磷酸改性的柚子皮生物炭对铅污染土壤的修复研究

在较低温度下以废弃柚子皮为原料,通过一步法制备了一种磷酸改性的柚子皮生物炭(PFPPB),并对其进行表征,用于原位固定修复铅污染的土壤.结果表明,PFPPB的加入可以明显改善土壤理化性质.毒性特性浸出程序(TCLP)测试结果表明,经过PFPPB钝化修复后的土壤中TCLP-提取铅的含量明显降低,加入8%的PFPPB时对铅的修复效率可以达到51.89%.植物毒性实验结果表明,加入PFPPB可以提高铅污染土壤中小麦种子发芽率,促进小麦苗的生长,降低小麦苗体内铅含量.

柚子皮多孔生物炭的制备及其对水中Cu(Ⅱ)的吸附性能研究

本文以农林废弃物柚子皮作为原料,将其高温碳化后活化制备得到多孔生物炭材料。利用扫描电子显微镜、X-射线粉末衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、比表面积分析仪对得到的柚子皮多孔生物炭的形貌与结构进行表征,并将其应用于含Cu(Ⅱ)废水的吸附研究。结果表明:活化后的柚子皮多孔生物炭具有明显的多孔结构,其在45℃下对pH值为6、浓度为20 mg·L^(-1)的Cu(Ⅱ)离子溶液的吸附率最高可达91.26%;柚子皮多孔生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附过程符合拟二级动力学模型(相关系数R^(2)=0.979)和Langmuir模型(相关系数R^(2)=0.978)。上述结果表明,柚子皮多孔生物炭可作为一种新型污染废水治理材料使用。

Box-Behnken设计优化制备高比表面积柚皮基生物炭及其亚甲基蓝吸附机理

以柚子皮为非传统前驱体,采用ZnCl2一步炭化-活化法制备柚皮基生物炭(PPBC).通过Box-Behnken设计(BBD)研究了活化温度(x_(1))、浸渍比(x_(2))、活化时间(x_(3))三个关键制备变量对PPBC亚甲基蓝吸附值的影响.结果表明,影响亚甲基蓝吸附值的单因素显著性为x_(3)>x_(1)>x_(2),交互项显著性为x_(1)x_(3)>x_(2)x_(3)(x_(1)x_(2)项影响不显著).在活化温度924℃、浸渍比4、活化时间133min的最佳制备条件下,模型预测的亚甲基蓝最大吸附值为216.80mg/g,实验值为215.69mg/g(超过国家木质净水用活性炭一级品标准135mg/g),两者吻合程度较好,说明构建的响应面模型可以很好地优化PPBC制备工艺.此外,利用BET、SEM、FTIR等分析了最佳条件下制备PPBC的理化性质并探究了其对亚甲基蓝的吸附机理.PPBC表面含有丰富且不均匀的纳米级孔隙,比表面积高达1222.40m^(2)/g,其对亚甲基蓝的吸附主要通过孔隙填充、静电作用、π-π堆积相互作用及氢键的协同作用.PPBC具有作为生物质吸附剂处理亚甲基蓝染料废水的潜力.

铁负载柚子皮生物炭催化过硫酸盐降解高浓度染料废水

由于染料废水排放量大及毒性作用使得环境本身无法对其进行有效的自我净化。其组分复杂、有机结构稳定,常规方法难以实现有效处理。因此,本文以柚子皮为原料制备柚子皮生物炭(MC),原位浸渍的方法负载硫酸亚铁催化剂,用于催化过硫酸盐降解亚甲基蓝(MB)废水,降解率最高可达99.7%。

柚皮生物炭对土壤中磷吸附能力的影响

以农业废弃物柚子皮为原料,在300和600°C下制备得到2种柚皮生物炭(BC300和BC600)。运用元素分析仪、扫描电镜和比表面积仪对生物炭的理化性质进行表征,同时从吸附动力学以及吸附热力学角度探讨生物炭对土壤磷的吸附能力。结果表明,随制备温度升高,柚皮生物炭芳香性增强,极性减弱。土壤对磷的吸附量随生物炭施加量增加而降低,且添加BC300的土壤对磷的吸附量高于添加BC600的土壤。准二级动力学方程和Freundlich等温方程可较好描述添加生物炭土壤对磷的吸附动力学和吸附等温行为。热力学计算结果表明,添加生物炭土壤对磷的吸附是吸热和熵增加的自发过程。柚皮生物炭可减少土壤对磷的固定,提高土壤磷的有效性,对于改良土壤具有一定的潜力。

