对水中萘的吸附作用

近年浒苔的爆发式生长给中国一些沿海城市海滨环境和景观造成很大影响,而妥善处置清理后的浒苔至关重要。本研究将浒苔在不同温度下碳化制备成生物炭,用于吸附处理水中的萘。结果发现,浒苔生物质及150℃碳化的浒苔生物炭对萘的吸附以弱的分配作用为主,吸附等温曲线为线性;250、350℃碳化后,吸附能力显著增强,表面吸附和分配作用均有贡献;随着碳化温度进一步升高,吸附能力明显减弱,500℃碳化后吸附作用仅由表面吸附贡献;而700℃碳化时,浒苔中的碳质几乎被完全氧化分解,仅残留部分矿物组分,对萘几乎没有吸附能力。

浒苔生物炭对雨水径流中氨氮的吸附特性及吸附机制

为探究生物滞留池填料(浒苔生物炭)处理雨水径流氨氮(NH+4-N)的去除效果及机制,进行室内批量吸附实验,在对浒苔生物炭进行碱改性(1、2和3 mol·L^(-1)NaOH改性,分别标记为BC1、BC2和BC3)基础上,开展改性前后浒苔生物炭对NH+4-N吸附性能研究.结果表明:①适宜浓度的碱改性提高了浒苔生物炭的比表面积和表面微观结构,增加了O元素含量,丰富了表面官能团,其中BC2改性效果最好.②浒苔生物炭对NH+4-N的吸附在pH值9.0和生物炭投加量0.5 g·L^(-1)时,吸附量最大,BC1和BC2的吸附量比BC分别提高6.4%和10.8%,BC3则降低13.7%,BC2吸附效果最好,饱和吸附量达16.76 mg·g^(-1).③浒苔生物炭对NH+4-N的吸附机制为单分子层的化学吸附,吸附过程受到生物炭的高pH值、孔隙的静电吸引以及表面羟基(—OH)、羧基(—COOH)和碳氧单键(C—O)等官能团的络合氧化等的促进作用.综上所述,适量的NaOH来改性浒苔生物炭能够提高对NH+4-N的吸附效果,可作生物滞留池的填料来去除NH+4-N污染.

浒苔生物炭与木醋液复配改良碱化土壤效果及提高油葵产量

为探究浒苔生物炭与木醋液复配改良碱化土壤效果及提高作物产量,以龟裂碱土为例,通过田间试验研究不同生物炭施加量(0、1%、2%和4%)与不同木醋液稀释倍数(0、2%)复配对土壤pH、碱化度、全盐、容重、速效磷、有机质、盐分离子、油葵生长和产量的影响,不施加生物炭和木醋液视为对照(CK).结果表明,2%浒苔生物炭+2%木醋液(V2BC2)改良龟裂碱土的综合效果最佳;在最佳处理条件下:①浒苔生物炭与木醋液复配能改善土壤理化性质,具体表现为作物生长期内土壤平均pH、碱化度和全盐含量显著降低,较CK分别降低12.14%、40.63%和42.75%,土壤容重显著减小,较CK减小20.78%;②浒苔生物炭与木醋液复配能显著降低土壤Na^(+)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)含量,较CK分别降低47.17%、45.32%和33.33%,提高土壤K^(+)和Ca^(2+)含量,其他离子含量的差异不显著;③浒苔生物炭与木醋液复配显著提高土壤养分含量及有效性,增强土壤酶活性,与CK相比,速效磷提高2.88倍,有机质提高58.76%,土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性分别提高0.92、1.02和2.29倍;④油葵产量在V2BC2处理时最高,为3546.7 kg·hm^(-2),较CK增产2325.3 kg·hm^(-2).因此,浒苔生物炭与木醋液复配能进一步提高盐碱土改良效果及作物产量.

浒苔生物炭对滨海盐碱土壤改良的效果及途径

利用生物炭改善逆境土壤越来越受到人们关注,浒苔生物炭用于滨海盐碱土修复,不但可资源化利用浒苔,还可提高滨海土地储备规模.本文采用批量土壤培养的方法,探索0%~3%添加量的浒苔生物炭对盐碱土壤改良的效果和途径.结果表明,适用于盐碱土壤改良的浒苔生物炭最佳制备温度为400℃,最适添加量为1.5%;最适添加量下,浒苔生物炭虽提高土壤盐度(0.12%)和pH值(1.49%),产生负效应,但同时降低土壤Na^+/K^+55.73%,增加矿物质元素1倍以上,提高水分传导性能等正效应;浒苔生物炭改善土壤理化及生物性质,提高营养物质含量、增强微生物活性和改善土壤营养可利用性,产生正效应,表现为降低土壤容重11.35%,提高有机质42.64%,提高总碳与总磷中有机碳与有效磷占比3.84倍和4.15倍,分别提升土壤蔗糖酶、脲酶及过氧化氢酶活性2.39、1.18和1.50倍.因此,浒苔生物炭对盐碱土的正效应多于负效应,可用于滨海盐碱土改良.本研究为浒苔的资源化利用及滨海盐碱区生态环境改善提供新的路径.