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.

氧化改性对污泥生物炭去除酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)的影响

采用KMnO_(4)氧化改性制备一种新型污泥生物炭(KBC)用于处理酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)。通过批量吸附试验考察了溶液初始pH、共存离子、投加量、吸附时间及污染物浓度对改性生物炭去除Cd(Ⅱ)的效能,并通过表征技术探究改性生物炭对Cd(Ⅱ)的去除机理。结果表明,KMnO_(4)氧化改性提高了KBC中含O基团的数量、比表面积及石墨化程度。批量吸附试验表明,在最佳条件:温度25℃、投加量1 g/L、吸附时间300 min及pH=5.0时,原始污泥生物炭(BC)和KBC对Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为53.27和99.22 mg/g。此外,共存离子NaCl浓度对BC和KBC对Cd(Ⅱ)的吸附几乎没有影响。经过4次重复试验后,BC和KBC对Cd(Ⅱ)的去除率分别为64.05%和90.34%。Cd(Ⅱ)与含O基团的络合、Cd—π相互作用及静电作用是BC和KBC去除水溶液中Cd(Ⅱ)的主要机理。KMnO_(4)氧化改性能够有效提高污泥生物炭对酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)的处理。

HNO_3氧化改性生物炭吸附水体中阳离子和阴离子染料的影响因素

以玉米秸秆和甘蔗屑为原料,分别在400℃和800℃制备生物炭并利用HNO_3进行氧化改性。通过分析废水实际处理过程中不同吸附条件对吸附效果的影响,研究了HNO_3氧化改性生物炭对阳离子和阴离子染料的吸附影响因素。结果表明:振荡强度、温度、pH、离子强度、共存离子是影响HNO_3氧化改性生物炭吸附阳离子和阴离子染料的主要因素,且对不同性质染料影响趋势和程度不同。温度高有利于提高HNO_3氧化改性生物炭的吸附作用;未达到吸附饱和前,提高振荡强度促进吸附作用,但达到吸附饱和后高振荡强度不利于吸附作用;高离子强度对HN4GZ吸附阳离子染料有促进作用,中、低离子强度更适合HN4YM和HN8YM对阳离子和阴离子染料的吸附处理;弱酸性条件不利于HN4YM和HN4GZ对阳离子染料的吸附,中性条件不利于HN8YM对阴离子染料的吸附;废水中常见的阳离子/阴离子的存在对两种染料的吸附均有一定负作用,但HNO_3氧化改性生物炭仍表现出令人满意的吸附效果。

CO_(2)/C_(3)H_(6)O在金属氧化物耦合吡咯氮生物炭表面的共/竞吸附机理研究

本研究采用密度泛函理论,通过比较吸附量、吸附能以及态密度和电荷差分密度的分析,探究了不同金属氧化物耦合吡咯氮生物炭(CN5@MOx,MOx=ZnO、CaO、Na2O)表面CO_(2)与C_(3)H_(6)O(CO_(2)&C_(3)H_(6)O)的吸附机理。首先从CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分方面计算了其在CN5@MOx表面吸附量和吸附能,计算结果表明,在333 K、100 kPa时CN5@Na2O表面对CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分吸附量分别为3.65、15.34 mmol/g,吸附能分别为-145.86、-132.47 kJ/mol,均高于CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分在CN5@CaO及CN5@ZnO表面吸附。得出Na2O掺杂吡咯氮生物炭对CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分吸附效果最优。进一步研究了CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@MOx表面共/竞吸附及机理。计算结果表明,CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@Na2O、CN5@CaO、CN5@ZnO表面吸附存在临界温度(分别为333、353、393 K),超过临界温度以后CO_(2)&C_(3)H_(6)O共存体系在CN5@MOx表面吸附量较CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分有所提高。CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@Na2O、 CN5@CaO、 CN5@ZnO表面吸附能分别比CO_(2)或C_(3)H_(6)O单组分吸附时至少高141.59、112.77、31.75 kJ/mol,CN5@MOx表面对CO_(2)和C_(3)H_(6)O的吸附表现为协同促进作用,且CN5@Na2O对CO_(2)&C_(3)H_(6)O共同吸附效果最佳。采用电荷差分密度和态密度分析CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@MOx表面协同吸附作用机理,得出CO_(2)的吸附作用力是通过C_(3)H_(6)O与CO_(2)的间接相互作用产生的,Na2O中Na与C_(3)H_(6)O电子云重叠,发生电荷转移,增强了两者间相互作用力,CN5@Na2O表面C_(3)H_(6)O与CN5在p轨道主要共振峰结合能较CN5@ZnO低了3.43 eV,使得C_(3)H_(6)O在CN5@Na2O表面吸附最稳定。

