Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

为高效利用生物质能源,以常见农林废弃物柠条为原料,在650℃、3h条件下,采用限氧热裂解法制备生物炭,通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭,进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型)和4种吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)以及p H值、添加量影响试验,探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时,使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理,并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明:柠条生物炭(NB)对P的吸附量很低,Al改性柠条生物炭(Al-NB)最佳改性比例为0.2:1,对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程;Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型,说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g,平衡时间为24h.随着添加量的增大,Al-NB对P的吸附量不断减小,去除率逐渐增加,2.5g/L为最佳添加量;最适p H为4~10,当p H=7时,达到最大;吸附P后,溶液的p H值向中性范围倾靠,有一定缓冲作用.吸附机理包括:静电吸附作用,配体交换(羟基),P与阴离子(NO3-)交换,颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.

柠条生物炭对土壤中敌草隆的吸附性能

以柠条为原料,分别在200、300、400℃和600℃进行炭化处理制备柠条生物炭,分析柠条粉末和生物炭的组分,用扫描电镜观察柠条生物炭的形貌,比表面积分析仪绘制柠条生物炭的吸附等温线,研究柠条生物炭的孔容、孔径以及比表面积等结构参数。使用土柱实验装置将柠条生物炭与土壤混合,通过淋溶试验检测柠条生物炭对土壤中的除草剂敌草隆的吸附效能。结果表明,柠条炭化的吸附等温线属于典型的Ⅰ型吸附线,随着炭化温度的升高,柠条生物炭的炭得率不断降低,在600℃进行炭化处理可以得到44.71%的柠条生物炭,其比表面积可达到187.56 m2·g^(-1),平均孔径4.83 nm,微孔体积占总孔体积的52%。土壤中添加1%的柠条生物炭就可以对土壤中的敌草隆产生显著吸附效果,添加3%的柠条生物炭可以获得最佳的经济效益。

柠条复配基质对散叶莴苣幼苗及成株生长发育的影响

以散叶莴苣为试材,在不同柠条与鸡粪混合物料C/N(20、25和30)条件下,采用双因素三水平比较方法,研究了生物炭、脱硫石膏和二者协同调控发酵熟化产品用于蔬菜育苗的应用效果,以期为柠条园艺基质工厂化生产提供参考依据。结果表明:在不同C/N条件下(Ⅰ水平-C/N为20、Ⅱ水平-C/N为25、Ⅲ水平-C/N为30),存在Ⅰ水平>Ⅲ水平>Ⅱ水平的指标数有1个、Ⅱ水平>Ⅰ水平>Ⅲ水平的指标数有1个、Ⅱ水平>Ⅲ水平>Ⅰ水平的指标数有1个,Ⅲ水平>Ⅱ水平>Ⅰ水平的指标数有4个、Ⅲ水平>Ⅰ水平>Ⅱ水平的指标数有4个;因此Ⅱ水平、Ⅲ水平(即C/N为25、30)更有利于散叶莴苣幼苗的生长;在SC、SCB、SCG、SCBG水平条件下,SC水平有3个指标数排第1,SCB水平有2个指标数排第1,在SCG水平有1个指标数排第1,在SCBG水平有5个指标数排第1,因此混合添加生物炭和脱硫石膏更有利于散叶莴苣幼苗壮苗的形成。

