低温热解磷酸改性花生壳生物炭的制备及对水中Cr(Ⅵ)的去除

以花生壳为原料,利用H_(3)PO_(4)为活化剂,低温热解制备了改性生物炭,并对其去除水中Cr(Ⅵ)的效果及机理进行了探究。研究了溶液p H、生物炭投加量、反应时间及初始质量浓度对去除效果的影响,借助SEM、BET、 XPS、 FTIR表征了其结构和组成,并探讨了去除机理。结果表明,低温热解与高温热解制备的改性生物炭对Cr(Ⅵ)的去除效果无显著性差异,且低温热解节能环保。低温热解磷酸改性生物炭(PBC350)去除Cr(Ⅵ)的最适条件为Cr(Ⅵ)的初始质量浓度为100 mg/L, 50 mL溶液中投加量为0.10 g, pH=2,反应时间8 h,在最适条件下,Cr(Ⅵ)的去除率达到99.0%,约为未改性生物炭(BC350)的1.5倍。表征结果表明,PBC350表面形成了致密的、蜂窝状的孔隙结构,比表面积为17.75 m^(2)/g,比BC350的比表面积提升了近20倍,同时,XPS和FTIR结果显示,PBC350成功掺杂了磷元素,引入大量含磷(P-O)官能团,能提供电子参与Cr(Ⅵ)还原,提高了Cr(Ⅵ)的去除率。本研究为低温热解磷酸改性生物炭在废水重金属治理中的应用提供了理论基础。

硝酸改性显著提高花生壳生物炭对Cd^(2+)的去除能力

本研究采用热分解的方法制备花生壳生物炭,并用乙醇、硝酸和高锰酸钾溶液对其进行改性。分别研究不同方法改性后生物炭吸附Cd^(2+)的性能对初始浓度、吸附时间和pH的响应特征并通过吸附热力学和动力学探索吸附机理。结果表明,改性后的花生壳生物炭对Cd^(2+)的吸附量和去除率明显提高。在花生壳投加量一定的情况下,综合分析得知硝酸改性后对Cd2+吸附效果最佳,吸附量为48.47 mg/g,去除率为96.94%。最佳条件为:Cd^(2+)初始浓度200 mg/L,pH为7,吸附时间120 min。

改性花生壳生物炭对四环素的吸附性能研究

以农林废弃物花生壳为原料,分别经氢氧化钾、磷酸改性后,采用高温热解法制备了改性花生壳生物炭KBC、PBC,通过SEM、XRD、BET、FTIR等对其结构进行了表征,考察了改性花生壳生物炭投加量、pH值、吸附时间等因素对四环素吸附效果的影响,并通过吸附动力学、等温吸附模型及吸附热力学探究了吸附机理。结果表明,相较于未改性花生壳生物炭,KBC、PBC的表面维管束结构破碎程度更大,比表面积、总孔容大幅增加,但其晶能结构并未发生明显变化;在25℃、pH值为2、KBC投加量为0.06 g、吸附时间为180 min、四环素浓度为50 mg·L^(-1)的条件下,四环素去除率达到99.88%;吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,属于多层吸附,吸附过程受多种吸附机制的影响。

生物炭负载微生物处理含镉废水的效能与机理

以花生壳生物炭为载体,通过包埋法将耐镉(Cd)细菌固定在生物炭上,制备固定化生物炭小球(IBP)用于吸附水中的Cd^(2+),结合表征分析探究其对Cd^(2+)的吸附性能和机理。研究结果表明,在Cd^(2+)初始质量浓度为100 mg/L,IBP投加质量浓度为3 g/L,初始pH为6,温度为30℃,吸附时间为7 h条件下,IBP对Cd^(2+)吸附率为96.0%。微生物灭活和未灭活的对比实验表明未灭活的IBP对Cd^(2+)的吸附效果更佳。吸附等温线和吸附动力学拟合结果表明,IBP对Cd^(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程与Langmuir吸附等温线,吸附机理以化学吸附为主。SEM-EDS、FTIR、XPS等表征手段证实了Cd^(2+)与羟基、羧基等含氧官能团发生络合反应,与碳酸根、磷酸根形成沉淀,与H+发生离子交换反应而被去除。

KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理

以花生壳为原料、KOH为改性剂,考察碱改性工艺流程中的参数(热解温度、碱炭比和碱处理方式)对改性生物炭吸附盐酸四环素(TCH)的影响。通过吸附实验,以原状生物炭(BC600)为对照,探讨改性工艺参数的变化对吸附性能的影响。对生物炭进行扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、比表面积与孔径分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、pHPZC等表征,探究生物炭对TCH的吸附机理。结果表明:碳化温度600℃、碱炭比2∶1、使用碱后处理-熔融法制备的改性生物炭(Post-MBC)对TCH去除能力最强。在25℃、pH=4的环境下,0.1 g的Post-MBC对40 mL 0.06 mg·mL^(-1)的TCH去除率可达99.07%,Post-MBC对TCH的理论最大吸附量可达240.94mg·g^(-1)(45℃)。Post-MBC的比表面积和微孔体积可达863.56 m^(2)·g^(-1)和0.26 cm^(3)·g^(-1),KOH改性使生物炭的亲水性降低、表面带有负电荷,提高了对疏水性污染物和带正电荷污染物的吸附能力。生物炭的动力学模型更符合McKay方程,三种等温吸附模型的相关系数均较高。改性后的生物炭对TCH的吸附以化学吸附为主导,吸附过程吸热且自发进行。吸附机理包括孔隙填充作用、π-π相互作用、氢键作用、静电相互作用和疏水相互作用。

花生壳-磷矿粉共热解生物质炭的制备及吸附实验

将花生壳生物炭与磷矿粉采用不同质量比进行共热解制备得到共热解生物炭,通过批量实验探究了溶液pH、生物炭投加量、初始重金属离子浓度、吸附时间对共热解生物炭吸附Pb^(2+)的影响,利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型以及准一级和准二级吸附动力学模型拟合分析。结果表明,共热解生物炭吸附Pb^(2+)的适宜pH为5。生物炭投加量为2 g/L,吸附时间为120 min条件下,Pb^(2+)达到吸附平衡后,质量比为1∶1时吸附量最大,吸附量为62.44 mg/g,且吸附过程符合Freundlich等温吸附模型和准二级吸附动力学模型。综上所述,所制备的花生壳-磷矿粉共热解生物炭对Pb^(2+)的吸附能力明显优于花生壳生物炭,具有广阔的研究前景。

Fe_(3)O_(4)-GO-PSC磁性复合材料对水体重金属Pb^(2+)的吸附研究

致力于探究绿色环保的水体重金属污染处理方法,本文以生物废弃材料花生壳作为原料,添加了具有丰富官能团和较大表面积的氧化石墨烯,利用共沉淀法制备出了一种新型的Fe_(3)O_(4)-GO-PSC磁性复合材料。采用X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜及比表面分析仪等辅助分析技术,对Fe_(3)O_(4)-GO-PSC的结构进行了表征。探究了不同条件下复合材料对Pb^(2+)的吸附效果并初探了其吸附机理。实验发现:当pH=5,反应时间为30 min、温度为40℃以及Pb^(2+)浓度为40 mg/L时去除效果最佳,吸附率达到97.56%。水体共存离子的种类和浓度均会对Pb^(2+)的吸附造成不同程度的影响。吸附动力学与准二级动力学方程拟合一致,吸附热力学与Langmuir吸附模型一致,最大吸附量为140.25 mg/g。该研究所开发的Fe_(3)O_(4)-GO-PSC吸附剂对Pb^(2+)的去除能力明显优于商业AC吸附剂。表现出高效移除水环境中Pb^(2+)且能磁回收的性能,研究结果为水体重金属污染的治理以及农林废弃物资源的再利用提供了新思路。

花生壳在水处理中的应用研究进展

我国是花生种植大国,作为重要的油料作物,花生在加工过程中会产生大量花生壳,为实现废弃物资源化利用目标,将花生壳应用于水处理领域可达到以废治废的目的。本文从花生壳改性处理、花生壳独立制备生物炭、花生壳混合制备生物炭和花生壳粉末直接利用4个方面总结了花生壳在水处理中的应用,并对其前景进行了展望。