Fe_(3)O_(4)/MoS_(2)改性生物炭活化过硫酸盐协同单宁酸调理污泥

针对市政剩余污泥脱水难度大的问题,采用高铁酸钾活化法和水热法制备了Fe_(3)O_(4)/MoS_(2)改性生物炭(FeMo-BC),将其用于活化过硫酸盐(PMS)联合单宁酸(TA)调理污泥。以污泥比阻(SRF)和泥饼含水率(Wc)为测试指标,研究了改性生物炭结构特征及用量、pH、调理时间、PMS投加量和TA用量对市政污泥脱水的影响。结果表明,热解温度550℃,水热法中载铁生物炭(Fe-BC)与钼酸钠质量比为1∶1时制备的FeMo-BC活化PMS的效率最高。在FeMo-BC投加量为100 mg/g(以TS计)、pH为4、PMS和TA用量均为40 mg/g时,搅拌调理30 min,毛细吸水时间由29.3 s降为17 s,SRF由9.77×10^(11)m/kg下降为2.59×10^(11)m/kg,Wc由85.68%降为70.64%。通过活性自由基捕获实验以及分析污泥调理后胞外聚合物(EPS)中蛋白质和多糖含量的变化,表明FeMo-BC活化PMS生成的高氧化性SO_(4)^(-)·与^(1)O_(2)可以有效破解污泥中胞外聚合物,降低了紧密结合型EPS(TB-EPS)的含量,TA可以进一步络合沉淀EPS中的蛋白质,降低蛋白质含量;SEM分析结果显示,经过调理的污泥絮体呈明显的破碎状,有利于提高污泥脱水性能。

铁锰改性生物炭对水稻镉吸收和土壤微生物群落的影响

通过盆栽试验,研究铁锰改性生物炭(BC_(FM))对水稻Cd吸收和土壤微生物群落结构的影响.结果表明,BC_(FM)可有效降低水稻对Cd的吸收,改变土壤微生物群落结构.与对照相比,添加0.5~2g/kg BC_(FM)后土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤总Fe和总Mn无显著变化;而添加4g/kg BC_(FM)后,土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤总Fe和Mn含量分别显著(P<0.05)提高了13.6%、13.58%、5.0%和12.1%,同时土壤中有效态Cd含量显著(P<0.05)降低67.9%,且水稻茎、叶和糙米中Cd含量分别显著(P<0.05)降低74.3%、44.9%和84.9%.添加BC_(FM)后,水稻根际土壤Firmicutes、Proteobacteria等门水平物种的相对丰度提高,而Bacteroidota、Patescibacteria、Desulfobacterota和Nitrospirae等门水平物种的相对丰度降低.热图分析结果表明,BC_(FM)可提高水稻根际土壤中Bacillus、Citrifermentans、Geobacter、Desulfovibrio等参与铁锰氧化还原和硫酸盐还原细菌的相对丰度.RDA和网络分析表明,BC_(FM)可通过影响土壤总Fe、有机质含量和Cd的生物有效性来改变土壤微生物群落结构,促进土壤细菌间的正交互作用.因此,BC_(FM)可作为一种有效的、生态安全的钝化剂用于Cd污染农田土壤修复.

