一年施与两年连施生物炭对稻田土壤磷素稳定性及有效性的影响

以酸性水稻土为研究对象,通过水稻盆栽试验,分析了在不施加生物炭(CK)、只施加一年生物炭(B1)和连续两年施加生物炭(B2)处理下,不同生育期稻田土壤全磷(TP)、活性磷(P_(SOL)、P_(M3))、中稳态磷(Pi_(OH)、Po_(OH)、P_(HCl))、高稳态磷(P_(CL)、P_(OCL))含量及占比的动态变化差异,讨论了稻田土壤遗存磷指数(LGC)、磷饱和度(DPS)、磷吸附容量(SOR)对生物炭添加施用的响应特征。结果表明,与CK相比,B1处理的土壤活性磷含量在分蘖期显著降低、成熟期显著增加,中稳态磷含量在分蘖期显著增加,高稳态磷含量各时期均无显著变化。B2土壤活性磷含量在抽穗期和成熟期均显著增加,中稳态磷含量在分蘖期和成熟期显著增加,高稳态磷含量无显著变化,但占比在抽穗期与成熟期分别显著降低18.8%和27.8%。B1和B2处理LGC和DPS均显著增加,且B1处理土壤SOR在抽穗期显著增加。因此,生物炭添加显著增加了稻田土壤活性磷和中稳态磷的含量与占比,降低了植物利用率较低的高稳态磷的占比,说明生物炭施加增加了稻田土壤遗存磷和生物有效磷含量。研究结果明确了稻秆生物炭施用后稻田土壤磷的稳定性及有效性的变化特征,为稻田土壤磷素管理提供了合理化建议。

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。

磷酸活化文冠果果壳生物炭及其对亚甲基蓝的吸附性能

目的:探究文冠果相关产业废弃物处置方法。方法:以文冠果果壳为原料,磷酸为活化剂,在单因素试验基础上,采用Box-Behnken中心组合设计进行生物炭制备条件优化,并将最优制备条件下所得生物炭用于吸附水体中亚甲基蓝,通过考察吸附影响因素,确定磷酸活化制备的文冠果果壳生物炭对亚甲基蓝的吸附特性,并结合动力学分析探讨其吸附机理。结果:磷酸活化制备文冠果果壳生物炭的最优工艺条件为浸渍比(m果壳粉∶m磷酸溶液)1∶21,热解温度530℃,热解时间75 min。文冠果果壳生物炭吸附水体中亚甲基蓝最优条件为溶液初始pH 12.6,生物炭投加量1.0 g/L,亚甲基蓝初始质量浓度200 mg/L,吸附平衡时间120 min。文冠果果壳生物炭对水体中的亚甲基蓝吸附服从准二级反应动力学关系,吸附过程由液膜扩散控制、孔隙扩散控制和吸附解析平衡3个阶段组成。结论:磷酸活化可显著提升文冠果果壳生物炭比表面积和孔容,进而显著提升其对亚甲基蓝的吸附性能。

河道底泥和植物制备生物炭吸附磷的影响研究

为探究富营养化水体联合修复技术,协同解决河道底泥污染、植物垃圾和水体中磷过量的问题,采用河道底泥和植物垃圾共热解制备改性生物炭吸附水体中的磷,研究生物炭原料配比、热解时间和温度、改性剂及其配比等制备条件对生物炭吸附磷的影响,探究溶液pH和共存离子等条件对Fe改性生物炭吸附磷的影响。结果表明:Fe改性生物炭20:10:3-ZNBC450-3Fe对低质量浓度磷(1 mg/L)吸附量为2.76 mg/g,去除率为68.96%。中性条件下Fe改性生物炭吸附磷的效果较好,Na^(+)、K^(+)和Cl^(−)对生物炭吸附磷有明显的促进作用,Al^(3+)、CO_(3)^(2−)和SO_(4)^(2−)却有明显的抑制作用。Fe改性生物炭吸附磷符合准二级动力学和Freundlich吸附等温线模型。SEM-EDS检测证明了Fe改性生物炭吸附磷的有效性。河道底泥和植物垃圾共热解制备生物炭吸附水体磷,是一种联合物理、化学和生物手段全面修复景观水生态系统的技术,具有良好的应用前景。

磷酸改性生物炭对土壤中Pb^(2+)和Cd^(2+)钝化特性

为探究改性生物炭对于土壤重金属的钝化作用,用磷酸对600℃热解的小麦秸秆生物炭进行改性,通过培土钝化实验探究改性生物炭添加量对土壤pH、重金属赋存形态及弱酸可提取态的影响。研究表明,随着投放时间的增加,土壤逐渐呈现碱性。改性生物炭能够促进重金属离子由有效态向稳定态转化,且钝化效果与改性生物炭的添加量呈正相关。土壤中单一污染Pb^(2+)及Cd^(2+)的弱酸可提取态均随投放时间及生物炭添加量的增大而降低,其中前20 d的降低幅度最大。

