改性玉米芯生物炭与钢渣微粉组合吸附磷的研究

探究镁改性玉米芯生物炭和钢渣微粉以及两者组合对含磷模拟废水的吸附效果。结果表明,5 g玉米芯粉末在10 mL的1.5 mol/L浓度MgCl_(2)改性条件下,在热解温度为450℃的马弗炉中烧制的生物炭对磷吸附效果最佳。钢渣微粉与镁改性玉米芯生物炭组合的添加量由14 g/L钢渣微粉和4 g/L镁改性玉米芯生物炭混合组成。钢渣微粉与镁改性玉米芯生物炭组合对磷的吸附效果均好于两者单独存在时,去除率高达98%,并在60 min时吸附达到平衡,组合投加吸附平衡时间均短于两种材料分别单独存在时。组合投加吸附过程满足准二级吸附动力学模型,且符合Langmuir等温吸附方程,最大理论吸附量为0.12 mg/g。

玉米芯基生物炭的制备及对磺胺二甲基嘧啶的吸附研究

本文以农业废弃物玉米芯为前驱体,以KOH为活化剂制备了玉米芯基生物炭(Biochar,BC),并用此吸附水中的磺胺二甲基嘧啶(Sulfamethazine,SMT)。实验表明,玉米芯和KOH的质量比为1:3、活化温度为700℃时制备的生物炭吸附SMT的效果最佳。当投加量为0.08 g/L,初始浓度为50 mg/L,pH值为5.0时,SMT的吸附率为81.4%,吸附容量高达544.6 mg/g。Langmuir吸附模型和二级动力学模型更适合描述BC对SMT的吸附过程,表明吸附过程为基于单分子层的化学吸附。本研究阐明了利用废弃玉米芯制备吸附剂的潜力,体现了“以废治废”的理念,为磺胺类抗生素废水的处理提供了新的思路。

玉米秸秆生物炭对灰钙土热物理性质的影响

为了研究玉米秸秆生物炭的施加对灰钙土热物理性质的影响,将质量比为0、1%、3%和5%的生物炭分别添加到干燥好备用的100 g灰钙土中,分析不同施加量的玉米秸秆生物炭对灰钙土理化性质、热物理性质的影响。结果表明:玉米秸秆生物炭能够有效提高灰钙土的pH、有机质含量、孔隙率、持水性能及阳离子交换量,降低土壤容重,从而使灰钙土肥力增强;生物炭施加量越高,灰钙土的理化性质改善效果越佳。玉米秸秆生物炭能够影响土壤热物理性质,土壤的热容量、导热率、热扩散率随生物炭施加量的增加整体呈下降趋势。灰钙土热物理性质与土壤含水量密切相关,在所有拟合中,仅BC500的热扩散率与含水量拟合效应不显著(R^(2)<0.95),其他参数与土壤含水量拟合效应均显著(R^(2)≥0.95)。灰钙土的热容量、导热率、热扩散率与生物炭施加量呈显著或极显著负相关,与土壤容重呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关。

玉米秸秆生物碳/硅复合纳米材料的制备及锂电池负极的性能研究

选用农业废弃物玉米秸秆,通过高压釜水热法、退火热处理和机械球磨法等技术将其制备成生物碳/硅复合纳米材料,对制得材料进行结构和形貌表征,并探究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:生物碳纳米材料显示出层状结构,经高温退火后硅颗粒紧密、均匀地结合于生物碳表面及其结构边缘;这种碳源的生物碳材料中天然存在的氮原子产生的晶体缺陷可增强碳材料的导电性和反应活性,从而提高生物碳/硅复合纳米材料的电化学性能。由于更高的比表面积以及循环过程中形成的固态电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)膜消耗的可逆容量更少,因而CSi1(碳硅质量比为3:1)相对于CSi2(碳硅质量比为5:1)循环容量表现更佳,展现出更好的循环稳定性和良好的倍率性能。