铁氧化物改性玉米芯生物炭对水体中砷的吸附特性研究

为探究铁氧化物改性玉米芯生物炭对水体中砷的吸附特性,修复砷污染水体,利用比表面积测试仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对铁氧化物改性玉米芯生物炭(FX)和玉米芯生物炭(X)的比表面积、表面形貌和官能团进行表征,并分析了不同溶液初始pH值、初始砷浓度和吸附时间对水体中砷去除率的影响。结果表明:经铁氧化物改性后的玉米芯生物炭的比表面积和孔体积增加,铁氧化物负载在玉米芯生物炭上,有丰富的官能团;在溶液初始pH值为3时,FX对砷的去除率为97.8%,FX对砷的去除率随pH值的升高而下降;FX对水体中砷的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,对砷的最大吸附容量为18.02 mg/g;FX对水体中砷的吸附机制主要是静电吸附和化学吸附,且FX具有良好的循环利用潜力。

磁性Fe_(3)O_(4)/Mg-藻渣生物炭复合材料活化过硫酸盐处理甲基橙染料废水的应用

目的:探究不同条件下磁性Fe_(3)O_(4)/Mg-藻渣生物炭复合材料活化过硫酸氢钾对甲基橙染料废水的处理能力。方法:通过甲基橙溶液模拟染料废水,研究不同试验条件下(初始pH、甲基橙初始浓度、复合材料投加量、过硫酸氢钾投加量)磁性Fe_(3)O_(4)/Mg-藻渣生物炭复合材料活化过硫酸氢钾处理甲基橙染料废水的效果。结果:酸性条件下甲基橙染料废水降解速率随pH增大而减小,碱性环境下随pH增大而增大;甲基橙染料废水的去除效果与甲基橙初始浓度呈反比,与过硫酸氢钾的投加量呈正比;一定条件下增加复合材料投加量能提升对甲基橙的去除效果。结论:磁性藻渣生物炭复合材料活化过硫酸氢钾氧化甲基橙染料废水具有优异的性能,可作为一种高效的去除方法应用于染料废水处理领域。

HNO_3/H_2SO_4氧化改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了HNO3/H2SO4混合酸氧化改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;采用傅立叶红外光谱仪、万能材料试验机和扫描电子显微镜分析了氧化改性前后炭纤维织物复合材料的化学结构、力学性能和磨损表面形貌.结果表明:HNO3/H2SO4混合酸氧化改性明显提高了炭纤维织物复合材料的减摩耐磨性能和承载能力,使炭纤维织物复合材料的承载能力提高了60%、磨损率降低了65.9%;炭纤维织物复合材料在高温下的摩擦磨损性能明显优于常温下的摩擦磨损性能,氧化改性后炭纤维织物复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于未改性炭纤维复合材料.其原因在于混合酸氧化改性使炭纤维表面产生了活性基团,增强了炭纤维织物与胶粘剂的粘结力,从而提高了炭纤维织物复合材料的减摩抗磨性能.

生物炭CO_(2)吸附剂的制备和改性研究进展

CO_(2)作为主要的温室气体,对全球生态系统造成了巨大影响。生物炭因其原料来源广泛、制备成本低廉等原因,被认为是一种具有成本效益的CO_(2)吸附剂,但原始生物炭的结构特性和表面化学性质较差,所以需要对其理化性质进行调整。本综述从生物炭的理化性质出发,对生物炭的制备及改性方法进行了系统的分析,并在前人研究的基础上,对生物炭吸附CO_(2)的机理进行了总结。着重分析了改性过程中生物炭孔隙结构和表面化学性质等的变化对其CO_(2)吸附性能的影响。此外,还探讨了生物炭作为CO_(2)吸附剂在大规模CO_(2)捕集中可能存在的问题,以及未来研究的主要方向,旨在为改性生物炭CO_(2)吸附剂的制备及应用提供理论依据。

添加H_(2)O_(2)改性和HNO_(3)/H_(2)SO_(4)改性生物质炭对一种酸性水稻土吸附Cd(Ⅱ)的影响

选择稻草、玉米秸秆和油菜秸秆作为制备生物质炭的原料,分别用H_(2)O_(2)和HNO_(3)/H_(2)SO_(4)对生物质炭进行改性处理,以未改性的生物质炭和HCl处理的生物质炭作为对照。按土重3%的比例向采自安徽郎溪的酸性水稻土中添加上述生物质炭,在经历一个干湿交替周期后,进行Cd(Ⅱ)吸附/解吸试验,研究添加生物质炭对水稻土吸附Cd(Ⅱ)的影响及其机制。结果表明,两种改性方法均有效增加了生物质炭表面的质子结合位点数,且HNO_(3)/H_(2)SO_(4)改性对生物质炭表面羧基官能团的扩增效果更显著。官能团的增加使得添加了HNO_(3)/H_(2)SO_(4)改性生物质炭的水稻土对Cd(Ⅱ)的专性吸附能力显著增强。因此,添加HNO_(3)/H_(2)SO_(4)改性生物质炭可作为酸性水稻土吸附固定重金属Cd的一种新型方法。