磷酸活化核桃壳炭制备及吸附罗丹明B的研究

以核桃壳为原料,采用H_(3)PO_(4)活化法制备了核桃壳炭(WSBC)用于去除水溶液中的罗丹明B(RhB),应用FTIR、XRD、SEM和BET等技术对WSBC进行物相表征,利用UV–vis跟踪吸附过程,分析了H_(3)PO_(4)浓度、焙烧温度、吸附温度、投加量、溶液pH、RhB初始浓度对WSBC吸附性能的影响。结果表明:物相表征方面,制备的WSBC具有良好的孔隙结构,其表面具有丰富的官能团,吸附RhB前后,晶相无明显改变。吸附活性方面,采用0.5 mol/L的H_(3)PO_(4)溶液活化,600℃焙烧2 h制备的WSBC,在20℃,初始RhB浓度10 mg/L,投加量0.2 g,吸附时间60 min,RhB的吸附率为90%。WSBC吸附RhB过程符合准二级动力学方程,RhB在WSBC上的吸附遵循Langmuir吸附模型,最大理论吸附量为12.61 mg/g。

棉花秸秆生物炭对风沙土中磷溶出的影响

为探究不同温度生物炭对风沙土中磷溶出的影响,分别制备了不同炭化温度(300、500、700℃)的棉花秸秆生物炭,关注了它们中不同磷组分含量(0.25 mol·L^(-1)硫酸提取的H2SO4-P,0.1 mol·L^(-1)氢氧化钠提取的NaOH-P,0.5 mol·L^(-1)碳酸氢钠提取的NaHCO3-P和蒸馏水提取的H2O-P),开展了生物炭磷的动力学溶出和对风沙土中磷连续溶出影响的系列试验。结果表明:H2SO4-P含量最多,且700℃生物炭中磷含量最高(3.27 mg·g-1)。炭化温度越高,生物炭中磷的动力学溶出越高,30 d溶出量最大,700℃生物炭溶出磷的能力最强,溶出浓度为3.968 mg·g-1。700℃棉花秸秆生物炭60 d累积磷溶出量最高,而生物炭添加到风沙土中后,300℃的棉花秸秆生物炭对风沙土磷溶出提升效果最好,超出单独土壤磷溶出0.111 mg,这可能与生物炭对磷酸根吸附有关,700℃生物炭的吸附效果最好,最高可达1.818 mg·g-1。风沙土中施加棉花秸秆生物炭能提高风沙土中磷的溶出量,且生物炭能持续为土壤提供磷养分,为生物炭利用改善风沙土磷养分提供参考。

氧氟沙星和诺氟沙星在磷酸改性生物炭上的等温吸附行为

本研究考察了不同制备温度下(200℃、350℃、500℃、650℃),磷酸改性前后生物炭的理化性质,及其对氧氟沙星(OFL)和诺氟沙星(NOR)的等温吸附行为.采用N2物理吸附、扫描电镜、热重及元素分析等表征,对离子型抗生素在磷酸改性的生物炭上的等温吸附行为进行了研究.结果表明,随着制备温度的增加,改性生物炭的总孔体积不断增大,孔隙结构广泛形成,比表面积急剧增加.磷酸改性有助于提高生物炭的产率以及保留生物炭的极性官能团.OFL和NOR在改性生物炭上的吸附显著高于原始生物炭,且350℃下制备的改性生物炭具有最大吸附量,其吸附机制归因于吸附剂的大比表面积和孔隙填充作用.由于孔隙的利用率降低和炭的疏水性增强,OFL和NOR在更高温度改性生物炭上的吸附量逐渐降低.因此,在处理以上两种污染物时,350℃可作为磷酸改性生物炭的最佳裂解温度,且有利于减少能耗,节约资源.

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。

磷酸活化法制备棉秆基活性炭实验优化及其孔隙结构表征

本文首先将棉花秸秆热解制得生物炭,而后以磷酸为活化剂对所制备的生物炭进行活化得到棉秆基活性炭,采用正交实验方法研究了活化剂与生物炭比例、浸渍时间、活化温度和活化时间对棉秆基活性炭的持水能力的影响,采用极差分析方法对实验条件进行优化,并对所制备的样品进行了比表面积、SEM等性能测定。结果表明:最优化实验方案为磷酸与生物炭质量比为2∶1,浸渍时间12 h,活化温度450℃,活化时间30 min,该条件下所制备的棉秆基活性炭持水能力为5.11 g/g,平均孔径为3.58 nm,最可几孔径为1.81 nm。

