油菜秸秆生物炭对水中氨氮的吸附性能及机理

以废弃油菜秸秆为原料,采用限氧热解法分别在450℃、550℃、650℃条件下制备油菜秸秆生物炭(Rape Straw Biochar,RSB)RSB_(450)、RSB_(550)、RSB_(650),对其理化性质进行了表征,通过序批试验研究了3种RSB吸附水中氨氮的影响因素,并结合动力学、等温线、热力学分析探讨了其吸附机理。结果表明,RSB的碳化、芳香化程度随着热解温度的提升而增加,比表面积、总孔容、平均孔径也随之增大。当溶液初始pH值为8,氨氮初始质量浓度为30 mg/L,RSB_(450)、RSB_(550)、RSB_(650)投加质量分别为0.7 g、0.6 g、0.4 g时,经过210 min左右达到吸附平衡,氨氮去除率均超过95%。3种RSB对氨氮的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。ΔG^(θ)<0、ΔH^(θ)>0、ΔS^(θ)>0,表明吸附是自发、吸热、熵增推动的过程。吸附机理涉及静电引力、离子交换、阳离子-π键作用、氢键作用、孔隙填充等。RSB_(650)对氨氮的理论最大吸附量为12.508~20.092 mg/g,比RSB_(450)、RSB_(550)分别提高了1.39~1.76倍、0.49~0.66倍,且具有良好的可重复利用性,可作为高效去除水中氨氮的优势吸附材料。

油菜秸秆生物炭强化好氧活性污泥体系污水脱氮效能研究

为提高好氧活性污泥体系的污水脱氮效能,向序批式反应器内分别投加300,500,700℃条件下热解制备的油菜秸秆生物炭(RBC_(300)、RBC_(500)、RBC_(700)),并考察其强化脱氮效果。结果表明,当RBC_(700)投加量为1.0 g/L时,好氧活性污泥体系的平均NH_(4)^(+)-N、TN去除率分别为95.1%、84.5%,比未投加RBC_(700)时分别提升了19.2,51.8个百分点。RBC_(700)对NH_(4)^(+)-N的吸附量分别是RBC_(300)、RBC_(500)的1.8,1.3倍,载膜量分别是RBC_(300)、RBC_(500)的4.5,1.9倍,为同步硝化反硝化的发生创造了有利条件,因而投加RBC_(700)的好氧活性污泥体系可在更短的时间内获得更高的脱氮效率和更好的污泥沉降性能。因此,700℃条件下热解制备的油菜秸秆生物炭应用于好氧活性污泥体系强化脱氮具有良好的可行性。

油菜秸秆生物质炭对紫色土有机碳矿化和累积效应的影响

采用室内模拟培养试验,以油菜秸秆为对比,分析油菜秸秆生物质炭的施用对紫色土有机碳矿化的影响。在培养试验中,设置0.25%,0.5%和1%3个不同秸秆/土壤质量比的油菜秸秆还田培养处理,依次标记为J_1,J_2和J_3;同时,设置3个不同油菜秸秆生物质炭添加量的培养处理,其生物质炭添加量分别为J_1,J_2和J_3处理中添加的等量油菜秸秆在600℃下制成的生物质炭量,依次标记为S_1,S_2和S_3,所有处理置于25℃下避光培养56d。在培养期内,各处理中土壤有机碳(SOC)矿化速率随时间的变化符合乘幂函数。添加生物质炭处理的SOC累积矿化量、矿化强度和易分解有机碳占总有机碳含量的比例(Ca/CSOC)显著低于与其对应的油菜秸秆处理(P<0.05),表明油菜秸秆经过热解制成生物质炭后可显著提高其在土壤中的稳定性。各添加生物质炭处理的SOC累积矿化量、矿化强度、Ca/CSOC和难分解有机碳占总有机碳含量的比例(Cs/CSOC)与对照(无外源碳添加)之间无显著性差异,添加生物质炭几乎不影响紫色土有机碳的分解。另外,S_1处理中外源碳的表观残留率显著高于其它培养处理,而S_2和S_3处理中外源碳的表观残留率则显著低于与其对应的油菜秸秆处理(J_2和J_3)(P<0.05)。这表明在低量油菜秸秆还田时,将其制成生物质炭还田比直接还田更利于紫色土有机碳的积累。

中国油菜秸秆资源的生物质能源利用潜力评价

文章利用中国各省(市)的农作物种植数据,估算长江流域油菜优势种植区域的冬闲土地面积,并评估油菜秸秆的产量和能源产品的生产潜力。研究发现:中国长江流域冬闲土地面积为1 648万hm2,可利用面积为494万hm2;2013年中国油菜秸秆和冬闲土地油菜秸秆的可收集量分别为3 817万t和2 483万t,总量可达6 300万t;油菜秸秆生物炭或生物油的总生产潜力分别为2 079万t或2 646万t,折合标准煤量为1 746万t或1 826万t;在利用50%油菜秸秆资源的情况下,生物油替代能源消费量的潜力达到913万t标准煤。中国的油菜秸秆资源十分丰富,且分布集中,其能源化利用具有规模优势,值得重视和发展。