氧化石墨烯-FeCl3改性沸石联合生物预处理对氨氮的强化处理研究

以氧化石墨烯(GO)和FeCl3·6H2O为改性剂,制备GO-FeCl3改性沸石,与生物预处理技术结合,对含(2.98±0.38)mg/L氨氮的微污染水进行强化处理,探讨了GO-FeCl3改性沸石表面的挂膜性能以及GO-FeCl3改性沸石的表面特性,并对GO-FeCl3改性沸石、FeCl3改性石英砂(IOCS)和普通石英砂(RQS)3种滤料联合生物预处理的强化处理效果进行了比较分析。结果表明:(1)与RQS和IOCS比较,GO-FeCl3改性沸石表面生物量最高(17.26μg/cm^3);(2)GO-FeCl3改性沸石联合生物预处理,对氨氮的去除率最高(95.60%),出水中悬浮物粒径最小(由进水的458.70nm下降至1.49nm),生物安全性最高;(3)GO-FeCl3改性沸石比表面积最大,表面结构更加复杂且多孔,表面含有羟基、羧基等官能团,且煅烧过程形成的Fe3O4和α-FeOOH与GO结合,具有一定的可见光催化作用,因而强化处理效果最好。

氧化改性生物炭对水体中阳离子和阴离子染料的吸附

以HNO3和H2O2为改性剂,对玉米秸秆和甘蔗屑在不同温度下制备的生物炭进行改性。研究了氧化改性生物炭对水体中阳离子染料(MB)和阴离子染料(KN-R)的吸附效果。结果表明,氧化改性生物炭对染料的吸附效果与氧化剂的强度、染料性质和浓度、生物炭制备条件关系密切。HNO3氧化改性生物炭对阳离子染料和阴离子染料的吸附效果明显优于H2O2氧化改性生物炭;其中HN4YM和HN4GZ对阳离子染料各浓度均表现出极高的吸附效果;而HN8YM更适合处理中、低浓度的阴离子染料。再生实验结果一方面表明,KCl再生后的HN4YM和HN4GZ对阳离子染料仍保持极高的吸附效果;其去除效率占再生前90%,有很好的利用潜力,阳离子交换作用可能在吸附中发挥重要作用。HN8YM再生后对阴离子的吸附效果虽然只约占再生前的50%,但考虑到其制备简单且成本低廉,也可用于处理较低浓度阴离子染料,其吸附机制除与阴离子交换有关外,其他吸附机制也发挥了重要作用。

热空气氧化改性生物炭对镉的吸附特性研究

【目的】探究改性生物炭对重金属元素镉(Cd)的吸附机理,以期为治理Cd污染和改性生物炭工业化生产提供参考。【方法】以工业化生产的竹屑生物炭(BB)和烟杆生物炭(TB)为原料,在300℃的低温限氧条件下进行氧化改性30 min,冷却至室温后制成两种改性生物炭(分别记为BB300和TB300)。通过X射线衍射技术对改性前后的生物炭矿物组分进行分析,结合吸附实验对其吸附溶液中Cd^(2+)的吸附特征进行研究。【结果】BB300和TB300产率高,分别达70%和65%。4种生物炭(BB、BB300、TB和TB300)的饱和吸附量分别为7.57、15.97、120.48和166.67 mg/g, TB和TB300相较于BB和BB300,吸附性能更好,但改性效果较差。对比Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型,Langmuir吸附模型能更好的拟合四种生物炭的等温吸附过程,表明这4种生物炭表面具有有限的吸附位点,吸附机制主要是单分子层吸附。对比准一级动力学吸附模型和准二级动力学模型,4种生物炭对溶液中Cd^(2+)的吸附过程更符合准二级动力学吸附特征,物理吸附与化学吸附同时发生。对比吸附速率k;,氧化改性能提升吸附速率。改性生物炭混土材料吸附Cd^(2+)实验表明,改性生物炭对土壤Cd^(2+)的吸附特征更符合Langmuir吸附模型,改性生物炭加入土壤能提升土壤对Cd^(2+)的吸附能力,同时土壤的理化性质也影响生物炭的吸附能力,pH值较高和CEC更高的紫色土能吸附更多Cd^(2+)。生物炭添加量对土壤Cd^(2+)吸附有正向的影响。【结论】利用热空气氧化方法改性的生物炭产率较高且无化学试剂带入,具备工业化生产的前景。改性后的生物炭能够有效提升生物炭对Cd^(2+)的吸附能力,对土壤Cd污染具有较优的钝化能力,为提升生物炭钝化土壤重金属能力和规模化生产应用提供了参考。