响应面法优化玉米秸秆生物炭的改性工艺

玉米秸秆通过热解可得到具有较丰富孔隙结构和较高比表面积的生物炭。然而原始生物炭存在吸附性能较差和矿质养分含量低等缺点。以MgCl_(2)·6H_(2)O为活化剂、磷酸盐的吸附量为指标,通过单因素试验和响应面试验对热解温度(A)、保温时间(B)和活化剂浓度(C)等热解改性条件进行优化,制备性能优良的改性生物炭。结果表明,各因素的影响显著性顺序为C>A>B,其中AB及AC交互作用显著。在热解温度为505℃、保温时间为96 min以及活化剂浓度为1.2 mol/L的条件下制备得到对磷酸盐吸附量(25.425 mg/g)最好的改性生物炭。

基于玉米芯生物炭的磁性固相萃取-气相色谱-质谱法测定环境水中13种三嗪类除草剂的含量

以玉米芯为母体,通过化学沉淀法制备磁性玉米芯生物炭材料,并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱仪表征。取环境水样5.0 mL,加入150 mg磁性玉米芯生物炭材料,涡旋4 min,在试管底部外壁放置磁铁,吸附磁性玉米芯生物炭材料,将上层清液全部弃去。加入1.0 mL水,涡旋1 min,弃去溶液。加入1.0 mL乙酸乙酯(洗脱剂),涡旋4 min,收集乙酸乙酯洗脱液,按照气相色谱-质谱法测定。结果显示,合成的磁性玉米芯生物炭材料具有丰富的孔隙结构,近似球形的Fe3O4颗粒均匀分布在玉米芯生物炭的表面,对三嗪类除草剂的吸附过程符合朗缪尔等温吸附模型,其吸附机理为单层吸附,最大理论吸附容量为0.604 mg·g^(-1)。13种三嗪类除草剂的质量浓度分别在0.05~10.00 mg·L^(-1)(脱乙基莠去津、莠去通、莠去津、敌草净、嗪草酮、西草净、莠灭净、扑草净、特丁净、异丙净和氰草津)和0.02~10.00 mg·L^(-1)(特丁通和环嗪酮)内和峰面积呈线性关系,检出限(3S/N)为0.01~0.02 mg·L^(-1);按照标准加入法进行回收试验,回收率为87.1%~110%,测定值的相对标准偏差(n=6)为1.8%~5.6%(日内精密度试验结果)和2.9%~7.9%(日间精密度试验结果)。方法用于疑似投毒环境水样的分析,检出了扑草净,检出量为5.3 g·L^(-1)。

微波和紫外改性生物炭对化肥的吸附性能的影响研究

本文以玉米秸秆为原料,高温热解制备生物炭,采用微波加热和紫外辐照两种方式对生物炭进行改性,研究其对化肥的吸附性能。结果表明,玉米秸秆生物炭经过两种方式改性后的吸附性能均有提升,最大吸附量分别由21 mg/g提升至27.5 mg/g和29.8 mg/g,其中紫外改性对提高生物炭的吸附性能效果更加显著。该生物炭吸附化肥的过程存在两种吸附过程,其中主要为化学吸附。

生物炭对不同磷肥用量条件下糜子生长发育的影响

为研究生物炭对不同磷肥用量条件下糜子生长发育的影响,本试验采用大田小区试验,设置四个磷肥用量0 kg/hm^(2)、50 kg/hm^(2)、100 kg/hm^(2)、150 kg/hm^(2)(P0、P50、P100、P150),每个磷肥用量下设对照(CK)和生物炭(BC,15 t/hm^(2))添加处理,共8个处理。结果表明:(1)糜子的株高、茎粗、叶片形态指标随着磷肥施用量的增加先升高后降低;与对照相比,P100+BC(P 2O 5,100 kg/hm^(2),BC,15 t/hm^(2))处理下的糜子株高、茎粗以及叶片的表面积、叶长、叶宽最佳,说明施加生物炭处理可以显著提高糜子的地上生长指标。(2)糜子的根系指标数据随着磷肥施用量的增加先上升后降低;与对照处理相比,施加生物炭可以显著提高糜子的根系表面积、根长、根体积以及根平均直径,其中P100+BC处理糜子根系生长的最好,根表面积、根长、根体积以及根平均直径分别为218.87±14.31 cm 2、853.59±32.12 mm、5.34±0.65 cm 3、0.99±0.14 m,与对照相比分别提高了19.94%、26.90%、26.84%和32.03%。(3)与对照处理相比,添加生物炭可以显著提高糜子的生物量和产量,P100+BC处理的糜子生物量和产量最高,产量最高为2911.76±56.33 kg/hm^(2),比P100+CK增产23.01%。综上所述,在磷肥用量100 kg/hm^(2)条件下,生物炭的添加对糜子生长发育的影响最显著。