花生壳生物炭的制备、表征及其吸附性能

选择花生壳作为原材料,采用限氧升温炭化法在200、450、700℃温度下制备生物炭,在对其元素组成和表面性质进行分析的基础上,重点考察生物炭对邻苯二甲酸酯的吸附性能。结果表明,花生壳生物炭的元素含量由高到低为C>O>H>N,热解温度的升高使碳元素含量显著增高,芳香性增强且极性减弱;花生壳生物炭的比表面积、总孔面积、微孔面积和微孔孔容均随热解温度的升高而增加,平均孔隙宽度随之减小;花生壳生物炭含有丰富的表面官能团,热解温度升高使羟基数量大幅减少,烃基逐渐消失,芳香化程度增强;花生壳生物炭对DEP、DBP的吸附符合Freundlich方程,吸附能力随热解温度的升高而增强,高温生物炭的吸附过程呈现明显的非线性特征。

热解温度对花生壳生物炭产率及部分理化特性的影响

为了研究花生壳生物炭的特征,评价其农业与环境领域应用价值与潜力,该研究分别在300,500,700℃下制备花生壳生物炭,测定其基础理化性质,以期了解花生壳生物炭特征及其随热解温度的变化规律。将花生壳原料放入马弗炉中,达到目标温度后低氧炭化2 h,然后对处理后样品进行理化性质的检测。结果表明,随着热解温度的升高,生物炭产率逐渐下降,土壤阳离子交换量(CEC)含量降低;大量矿质元素随着热解温度的升高含量增加,在500~700℃过程中,增幅较大;微量矿质元素中,B元素无明显变化规律,其他元素均随着热解温度的升高而增加;随热解温度的升高,花生壳生物炭表面的碱性官能团数量增加,酸性官能团的数量降低,花生壳生物炭的pH值由酸性变成强碱性,花生壳生物炭芳香化程度升高,稳定性增强;花生壳生物炭的孔隙度在高温(700℃)条件下比较发达,微孔和中孔均在较高温度下比较丰富,且微孔比重高于中孔。

花生壳与花生壳生物炭对镉离子吸附性能研究

将花生壳（PS）改性制备成花生壳生物炭（PSB），研究了吸附时间（10～5760 min）、吸附剂用量（0.1～5 g）、镉离子溶液初始 pH值（1～8）和浓度（10～800 mg·L-1）等因素对 Cd2＋去除效率的影响；利用场发射扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）与模型拟合分析，探讨了 PS 和 PSB 的吸附性能与机理。实验结果表明，PS 和 PSB 是优良的生物质基吸附材料；pH 为5.0、Cd2＋溶液浓度为10 mg· L-1、吸附剂添加量为4 mg·mL-1时，PS 的去除效率为93.33豫，PSB 的去除效率为99.51豫；吸附容量分别可达26.88 mg·g-1、28.99 mg·g-1；Freundlich 与 Langmuir 吸附模型均能较好地描述 PS 和 PSB 对 Cd2＋的等温吸附过程，以 Freundlich 模型略优。SEM 电镜扫描和 FTIR 图谱分析表明 PS 和 PSB 对镉的吸附主要为多分子层的表层络合吸附：SEM 分析表明 PS 和 PSB 在吸附 Cd2＋以后表面具有大量的颗粒附着物；FTIR 分析表明 PS 与 PSB 吸附镉的主要机理为络合反应，PS 参与络合反应的主要官能团为-CHO、-C=O、-OH和-P=O，PSB 参与络合反应的主要官能团为-C=C-、-C以C-、-C以N 和-OH 等官能团。