回收栗子壳探索两种KOH活性生物炭对水中Cd的去除效果差异

本研究以栗子壳为原料,以KOH为活化剂,通过一步法和二步法热解成功合成了两种高比表面积的多孔生物炭KBC7001和KBC7002。产品表现出对水体Cd2+优异的去除能力,并进行了一系列批量吸附实验和表征实验,研究其活化机制的差异和两种改性生物炭的吸附机制。结果表明,KBC7001具有较大的比表面积(1887.04 m^(2)/g)和较丰富的孔隙结构,平均孔径为1.07 nm,孔隙大小主要分布在0.5~2 nm之间。KBC7001在308K时对Cd^(2+)的理论最大吸附量为83.86 mg/g。KBC7001和KBC7002对Cd^(2+)的吸附是一种自发的吸热反应,4 h内达到吸附平衡。KOH的一步活化促进了O元素在生物炭上的固定化,使KBC7001表面形成了更多的含氧官能团,参与了吸附过程。循环再生实验和模拟废水吸附实验表明,KBC7001具有更稳定的吸附性能。此外,KBC7001主要通过静电吸引、孔隙填充、沉淀-络合和离子交换来固定Cd^(2+)。

金属氧化物改性生物炭对镉污染土壤菠菜生长和镉积累的影响

对重金属具有良好吸附能力的金属氧化物改性生物炭材料是近年来热门的土壤修复材料,然而关于不同金属氧化物改性生物炭对土壤中Cd钝化的研究较少。本研究采用Cd污染农田土壤开展菠菜盆栽试验,研究了铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭对菠菜生长和Cd积累的影响。结果表明:在施用量均为5 g·kg^(-1)的条件下,金属氧化物改性生物炭处理可显著提高土壤pH和有机质含量。与对照相比,铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭使土壤DTPA-Cd含量分别降低了23.4%、24.8%和37.1%,生物富集系数降低了4.00%、13.3%和65.0%。此外,水滑石改性生物炭使植株干质量增加4.27倍,显著降低了Cd积累量(59.5%)。金属氧化物改性生物炭能提高土壤pH,增加土壤有机质含量,降低土壤Cd的有效性和移动性,提高土壤质量,进而促进菠菜的生长和抑制菠菜对Cd的积累。研究表明,水滑石改性生物炭在促进菠菜生长和钝化土壤Cd方面具有较大优势。

化学改性生物炭介导水中新污染物去除的研究进展

新污染物是一类浓度相对较低但毒性很高的污染物,可以在生物体内富集,并通过食物链转移到人体,对环境生态和人体健康都构成很大威胁。此外,新污染物在环境中的危害具有潜在性、隐蔽性和持久性,因此选择适当的方法对新污染物进行风险管控具有重要的现实意义。在我国推行“双碳行动”的大背景下,人们对生物炭吸附去除新污染物产生了广泛的研究兴趣。然而,需要注意的是,原始生物炭在许多应用中存在局限性,例如吸附能力弱、选择性差、化学稳定性较低等。因此,有必要对生物炭进行改性,以提高其在水污染处理中的应用。目前,生物炭改性方法中,化学改性是最为广泛应用的一种方法。本文介绍了三种常见的化学改性方法,包括酸改性、碱改性以及金属盐/氧化物改性,并阐述它们提高生物炭物理化学性能的机制。此外,还分析了化学改性生物炭介导新污染物去除的增效机制,主要涉及吸附和高级氧化过程。总结了近五年来化学改性生物炭对药品及个人护理产品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)、全氟化合物(PFCs)和微塑料(MPs)等典型新污染物去除方面的研究进展。最后,本文提出了化学改性生物炭介导新污染物去除的未来探索方向,旨在为水中新污染物的绿色高效去除提供参考。