磁性生物炭材料在含油废水处理中的应用研究

以天然废弃物柚子皮为原料,采用共沉淀法制备出磁性生物炭材料,考察了其处理模拟含油废水的性能,同时利用SEM、FT-IR和XRD等对其结构进行了表征。结果表明,所制备的磁性生物炭材料为柚子皮生物炭与Fe3O4的复合物,在这种复合物中Fe_(3)O_(4)得到均匀分布。该磁性材料为三维网状多孔结构,具有较大的比表面积与较好的磁性,易于分离和再生,有较好的除油性能与重复利用性能。在室温、反应时间为30 min、含油废水质量浓度为260 mg/L、磁性生物炭材料质量浓度为3g/L时,材料的除油率可达83.9%,材料对废水中油的去除是生物炭和Fe_(3)O_(4)协同作用的结果。

柚子皮生物炭的制备及对水体中锰离子的吸附

以柚子皮为原料经硫化钠活化后炭化处理制备了生物质炭吸附剂,并将之应用于含锰废水的吸附。考察了溶液p H值、底液质量浓度、生物炭投加量等因素对柚子皮生物炭吸附能力的影响,并研究了柚子皮吸附剂对锰离子废水的吸附平衡和动力学特征。结果表明:柚子皮吸附剂对含锰废水具备较强吸附能力,在溶液p H值为6,底液质量浓度为50 mg/L,吸附剂投加量为2 g/L的条件下,对锰离子的去除率为93.5%;吸附平衡实验表明该等温吸附过程符合Langmuir方程,饱和吸附量为24.691 mg/g;吸附动力学研究表明,该吸附过程符合二级动力学方程,吸附速率常数为0.028 6 g/(mg·min)。

磁改性柚子皮与杏仁壳生物炭的理化性质研究

分别以柚皮和杏壳为原料经磁改性热解制备生物炭,考察磁改性处理在不同温度下(300～600℃)对材料理化特性的影响。结果表明:磁改性生物炭中铁主要以Fe3O4的形式存在,少量与铝、镁等形成复杂矿质氧化物。磁改性处理生物炭灰分与挥发分增加,而固定碳和热值均明显降低,且这种增加/降低的效应随温度升高而加剧。比表面积和总孔容均增大,而平均孔径减小。磁改性处理对2种原料生物炭的pH值影响不同:磁改性杏壳生物炭的pH值整体较原生生物炭降低;而在400～600℃温度范围,磁改性柚皮生物炭的pH值明显升高。FTIR分析表明磁改性杏壳400与600℃热解炭含氧基团(酚羟基伸缩振动)特征峰明显增强,这也解释了其较原生生物炭灰分增加而pH值却降低的现象。