热解温度对油菜秸秆炭理化特性及孔隙结构的影响

以农业废弃物油菜秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度(300,400,500,600,700℃)下分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定固体产物生物炭特性及孔隙结构。结果表明,随着热解温度的升高,油菜秸秆生物炭p H值逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。热解温度高于400℃时,油菜秸秆生物炭的矿质元素含量相对富集,表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少。阳离子交换量在400～500℃条件下达到较高水平,为77.39～80.00 cmol·kg-1。红外光谱表明,热解温度高于300℃时,油菜秸秆的芳香基团开始形成。随着热解温度的升高,油菜秸秆生物炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,在400～500℃条件下孔隙结构的发育和孔体积的形成比较好,具有较大的比表面积和比孔容,生物炭产出率相对较高,养分损失少,生物炭的理化性能、养分利用及孔隙结构均达到最优。

磷酸和热解温度对生物炭结构和性质的影响

采用磷酸活化油菜秸秆热解法制备生物炭,并考查磷酸浓度、热解温度对生物炭性质的影响.研究结果表明:升高热解温度,所得生物炭中脂肪碳减少,芳香性物质增加,灰分质量分数下降,生物炭的比表面积、外表面积、中孔孔容随温度升高而增大;加大磷酸浓度,生物炭微孔面积、微孔孔容和平均孔径减小,微孔数量减少,所得生物炭平均孔径均大于2 nm,为介孔材料.

三种有机物料对稻田土壤汞甲基化及水稻汞积累的影响

采用盆栽试验,设置空白对照组、只添加外源汞(Hg)老化1个月的Hg对照组,以及外源Hg老化后分别添加3%(m/m)油菜秸秆、猪粪和水稻秸秆生物质炭的有机物料处理组,对比分析不同有机物料施用对水稻产量及Hg在稻田系统中迁移转化的影响。结果表明:3种有机物料的施用均显著提高了水稻产量,但对土壤Hg甲基化和糙米Hg的积累影响则并不一致。与空白对照相比,油菜秸秆、猪粪和水稻秸秆生物质炭处理下水稻产量分别提高17.6%、33.0%和39.9%。与Hg对照相比,施用猪粪提高了土壤Hg的生物有效性,促进了土壤甲基汞(Me Hg)的生成,提高了糙米总汞(THg)的富集系数,使糙米THg和MeHg的含量分别提高了34.5%和30.3%;施用油菜秸秆降低了土壤Hg的生物有效性,抑制了土壤Hg甲基化过程和水稻对Hg的富集,糙米THg和MeHg的含量分别降低了34.6%和36.2%;施用水稻秸秆生物质炭降低了土壤Hg生物有效性和糙米THg的富集系数,糙米THg和MeHg的含量分别降低了46.9%和48.4%。因此,在Hg污染稻田中应慎重施用猪粪,可选择施用水稻秸秆生物质炭和油菜秸秆,以达到提高水稻产量和阻控糙米Hg积累的双重效果。

油菜秸秆生物炭对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

以油菜秸秆为原料,采用限氧热解法在300℃、500℃、700℃条件下分别制备了油菜秸秆生物炭RSB300、RSB500、RSB700,对其元素组成、表面形貌、官能团分布等理化性质进行了表征,并研究了其对水中亚甲基蓝(MB)染料的吸附性能及机理。结果表明,随着热解温度的提高,RSB的碳化和芳香化程度有所提升,比表面积、总孔容和平均孔径也有所增大。当初始MB质量浓度为50 mg/L,pH为10.0,温度为25℃,RSB_(300)、RSB_(500)、RSB_(700)的投加量分别为0.6、0.4、0.3 g/L时,反应60 min左右达到吸附平衡,RSB700对MB的吸附量达到162.80 mg/g,分别比RSB_(300)、RSB_(500)提高了1.06、0.37倍。不同热解温度下制备的RSB对MB的吸附过程均更符合准二级动力学模型(R2>0.98),吸附等温线则更符合Freundlich模型和Temkin模型(R2>0.96),该吸附过程是自发、吸热、熵驱动的,以化学吸附为主,具体涉及静电引力、氢键、π-π键、离子交换等多重作用机制。RSB700的吸附性能优于RSB300、RSB500,可用作高效吸附水中MB的优选材料。

考虑经济转型和发展的电力负荷预测研究

根据Hollis B Chenery经济阶段划分理论和中等收入国家陷阱理论,当今我国正处在经济转型发展关键阶段,电力负荷变化与经济增长出现了短暂的背离现象,二者呈现出新的关联关系。文章通过所提出的考虑经济转型指标体系,衡量经济转型的程度;采用灰色关联度分析,选取对电力负荷影响较大的经济转型指标,构建出考虑经济转型指标的电力负荷预测模型。以我国华东地区为例,分析并给出了考虑经济转型因素下华东地区未来年电力负荷预测结果,说明经济转型对负荷增长所带来的影响。

热解工艺对生物炭产量的影响

为了揭示炭化条件与生物炭产率之间的关系,以油菜秸秆为实验材料,通过无氧炭化法来研究炭化温度、炭化时间和炭化时的升温速度对生物炭产率的影响。结果表明:温度从300℃升高至900℃,产率从40.17%降低至19.40%;300℃、600℃和900℃炭化时间从5min增至150min,产率分别为42.58%~48.76%,27.32%~30.15%,18.55%~25.11%;600℃升温速度从50℃/h增至250℃/h,产率从29.00%~28.60%降低至26.04%~26.88%。可见,热解温度是影响油菜秸秆生物炭产率的重要因素,而炭化时间和升温速度对油菜秸秆生物炭的产率影响较小。