不同龄期生物炭混凝土力学性能试验研究

将生物炭用于混凝土材料可改善其力学性能,实现固碳的同时丰富了生物质材料固废利用的途径。为研究不同龄期下椰壳、玉米秸秆、稻壳3种生物炭混凝土的工作性能与力学性能,将它以不同质量百分比替代水泥制备生物炭混凝土,对生物碳混凝土的塌落度、基本力学性能展开试验研究。采用SEM和XRD观察生物炭混凝土微观结构与水化产物。结果表明微观结构上生物炭促进了混凝土中水化硅酸钙的生成,水化产物间搭接密实,填充内部孔隙,增加密实程度,进而提升混凝土的宏观力学性能;生物炭可使混凝土7、14 d早期强度显著提升,早期抗压强度最高可提升19.7%,劈裂抗拉强度最高可提升21.7%,抗折强度最高可提升17.3%。

铜改性生物炭的制备及催化过硫酸盐去除水体中四环素的研究

通过水热法制备铜改性玉米秸秆生物炭(CBC),并将其作为催化剂活化过硫酸钾(PS)去除水体中四环素(TC)。研究结果表明,CBC+PS体系对于TC具有高效且稳定的去除效果。在溶液pH=7,PS投加量3 mmol/L,CBC投加量0.5 g/L条件下,CBC+PS体系在反应10 min内对20 mg/L TC的去除率达到84.46%,2 h后去除率达到96.75%。机理研究表明,CBC表面负载的Cu以及表面羟基、羧基等基团能够促进电子的转移,进而加速SO_(4)^(·-)和·OH等活性氧物种的生成。在经过5次循环实验后,体系对TC的去除率仍能保持在85.62%,说明CBC具有良好的稳定性并能够重复利用。该研究提供了一种高效且稳定的去除TC的体系,同时也为玉米秸秆的回收再利用提供了一条新的途径。

玉米秸秆炭基肥制备及应用现状

我国玉米种植面积大,玉米秸秆作为制备生物质炭的原料,储备非常丰富。生物质炭基肥制备技术是玉米秸秆的利用技术之一,在绿色农业发展中具有巨大的应用潜力。明确了生物质炭基肥的研究背景,阐述了玉米秸秆炭基肥生产制备工艺研究现状,讨论了生物质炭基肥在土壤改良、治理重金属污染土壤、作物增产提质,农户增产增收和提高肥料利用率等方面对农作物及土地的增益性,展望了炭基肥的应用前景。

玉米秸秆皮生物炭制备及其对亚甲基蓝吸附性能研究

以玉米秸秆皮为原料,在自制固定床反应器中快速热解制备生物炭。利用现代测试技术对生物炭进行表征,探究炭化温度(500、550、600、650、700℃)及炭化时间(10、20、30 min)对生物炭产率与物理性质(孔隙结构、官能团和表观形貌)的影响,并通过批量试验探讨生物炭对亚甲基蓝的吸附特性。结果表明,随着炭化温度的升高和炭化时间的延长,生物炭产率下降。当炭化温度为600℃、炭化时间为30 min时,秸秆皮生物炭比表面积和孔容均最大,分别为146.89 m^(2)/g和0.098 m3/g。生物炭对亚甲基蓝的吸附容量和吸附率均随着炭化温度的升高呈先增大后减小趋势,当炭化温度为600℃、炭化时间为30 min时,生物炭对亚甲基蓝吸附容量与吸附率均达到最大,分别为32.57 mg/g和61.07%。生物炭对亚甲基蓝的吸附在180 min内到平衡,准二级动力学模型能更好地描述亚甲基蓝的动力学吸附行为,根据拟合结果,最大吸附量可达37.888 mg/g。这表明直接热解玉米秸秆皮获得的生物炭用于处理印染废水具有很大的潜力。