柚子皮生物炭质用于河水中苯系物的固相微萃取

苯、甲苯、乙苯和二甲苯(邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯)组成的苯系物(BTEX)是炼油厂和石化厂等工业园区普遍制造和排放的碳氢化合物,具有一定的毒性和致癌作用,对生态环境和人类健康造成极大威胁。研究以低成本、绿色且富含木质素和含氧官能团的柚子皮作为植物原料,在有限氧条件下采用程序升温热解法制备了柚子皮生物炭质吸附剂,通过N吸附-脱附等温线和孔径分布图对不同热解温度下制备的柚子皮生物炭质吸附剂的孔隙结构进行了考察。结果表明:在1 000℃热解温度下制得的柚子皮生物炭质具有更高的比表面积(749.9 m^(2)/g)、更大的孔体积(0.42 cm^(3)/g)、更集中的孔径分布(2~3 nm)。将吸附剂通过溶胶-凝胶法(sol-gel)涂覆在铁丝上制成固相微萃取纤维,与气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)相结合,对影响萃取和分离BTEX的条件进行优化,建立了用于BTEX检测的高灵敏度分析方法。方法具有检出限低(0.004~0.032μg/L)、线性范围宽(1~100μg/L)、线性关系好、萃取效率高(约为商品化涂层聚二甲基硅氧烷(7μm)的2.9~18.3倍)等优势。此外,应用该方法已成功在河水样本中检测出了乙基苯(4.80μg/L),邻二甲苯(3.00μg/L)和对二甲苯、间二甲苯(2.46μg/L)。最后将该方法应用于河水样本的加标试验中,得到了满意的回收率(75.7%~117.6%)。实验结果表明所建立的分析方法可实现对环境水样(河水)中BTEX的低成本、高灵敏度检测。

改性柚子皮生物炭吸附亚甲基蓝性能研究

采用硝酸-高锰酸钾活化法对制备的柚子皮生物炭进行改性处理,并将其作为吸附剂探究了其对亚甲基蓝的吸附性能。通过静态吸附实验考察了亚甲基蓝溶液的pH、初始浓度、吸附时间、吸附温度、吸附剂投加量等条件对吸附效果的影响,并确定了该吸附过程的吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学。实验结果表明,在改性生物炭投加量为0.6 g/L、pH 7、亚甲基蓝溶液浓度为100 mg/L、50℃吸附180 min的条件下,改性生物炭对亚甲基蓝的吸附容量为68.28 mg/g。通过准二级动力学方程和Freundlich方程更好的描述了该吸附过程,同时吸附热力学表明该吸附过程是一个自发吸热过程。

柚皮生物炭的理化性质及对镉的吸附效应

为探究柚皮生物炭(PC)的理化性质及对Cd的吸附效应,以柚皮为原材料在300,450和600℃绝氧环境下制备柚皮生物炭(分别记为PC_(t1),PC_(t2)和PC_(t3))。通过分析PC理化性质、PC对水环境中和土壤环境中Cd吸附效果以及PC_(t3)对土壤Cd吸附机理,综合研究柚皮生物炭对Cd的吸附效应。结果表明:随着热解温度的增加,PC产率下降,灰分含量和pH值升高。元素含量分析表明,随热解温度增加,C元素占比增加,H和O元素占比则减少,PC的芳香性增大,亲水性和极性减小。SEM分析表明,PC与柚皮吸附剂PS相比,拥有更密集的孔隙结构和表面褶皱。FTIR分析表明,通过热解,PC芳香结构逐渐完善,其表面的羟基、羧基、酯基等含氧官能团参与对Cd的吸附,PC_(t3)对水中Cd的吸附效率达到99.51%。PC加入土壤中培养后,土壤pH值升高,土壤有效态Cd含量下降,PC_(t3)-5使土壤中有效态Cd最高减少15.42%。等温吸附试验和吸附动力学试验表明,PC_(t3)对土壤Cd的吸附能力用Freundlich等温吸附方程和准二级动力学方程拟合最好,PC_(t3)对土壤Cd的吸附以化学作用为主,且为多层异构表面的吸附模式。因此,柚皮生物炭作为一种对土壤Cd的廉价高效吸附剂,具有广泛的应用前景。

改性柚皮生物炭的制备及其对水体磷酸盐的吸附性能

针对地表水体磷污染问题,利用农业废弃物柚子皮为原料制备柚皮生物炭(PB),以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)为分散剂,制备改性纳米零价铁生物炭吸附材料(CNZVI)。使用扫描电镜、比表面积分析仪和X射线衍射分析仪等手段,研究柚皮生物炭改性前后的理化性能,并分析溶液p H、吸附剂投加量、反应时间、初始浓度和温度对CNZVI-PB吸附水中磷酸盐的影响。结果表明:CNZVI-PB对水中磷酸盐具备较好的吸附去除能力;溶液pH对磷吸附过程影响较大,最优吸附效率的pH值为3.0～7.0;该吸附反应是一个吸热过程,反应过程符合准二级动力学模型,及Langmuir等温吸附模型,在20～40℃时,磷最大吸附量达到8.47～9.62 mg/g。CNZVI-PB对磷酸盐的吸附过程主要包括静电吸附和配位基交换作用。