花生壳炭对污泥堆肥营养元素和重金属动态变化的影响

为探索城市污泥无害化利用,于60℃恒温条件下利用花生壳炭和城市污泥、秸秆进行好氧高温堆肥试验。试验设置4个处理,即:CK(不添加花生壳炭)、3个花生壳炭不同添加量处理,分别为CK堆体干基质量的10%(H1)、20%(H2)、30%(H3),监测了堆肥过程中pH值、电导率(EC)、全氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、全磷(TP)、速效磷(AP)、全钾(TK)、速效钾(AK)、以及重金属Cu、Zn全量及其分级形态分配率等相关数据的变化。结果表明,与初始值相比,堆肥结束后CK、H1、H2和H3堆体EC值增长率分别为113.20%、98.98%、89.62%和79.82%;pH值增长率分别为1.13%、4.63%、5.06%和6.51%。试验结束时TN含量损失率分别为18.96%、16.25%、12.51%和12.44%;NH+4-N损失率分别为89.20%、87.11%、84.11%和82.43%;NO-3-N损失率分别为45.51%、44.10%、30.01%和19.08%;TP增长率分别为19.72%、42.03%、62.26%和89.99%,AP损失率分别为11.04%、10.69%、9.67%和1.76%。由于花生壳炭中富含大量钾素,堆肥结束后,TK增长率分别为63.59%、81.21%、91.14%和94.05%,AK含量增长率分别为23.21%、11.58%、2.11%和3.21%。30%花生壳炭添加的堆体,Cu的生物可利用态减少比例最大值为9.72%,但对Zn只能降低其活化程度,且只有H3可降低2.03%的生物可利用态锌。说明花生壳炭具有降低堆肥EC值和提高pH值的作用,其凭借自身多孔的特点能够改善堆肥环境,促进堆体养分的吸附固持。同时,花生壳炭的碱性和大量的羧基、羟基等官能团,对降低生物可利用态重金属具有积极作用。

花生壳生物炭对水中重金属Cr^(6+)、Cu^(2+)的吸附研究

生物碳因其来源广泛、低廉及良好的表面理化性能,作为吸附材料在处理水中有机及重金属污染方面具有较大的潜力。研究利用花生壳制得生物炭,用于处理含^(6+)和Cu^(2+)的模拟废水。探讨了接触时间、p H值、生物炭投加量及温度等对吸附效果的影响。结果表明,生物碳吸附^(6+)和Cu^(2+)时间在120 min达到平衡。在酸性条件下(p H=2~5),生物炭投加量为4g/L,温度为30℃时生物炭对^(6+)的吸附效果较好;在偏碱性条件下(p H≥5),生物炭投加量为10 g/L,温度为40℃时生物炭对Cu^(2+)有较好的吸附效果。通过Langmuir和Frenudlich吸附等温方程拟合,表明生物炭对^(6+)和Cu^(2+)的吸附过程更符合Frendlich模型,吸附过程可以用假二级动力学模型描述,说明吸附主要是表面化学吸附。

废白土-花生壳生物炭吸附剂的制备及对Pb(Ⅱ)的吸附

以炼油厂废白土(SBE)、花生壳为原料,采用限氧升温炭化法制备新型碱活化粘土矿物生物炭复合材料(SBE/C)。利用BET、X射线荧光光谱仪(XRF)、SEM、XRD、FTIR对SBE/C进行了表征。考察了溶液初始pH、Pb(Ⅱ)溶液浓度、吸附时间和吸附温度分别对SBE/C吸附Pb(Ⅱ)的影响。研究表明,吸附温度为25℃,Pb(Ⅱ)溶液浓度为100 mg/L,溶液初始pH为6.0,吸附时间约50 min时,SBE/C对Pb(Ⅱ)去除率为92.4%,吸附量为184 mg/g。吸附过程是吸热过程,符合Langmuir方程与准二级动力学模型。连续五次吸附-解吸循环后,SBE/C对Pb(Ⅱ)的去除率仍达到84.6%,表明SBE/C可再生并重复使用。

花生壳生物炭–黏土吸附水中的Cr(Ⅵ)

重金属铬的污染会严重威胁到土壤和水体的环境安全,而水中的六价铬化合物则具有很强的迁移性、富集性和氧化性等特性,更具有危害性且难以处理。吸附法是一种能简单、高效地处理含重金属污水的处理技术。在磁力搅拌条件下采用花生壳生物炭分别与高岭土和膨润土混合制备而成两种生物炭–黏土材料,并分别对这两种生物炭–黏土的表面特性进行表征。结果发现所选用的两种黏土均能不规则地负载在生物炭的表面。吸附实验结果显示,生物炭–高岭土(Biochar@Kaolin)吸附铬(Ⅵ)的能力显著高于生物炭–膨润土(Biochar@Bentonite)。从吸附动力学方程的分析可以看出,合成的两种生物炭负载黏土吸附水中的铬(Ⅵ)均符合伪二级动力学方程。从吸附等温线分析中可以得到,Biochar@Bentonite吸附铬(Ⅵ)的过程符合Langmuir模型,而Biochar@Kaolin吸附铬(Ⅵ)的过程符合Freundlich模型。研究结果显示,采用生物炭–黏土的复合材料修复环境中的重金属污染具有广阔的应用前景。