磷酸改性生物炭负载硫化锰去除废水中重金属镉

采用磷酸作为活化剂对黍糠生物炭进行改性,得到富含活性官能团的功能性生物炭(fCBC),并将其作为硫化锰(MnS)的载体,最终成功制备出硫化锰负载的磷酸改性生物炭(MnS-fCBC),可用于水体中镉(Cd)的高效去除.系统评价了初始浓度、初始pH值以及Mn S-f CBC投加量对于吸附反应的影响.MnS-f CBC表现出优越的吸附Cd的能力,在初始Cd浓度为200mg/L、p H=6和投加量1g/L的条件下,MnS-f CBC对于Cd的吸附容量最大,达145.15mg/g.吸附反应受pH值影响显著,在偏酸性条件下能取得较好的去除效果.通过X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱仪(Raman)对Mn S-f CBC进行结构表征分析,结合批次试验探讨了Cd的去除机理.结果表明,表面络合和化学沉淀是Cd去除的主要机理.材料的回用性能试验显示,在5次循环使用后,材料依然有较高的Cd去除能力,表明其具有较高的可重用性.因此,MnS-f CBC可作为一种高效的Cd吸附剂,应用于含Cd废水处理.

磷酸活化茶渣生物炭对铅的吸附性能影响和吸附机理研究

为综合利用工业茶渣,并探明磷酸浓度对生物炭表面特性及铅吸附性能的影响,本文以工业茶渣制备的生物炭为研究对象,通过SEM、FTIR、XPS、XRD等表征手段和吸附动力学、吸附热力学模型拟合等吸附实验研究了不同磷酸浓度下生物炭的表面特性和铅吸附性能。研究表明,当磷酸浓度为50%时生物炭羧基和偏磷酸基团含量最高,不溶性晶体分解最完全,对Pb(II)有最佳吸附性能,最大吸附容量达到188.68 mg·g^(-1),且经盐酸解吸后可多次循环使用。其吸附机理主要为表面络合和沉淀。研究结果表明,浓度50%的磷酸对生物炭具有最佳的活化效果,磷酸活化茶渣生物炭对铅具有优异的吸附性能。

响应面法优化磷酸改性秸秆生物炭的制备

以秸秆为原料,磷酸为活化剂制备改性生物炭,利用基于Box-Behnken中心组合的响应面法对生物炭制备条件进行优化。根据响应面分析,热解温度、保留时间和磷酸质量分数对生物炭的吸附性能有显著影响,浸渍比影响不显著;保留时间与浸渍比、磷酸质量分数与浸渍比的交互作用对生物炭吸附能力也有显著影响。根据响应面法获得生物炭制备的最优条件为:热解温度884.32℃、保留时间82.61 min、磷酸质量浓度40.74%、浸渍比1.74,此时生物炭最大碘吸附预测值为1099 mg/g,与验证实验实测结果(1063 mg/g)仅相差3.28%,表明响应面回归模型预测结果可靠。响应面法优化后制得的生物炭具有更高比表面积与总孔容,因此具有更高的吸附性能。

磷酸活化柑桔皮生物炭对双酚A的吸附研究

利用农业废弃物制备生物质炭作为吸附材料可用于水体中污染物的处理.本文制备了柑桔皮原生生物质炭和磷酸改性生物质炭,通过对比其对双酚A的吸附性能和Zeta电位、FTIR、BET、XRD等表征结果,研究了磷酸浸渍浓度和热解温度对生物质炭材料的影响.结果表明:经磷酸活化后,生物质炭吸附能力增加,350℃热解温度下制备的生物质炭对双酚A的饱和吸附量可达244.61 mg·g^(-1);磷酸活化后生物质炭的表面负电性减小使其稳定性减小,同时表面共轭烯结构和羟基增强,表面微孔更多,这些可能是磷酸活化生物质炭具有更高吸附活性的原因,并对其吸附双酚A的过程进行了热力学和动力学研究.

制备方法对胡麻不同部位生物质炭材料吸附活性的影响

生物质炭是指原料在部分缺氧或绝氧的条件通过特殊方法处理后产生的高度芳香化、高碳和高稳定性的固体产物。同一植物不同部位制备的生物质炭的性能往往具有较大差异,本论文以胡麻为研究对象,以KOH、H_(3)PO_(4)为活化剂,对胡麻不同部位(杆、皮、根)进行活化,采用水热炭化法、活化法、炭化-活化法制备生物质炭材料,将产物用于吸附溶液中的罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB),进一步评价其吸附活性。利用XRD、SEM、TG-DSC、N_(2)-BET、UV-Vis等对产物的性能进行分析,探究炭化温度、活化温度以及活化剂种类对生物质炭性能的影响。比较不同条件下制备生物质炭材料的微观形貌、比表面积、孔径以及产率。以胡麻杆为原材料,磷酸为活化剂,炭化温度200℃,活化温度820℃时,制备的生物质炭孔径分布均匀、数量较多、断面呈管状,且其表面积最高,可达1247.63 m^(2)/g。该产物对RhB和MB都表现出了良好的吸附能力,在接近1 h时,10 mg/L的RhB溶液就已经全部褪色,吸附率高达100%。