氯化锌活化柚子皮制备生物炭及其对亚甲基蓝的吸附

目的:探究废弃果皮资源化,采用柚子皮作为制备生物炭的原材料,并对其进行氯化锌(ZnCl2)溶液活化而增强吸附性能,以提高柚子皮源生物炭在农业、工业和环境等多方面的应用潜力。方法:通过L16(45)正交试验优选ZnCl2活化柚子皮制备生物炭的最佳条件,采用极差分析和SPSS一般线性模型的单变量分析其结果。结果:五因素对生物炭吸附性能的影响大小顺序为:炭化活化温度>ZnCl2溶液浓度>固液比>炭化活化时间>浸渍时间;同时对照正交试验结果和单因素试验结果,得出活化制备柚子皮源生物炭对亚甲基蓝的吸附性能的最佳条件:固液比(g/mL)1:4、ZnCl2溶液浓度40%、浸渍时间14 h、炭化活化温度600℃、炭化活化时间20 min。结论:正交试验和单因素试验相结合,得出柚子皮生物炭吸附亚甲基蓝的最优制备条件。

裂解温度对不同原材料生物炭理化特性的影响

以玉米秸秆、柚子皮和马尾松树皮为原材料,采用限氧控温裂解法分别在300,400,500,600℃下制备生物炭。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱等方法对生物炭的外观形貌、表面官能团等理化特性进行了表征。结果表明,随着炭化温度升高,3种不同原材料制备的生物炭的灰分含量、pH和碳含量均逐渐增加,产率降低,炭化作用趋于明显。此外,显微结构分析表明,随着裂解温度升高,生物炭的比表面积不断增大,孔结构发育更加完全,且孔隙数量增加,孔壁逐渐变薄。红外光谱结果显示,随裂解温度升高,生物炭芳香性增强,疏水性增强,极性降低。

不同种类生物炭制备及其吸附氨氮的研究

使用花生壳、柚子皮、橘子皮在马弗炉中高温炭化得到花生壳生物炭(PSB)、柚子皮生物炭(PPB)、橘子皮生物炭(SPB),并使用扫描电镜(SEM)对其进行表征分析。探讨了不同种类生物炭用量、反应时间、pH值、反应温度等因素对氨氮吸附效果的影响。实验结果表明:(1)橘子皮生物炭吸附50 mg/L氨氮的最佳振荡时间是60 min,花生壳生物炭和柚子皮生物炭吸附50 mg/L氨氮的最佳振荡时间是80 min,三组生物炭吸附氨氮的最适pH值为6。这三种生物炭的最佳用量皆为2.5 g/L,橘子皮、花生壳、柚子皮生物炭在2.5 g/L的投加量下吸附率分别达到92.45%,91.62%,91.2%。(2)橘子皮生物炭在35℃下,振荡1 h后对氨氮的饱和吸附量最高可达77.52 mg/g,柚子皮生物炭在45℃下可达到最高吸附量42.55 mg/g,花生壳在35℃下达到最高吸附量68.49 mg/g。不同体系对氨氮的最佳吸附量为:橘子皮生物炭>花生壳生物炭>柚子皮生物炭。同时,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型。

柚皮热解炭应用于对/邻苯二酚电化学传感器

分别以氨水、NaOH和KOH为活化剂对柚皮进行活化,然后通过一步热解法制备了生物炭材料。与其他活化剂处理得到的生物炭相比,经KOH活化处理后制得的生物炭孔道分布最为丰富,同时表现出最大的比表面积。通过滴涂法将该类生物炭分别修饰在玻碳电极表面,在磷酸盐缓冲液(PBS,pH=7.0)中用微分脉冲伏安法(DPV)考察了对苯二酚(HQ)和邻苯二酚(CA)在不同电极上的电化学行为。结果表明,经KOH活化后制得的生物炭修饰电极对HQ和CA同时检测效果最佳。在最优条件下和0.5~100μmol/L浓度范围内时,HQ和CA对该传感器的响应电流随浓度线性增大,检出限分别低至0.023和0.040μmol/L。同时,该传感器具有良好的稳定性并可应用于HQ和CA的实际样品检测。