制炭温度对玉米和小麦生物质炭理化性质的影响

通过缓慢高温裂解方式生产不同温度的小麦和玉米生物质炭,并对其性质进行分析。结果显示,生物质炭性质受裂解温度和生物质种类的影响而表现出差异。当裂解温度从300℃升高到500℃时,小麦生物质炭产率从44.3%降低到38.4%,其生物质炭碳含量从617.9 g/kg升高到674.0 g/kg;玉米生物质炭产率从42.8%(300℃)降低到29.7%(500℃),其生物质炭碳含量从574.8 g/kg(300℃)升高到651.1 g/kg(500℃)。生物质炭pH、灰分含量、全磷含量等也随制炭温度升高而升高,小麦生物质炭pH从7.59(300℃)上升到10.51(500℃),灰分含量从186.1 g/kg(300℃)升高到268.2 g/kg(500℃),全磷含量从0.70 g/kg(300℃)升高到1.10 g/kg(500℃);玉米生物质炭pH从9.35(300℃)升高到10.12(500℃),全磷含量从2.34 g/kg(300℃)升高到4.37 g/kg(500℃)。说明制炭温度和生物质种类对生物质炭理化性质具有决定性作用。

生物炭与氮肥减量调控对土壤养分和肥力的影响

【目的】在生物炭与减氮调控措施下,对土壤理化性质进行研究,明确生物炭与氮肥减量调控对土壤理化性质的影响。【方法】试验采用随裂区试验设计,氮肥是主区,设置生物炭与氮肥不同量级配施,品种是副区,为氮高效和氮低效品种,分别为郑单958(ZD)和先玉508(XY),测定土壤有机质含量、全氮、速效磷、速效钾、电导率、阳离子交换量等指标。【结果】生物炭结合减氮调控措施下,可显著提高土壤全氮、速效磷、速效钾、电导率、有效提升土壤质量指数,对阳离子交换量效果不显著。C1与C3两个主处理利于土壤全氮含量的积累,氮高效品种根际土壤全氮含量更丰富,C1ZD958、C3ZD958的全氮含量分别显著高于相应处理的氮低效品种4.90%、8.15%;C2主处理的ZD958的速效磷含量显著高于氮低效品种NH101125.30%,C1主处理的ZD958的速效磷含量显著高于氮低效品种NH10125.23%;C2处理促进土壤速效钾含量积累的效果更显著,C2主处理的ZD958的速效钾含量又显著高于氮低效品种NH10127.59%;施用生物炭后各处理电导率均显著提高,C2处理提高最显著,且氮高效品种根际土壤电导率较氮低效品种具有一定优势。C2ZD958、C1ZD958处理的根际土壤电导率均较高,C2ZD958显著高于C1ZD9586.87%;生物炭与氮肥减量调控对提高土壤阳离子交换量效果不显著。【结论】生物炭与氮肥减量调控措施能够有效提升土壤质量。C2、C1的土壤质量指数最高,分别为0.746、0.643。短期采取生物炭与氮肥减量调控措施,对土壤质量提升有显著效果,以生物炭3000 kg/hm^(2)与纯N 300、255 kg/hm^(2)配施效果最显著。

不同碳化温度下玉米秸秆生物炭的结构性质及其对氮磷的吸附特性

以玉米秸秆为生物质材料,分别在250,350,450℃碳化温度下制备3种玉米秸秆生物炭(分别命名为B250,B350,B450),利用红外光谱和扫描电镜对其结构和表面形貌进行表征,并通过实验室模拟考察其对氮磷的吸附性能.结果表明:随着碳化温度的升高,玉米秸秆生物炭表面的微孔形变程度加剧,粗糙程度增大,芳构程度提高,稳定性增强;B250玉米秸秆生物炭稳定性相对较弱,在吸附过程中存在较强的磷释放作用,对磷呈现显著负吸附;B350和B450对磷的吸附动力学过程均可用Lagergren准二级动力学模型描述;3种玉米秸秆生物炭对磷的吸附热力学过程均可用Langmuir方程描述,对磷的饱和吸附量为B450>B350>B250;玉米秸秆生物炭对氮的吸附动力学过程符合Lagergren准二级动力学模型,吸附热力学过程符合Langmuir方程,对氮的吸附速率为B450>B350>B250,饱和吸附量为B450>B350>B250.