磷酸活化柠檬酸改性花生壳生物炭对莠灭净的快速吸附及机理研究

本文以花生壳粉末为原料进行磷酸活化,经高温炭烧制得磷酸活化花生壳生物炭,再经柠檬酸改性后,制得羧基功能化生物炭。对改性生物炭进行了表征并详细探究了其对莠灭净的吸附行为和作用机制。结果表明,改性花生壳生物炭疏松多孔,5 min内可达到吸附平衡;吸附动力学分析表明,吸附过程与伪二级动力学模型拟合度最高,说明以化学吸附为主;等温吸附实验数据与Freundlich模型拟合度更高,说明吸附过程以多层吸附为主,同时也存在单分子层吸附;热力学结果则表明改性生物炭对莠灭净的吸附过程是自发(ΔG<0)、吸热(ΔH>0)且无序(ΔS>0)的过程。本研究制备的改性生物炭具有良好的吸附性能。

磁性含磷油茶壳生物炭对水中磺胺甲噁唑的吸附特性

以废弃油茶壳为原料,采用磷酸活化和铁盐共沉积进行改性制备得到磁性含磷生物炭(MPBC).通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积和孔径分析(BET)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对材料进行表征分析,MPBC孔隙多、比表面积高(1139.28 m^(2)·g^(-1))、表面官能团丰富,且能够在外加磁场的作用下快速实现固液分离.探究了其对水体中磺胺甲噁唑(SMX)的吸附行为和影响因素,该吸附剂在酸性和中性环境中对SMX表现出优异的吸附性能,而碱性条件和CO_(3)^(2-)的存在对吸附具有明显的抑制作用.其吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,其吸附速率快,最大吸附容量可达356.49 mg·g^(-1).吸附机制主要是SMX分子和MPBC的焦磷酸盐表面官能团(C—O—P键)发生的化学吸附作用,此外还包括氢键作用、π—π电子供体-受体(π—π EDA)作用和孔隙填充效应.MPBC吸附剂的开发为废弃油茶壳的资源化利用和磺胺甲噁唑废水处理提供一条有效途径.

Tailoring biochar by PHP towards the oxygenated functional groups(OFGs)-rich surface to improve adsorption performance

In this work,a modification method of H_(3)PO_(4)plus H_(2)O_(2)(PHP)was introduced to targetedly form abundant oxygenated functional groups(OFGs)on biochar,and methylene blue(MB)was employed as a model pollutant for adsorption to reflect the modification performance.Results indicated that parent biochars,especially derived from lower temperatures,substantially underwent oxidative modification by PHP,and OFGs were targetedly produced.Correspondingly,approximately 21.5-fold MB adsorption capacity was achieved by PHP-modified biochar comparing with its parent biochar.To evaluate the compatibility of PHP-modification,coefficient of variation(CV)based on MB adsorption capacity by the biochar from various precursors was calculated,in which the CV of PHP-modified biochars was 0.0038 comparing to0.64 of the corresponding parent biochars.These results suggested that the PHP method displayed the excellent feedstock compatibility on biochar modification.The maximum MB adsorption capacity was454.1 mg/g when the H_(3)PO_(4)and H_(2)O_(2)fraction in PHP were 65.2%and 7.0%;the modification was further intensified by promoting temperature and duration.Besides,average 94.5%H_(3)PO_(4)was recovered after 10-batch modification,implying 1.0 kg H_(3)PO_(4)(85%)in PHP can maximally modify 2.37 kg biochar.Overall,this work offered a novel method to tailor biochar towards OFGs-rich surface for efficient adsorption.

磷酸改性水生植物生物炭吸附微囊藻毒素-LR及其影响因素

将水生植物制成生物炭是水生植物资源化利用的新方式,本研究将两种水生植物苦草和狐尾藻在不同温度下热解制备生物炭并用磷酸进行改性,探究了生物炭对水中微囊藻毒素(以MC-LR为例)去除的影响,并研究了其对MC-LR的吸附动力学及影响因素.同时,采用扫描电镜、元素分析、比表面及孔径分析、FTIR和XPS对生物炭进行表征.结果表明,生物炭表面含有丰富的含氧官能团,更高热解温度制备的生物炭具有更丰富的孔隙,对MC-LR的去除率也更高.生物炭对MC-LR的吸附符合准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型.离子强度对生物炭吸附的影响较小,而较高的pH、较大分子量的DOM会抑制吸附.磷酸改性能提高生物炭的吸附性能,并且减弱pH和DOM对生物炭吸附效果的影响.综上,利用水生植物制备的改性生物炭可用于吸附MC-LR,为控制水体中的微囊藻毒素污染提供了新的思路和理论依据.