超声改性柚子皮生物炭催化过硫酸盐降解罗丹明B的研究

利用柚子皮作为制作生物炭的主要原料,使用超声对生物炭进行改性。研究了在只添加Na2S2O8、只添加未改性生物炭以及只添加改性生物炭这三种条件下,罗丹明B的降解效果都不明显。重点考察了柚子皮改性生物炭用量、Na2S2O8用量、溶液pH值、罗丹明B初始浓度及无机离子的影响。实验结果表明:在柚子皮改性生物炭用量和Na2S2O8用量为0.05 g、溶液pH值为1、罗丹明B初始浓度为5 mg/L的条件下,反应60 min,罗丹明B的降解率最高可达98.6%。且无机离子都会抑制罗丹明B的降解效果。

改性柚子皮生物炭催化过硫酸盐降解盐酸四环素的研究

以废弃柚子皮为生物质制备生物炭,经过KOH进行改性后,将得到的改性柚子皮生物炭催化过硫酸钠(PS)降解盐酸四环素。采用SEM进行性能表征,探讨了不同体系对降解盐酸四环素的影响,考察了生物炭用量、PS用量、pH、盐酸四环素初始浓度和不同无机离子等因素对降解盐酸四环素的影响。实验结果表明:在pH值为4,使用0.3 g改性生物炭和0.2 g PS降解50 mL浓度为25 mg/L的盐酸四环素的条件下,反应120 min盐酸四环素的降解率最高可达96.7%。HCO_(3)^(-)极大地抑制盐酸四环素的降解,Cl^(-)和NO_(3)^(-)对降解盐酸四环素的影响效果较小。

柚皮生物炭对模拟印染废水的吸附性能研究

为探究柚皮生物炭对印染废水的吸附性能,利用水热法炭化制备了柚皮生物炭吸附剂.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对其进行了表征,并考察了吸附时间、吸附温度和溶液初始浓度等因素对其吸附模拟废水中中性红的影响.结果表明:当吸附剂用量为0.09 g、吸附时间为40 min、吸附温度为30℃时,柚皮生物炭对模拟废水中中性红的吸附效果最佳,为54.32 mg/g(模拟废水初始质量浓度为100 mg/L);其吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附动力学过程遵循准二级动力学模型.

MgFe-LDH@柚子皮生物炭复合材料吸附Gd(Ⅲ)的性能研究

该研究以柚子皮生物质为原材料制备生物炭,采用共沉淀法将镁铁型层状双氢氧化物(MgFe-LDH)负载于其表面制备复合材料(HBC),探究其吸附水中Gd(Ⅲ)的性能。通过批量吸附实验考察应用环境条件对吸附效果的影响,采用吸附理论模型拟合分析结合SEM-EDS、FT-IR、XPS表征分析,探究吸附作用机理。结果表明:在35℃、pH=7的条件下以0.60 g/L的吸附剂投加量对20 mg/L的Gd(Ⅲ)吸附处理10 h后,HBC对其去除率达到95.65%;吸附过程符合拟二级动力学模型、Weber-Morris粒子内扩散模型、Boyd’s液膜扩散模型,吸附速率受到颗粒内扩散和颗粒外扩散共同控制;吸附平衡符合Langmuir模型、D-R模型和Temkin模型,由Langmuir模型计算所得的最大吸附量为42.07 mg/g,吸附过程结合能分布均匀,为单分子层吸附;热力学结果表明HBC对Gd(Ⅲ)的吸附过程是一个自发的吸热过程;HBC对Gd(Ⅲ)的吸附以化学吸附和静电吸附为主,吸附机理包括离子交换作用、表面沉淀作用、表面物理吸附作用、静电吸附作用、氢键吸附作用和表面络合作用等。