2,4-二硝基苯酚在生物炭中的吸附热力学和动力学研究

利用花生壳制成生物炭(BC)材料,探讨其对2,4-二硝基苯酚(2,4-DNP)吸附热力学和动力学.试验结果表明:吸附符合Langmuir吸附等温线方程,ΔH、ΔS与ΔG显示生物炭对水中2,4-DNP的吸附是自发吸热的物理过程,BC对2,4-DNP的吸附与二级动力学模型拟合度较好,吸附过程主要受快速反应控制,升高反应温度有利于BC对水2,4-DNP的吸附.

花生壳生物炭对水中Pb(Ⅱ)的吸附

以农业废弃物花生壳为原料制备生物炭,对其表面形貌及孔结构进行了表征,对其吸附水中Pb(Ⅱ)的行为进行了研究.结果表明,花生壳生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附在120 min达到平衡,吸附过程符合准二级动力学方程.Langmuir吸附模型能够很好的模拟吸附等温线,最大饱和吸附量为68.22 mg·g-1.吸附热力学结果显示,花生壳生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附主要以化学吸附为主,升高温度有利于吸附.

花生壳生物质炭的响应面法优化制备及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附

为探究生物质炭用于重金属废水处理的效果,选用花生壳为原料,ZnCl_(2)为改性剂,采用响应面优化法,得出最优生物质炭的制备条件,并探究了不同单因素对花生壳生物质炭吸附水中Cr(Ⅵ)的效果.结果表明:处理含50 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液,花生壳生物质炭的最优制备条件为ZnCl_(2)改性剂浓度4 mol/L,炭烧温度500℃,炭烧时间3 h,单因素实验最佳反应条件为pH=2,投加量=50 mg,此时吸附率为93.72%,且温度越高越有利于吸附.等温吸附实验符合Langmuir模型,表明吸附过程以单分子层吸附为主,属于吸热反应;动力学符合准二级方程,吸附过程中以化学吸附为主.

花生壳生物质炭对废水中对硝基苯酚的吸附性能研究

对硝基苯酚在各个领域中都有着重要的作用,但由于其本身属于酚类,具有较强的毒性,使用不当会造成严重的污染。本研究以花生壳为原料,采用热解法在400、500、600℃下制备花生壳生物炭,研究不同操作条件下花生壳生物炭对废水中对硝基苯酚的吸附能力。研究结果表明,在不同热解温度下的花生壳生物炭对对硝基苯酚溶液的吸附能力随热解温度的升高而增强。生物质炭吸附能力随对硝基酚的投加量增加而降低,随着花生壳生物质炭的投加量的增加而增加。600℃下所制得的生物炭对浓度为10 mg/L的对硝基苯酚溶液的吸附能力最强,且在中性环境下,去除率可以达到100%。

花生壳生物炭吸附剂的制备及性能研究

以花生壳为原料,采用限氧升温法在300℃下处理一小时制备生物炭,研究了其对阳离子染料亚甲基蓝(MB)的吸附能力,并探究其吸附机理。实验结果表明,花生壳生物炭对亚甲基蓝有很强的吸附作用,当花生壳生物炭投加量为100 mg,亚甲基蓝溶液用量为50 mL,亚甲基蓝浓度小于60 mg/L情况下,对于亚甲基蓝的去除率可达90%以上,且吸附速率较快,达到吸附平衡所需时间约为30 min,吸附符合准二级动力学方程,吸附等温曲线符合Langmuir吸附等温模型,说明此花生壳生物炭对亚甲基蓝的吸附为化学吸附控速的单分子层吸附。实验为开发低成本高效新型吸附剂提供理论依据,也为农林废弃物与染料废水的联合处理提供新思路。