生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响

采用田间盆栽试验,研究了生物炭(biochar)对玉米(Gramineae)苗期生长(60 d)及土壤化学性质的影响。结果表明,在玉米苗期的前33 d,生物炭(48 t.hm-2)对玉米株高的生长有显著抑制作用,但随着玉米的生长发育,生物炭的抑制作用逐渐消失。收获时(播种后60 d),生物炭对玉米植株干质量,N、P养分的吸收量没有显著影响;生物炭(12、48 t.hm-2)能显著提高土壤全N、有机碳质量分数,但对土壤全P、有效P、pH值没有显著影响。土壤全N、有机碳质量分数与生物炭用量(0、2.4、12、48 t.hm-2)为显著正相关(n=12,p<0.01)。

生物炭对盐碱土氮淋溶的影响

生物炭对某些高度风化的热带土壤和温带酸性土壤有改善土壤结构,减少营养元素淋失的作用,但关于温带干旱区的盐碱土的改良效果却很少报道。以新疆绿洲盐碱土为对象,研究玉米秸秆生物炭对氮淋溶的影响。采用室内土柱淋滤试验,土柱包含炭土比(W/W)0%、1%、5%和10%四个处理,模拟大气降雨,定期收集淋滤液,分析其中的氮素指标。结果显示,5%和10%添加比例分别减少了土壤氨态氮的淋失量31.14%和52.43%,1%的添加比例增加了铵态氮淋失。对比空白,10%处理的铵态氮、硝态氮和总氮减少淋失量分别达到52.43%、50.01%和33.83%,1%和5%处理土柱的硝态氮和总氮在试验10 d内(降雨量140 mm)就基本淋失完,而10%处理土柱则显得较为平缓,几乎到25 d(降雨量290 mm)时才基本淋失完。四个土柱的铵态氮的淋失都较为平缓。另外,生物炭可以减少土柱的溶液淋失量(20.95%),增加土壤持水能力。上述结果表明,生物炭施用于干旱区盐碱土能明显减少硝态氮和总氮淋失并延长其在土壤中的停留时间,增强土壤的持续供氮能力。

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明:对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能大小顺序为:玉米秸秆>生物炭300℃>生物炭450℃>生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能大小顺序为:生物炭300℃>玉米秸秆>生物炭450℃>生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr(Ⅵ)的最大吸附量约为141.24 mg·g^(-1)。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附。

玉米秸秆生物炭对镉污染土壤中小白菜生长的影响

本研究以小白菜为试验材料,采用模拟镉污染土壤的盆栽试验,研究玉米秸秆生物炭(施用量为10 g/kg、20 g/kg、30 g/kg)对镉污染土壤中小白菜生长的影响。结果表明:与常规土壤相比,镉污染土壤中小白菜的生长受到抑制,自然伸展高度、叶片开展度和单株鲜质量均下降。在镉污染土壤中,随着小白菜的生长,土壤中镉含量降低,小白菜可食用部位镉含量增加,施用适量的玉米秸秆生物炭可有效降低土壤中镉含量,缓解镉对小白菜的胁迫,使叶绿素含量、可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量有所增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性下降。综合各项指标,发现施用20 g/kg玉米秸秆生物炭对镉污染土壤胁迫的缓解效果最佳。

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3^--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3^--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3^--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3^--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g^(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3^--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g^(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3^--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3^--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3^--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3^--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3^--N的吸附能力表现为玉米秸秆>稻壳>松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆<稻壳<松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3^--N的吸附过程符合Langmuir方程。