酸洗-铁改性生物炭对水中NO3^--N的吸附特性

以椰壳生物炭(CSB)为原料,采用酸洗及铁改性法制得改性生物炭,对其进行了表征,并以单因素批量吸附对NO3^--N的吸附性能。结果表明,生物炭经酸洗和铁改性后表面形成α-FeOOH。酸洗+铁改性生物炭(PICSB)对NO3^--N吸附能力强于酸洗生物炭(PCSB)。PCSB和PICSB对水中NO3^--N吸附量随pH升高而降低。吸附NO3^--N在20 min时达到吸附平衡。PCSB对NO3^--N吸附动力学过程符合准1级动力学模型;PICSB吸附NO3^--N符合准2级动力学模型。Langmuir吸附方程可描述PICSB和PCSB对NO3^--N等温吸附过程。PCSB主要通过静电吸引吸附NO3^--N,为物理吸附;PICSB通过静电吸引和离子交换相结合方式吸附NO3^--N,物理吸附和化学吸附共存。

硫酸改性竹生物质炭对PO4^3-的吸附特性

利用比表面积、扫描电镜和傅立叶变换红外光谱了解竹生物质炭(BC)和硫酸改性竹生物质炭(HBC)结构与性质的变化;利用吸附试验研究硫酸改性的优化方法、HBC对PO4^3-的吸附特性及pH影响。结果表明:(1)硫酸质量分数为70%时改性效果最好,HBC比表面积和总孔体积分别比BC提高了51.91%和39.87%。(2)BC和HBC等温吸附过程符合Langmuir方程(R2>0.996);HBC拟合得到的最大吸附量为7.45mg/g,比BC提高了39.7%。(3)伪二级动力学方程可较好地描述BC和HBC对PO4^3-的吸附过程(R2>0.986),且平衡吸附量理论值(3.53、5.17mg/g)与实际平衡吸附量(3.54、4.96mg/g)基本吻合。(4)pH为1~13时,生物质炭对溶液中PO4^3-吸附量随pH增大而下降。

微弧氧化涂层改性对3D打印钛合金支架细胞生物学的影响

背景:微弧氧化处理可提高钛合金植入体的生物学性能。目前研究多集中于钛合金片材,有关微弧氧化改性处理后3D多孔钛合金支架对细胞生长及分化的影响鲜有报道。目的:研究微弧氧化表面改性对3D打印多孔钛合金支架表面细胞生物学性能的影响。方法:将大鼠骨髓间充质干细胞分别接种于微弧氧化处理Ti6Al4V合金三维支架(实验组)与未经微弧氧化处理Ti6Al4V合金三维支架(对照组)上,培养4,7 d,进行扫描电镜观察、细胞骨架染色分析及细胞活力分析;培养4,7,11 d,检测细胞上清液中碱性磷酸酶和骨钙素水平;培养1,4,7,11 d,MTT法检测细胞增殖。结果与结论:(1)培养4,7 d时,live/dead染色显示骨髓间充质干细胞在两组材料上生长良好;细胞骨架染色分析显示,实验组细胞骨架呈立体多角形,对照组支架表面的细胞以扁平梭形状沿支架宏观结构铺展;扫描电镜显示,实验组细胞排列较为紧密,细胞伸展状态良好,细胞间的板状伪足与丝状伪足交叉连接,以锚状结构牢固地黏附于材料表面;对照组细胞伪足间的连接较少,细胞外基质较少,平铺在材料表面生长;(2)随着培养时间的延长,两组细胞上清液中碱性磷酸酶与骨钙素水平逐渐升高;实验组培养7,11 d的碱性磷酸酶水平高于对照组(P<0.05),培养11 d的骨钙素水平高于对照组(P<0.05);(3)MTT检测显示,随着培养时间的延长,两组细胞数量逐渐增加;实验组培养7,11 d的细胞数量明显多于对照组(P<0.05);(4)结果表明,微弧氧化处理后的钛合金支架更有利于细胞的黏附、增殖与分化。