添加物与C/N协同调控柠条复配基质对番茄幼苗生长发育的影响

以番茄幼苗为试材,在不同柠条与鸡粪混合物料C/N比(20、25和30)条件下,采用两因素三水平比较方法,以商品基质为对照(CK),12个处理包括C/N 20(Ⅰ水平)、C/N 25(Ⅱ水平)、C/N 30(Ⅲ水平)3个条件下的4个处理SC、SCB、SCG和SCBG(SC、B、G分别表示柠条鸡粪混合物料、生物炭和脱硫石膏),研究了生物炭、脱硫石膏调控发酵熟化产品作为蔬菜育苗的应用效果,以期为柠条园艺基质化生产提供参考依据。结果表明:Ⅰ水平>Ⅱ水平>Ⅲ水平的指标数有7个、Ⅱ水平>Ⅰ水平>Ⅲ水平的指标数有6个、Ⅲ水平>Ⅰ水平>Ⅱ水平的指标数有2个(其中1个指标反向指示)、Ⅲ水平>Ⅱ水平>Ⅰ水平的指标数有1个,因此Ⅰ水平、Ⅱ水平(即C/N为20、25)更有利于番茄幼苗的生长;在SCBG水平有11个指标(株高、茎粗、生物量、壮苗指数等)排第一,SCB水平有2个指标排第一,SC水平有2个指标排第一,在SCG水平有1个指标排第一。在柠条粉基质化进程中添加质量分数各为5%的生物质炭和脱硫石膏,并调控C/N在20~25,得到的基质化原料更加有利于番茄幼苗质量的提升。

柠条生物炭结构与表征

生物质炭化过程结构变化可以通过有机元素含量和官能团加以表征。以柠条为试验对象,分析柠条生物质原料,以及分别在200、300、400、500和600°C温度下炭化处理得到的生物炭中C、H、O、N和S共5种有机元素的含量变化,研究了生物炭有机元素在热裂解过程中的变化规律;分析原料和不同温度下生物炭官能团的组成,研究了热裂解温度对生物炭结构的影响。结果表明,随着炭化温度的升高,C元素含量增加,H和O元素含量均显著下降,N和S元素含量则基本保持不变,H/C和O/C物质的量比均下降。有机官能团的变化表明,随着炭化温度的升高,生物炭逐渐由线型多糖向稠环芳烃结构转变,最终形成类似于石墨烯的结构。

生物炭对重污染土壤镉形态及油菜吸收镉的影响

为了解不同种类和用量的生物炭对土壤镉形态及油菜吸收镉的影响,通过室外盆栽试验,以湖南某冶炼区周边重镉污染土壤为供试土壤,湘油27号为供试作物,于油菜移栽前7 d分别添加w为0.1%和1%的竹炭和柠条炭,分析土壤镉形态和成熟期油菜各器官镉含量。结果表明,添加生物炭能降低土壤镉的有效性和油菜各器官中镉含量。柠条炭降低油菜吸收累积镉的效果比竹炭更明显,且随着生物炭量的增加阻控效果更明显。相比于对照组,施用生物炭后土壤中w(可交换态镉)最大可降低16.64%;油菜根部、茎秆、油荚和籽粒w(镉)最大可分别降低34.06%、39.74%、33.15%和49.81%。综合结果表明,添加w=1%柠条炭处理组处理效果最佳。

添加生物炭对鸡粪好氧堆肥过程中养分转化的研究

为研究不同柠条生物炭添加量对鸡粪堆肥过程中养分转化的影响,以鸡粪和小麦秸秆粉为堆肥原材料,并添加质量分数为0%、3%、6%、9%、12%和15%的柠条生物炭进行好氧堆肥,并在堆肥第0、3、8、19、26、33和40 d取样测定各项指标。结果表明,与对照组CK相比,添加柠条生物炭可以缩短堆肥升温期1~2 d,延长堆肥高温期的停留天数2~4 d,增加堆体的保水能力;而且有利于堆肥高温期氨气的吸附,减少氮素损失,提高堆肥质量。堆肥结束后,添加柠条生物炭可以使全氮质量分数提高5.59%~27.38%;无论是否添加生物炭,随着堆肥进行,各处理的全磷、全钾均迅速增加。在鸡粪麦秆堆肥中添加柠条生物炭可以加快堆肥进程,减少氨气的挥发损失。柠条生物炭是一种有效的堆肥添加剂,且适宜的柠条生物炭添加比例在9%~12%之间。