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铁改性农业废弃物生物炭对氮磷吸附及其资源化利用研究
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作者 刘转年 陈雪 王梦晓 《江西农业学报》 2025年第7期98-105,共8页
将废弃稻壳经高温热解制成生物炭,再通过铁改性和凹凸棒复配,形成一种新型复合吸附剂SBC-3,用于吸附水中的氮、磷污染物。通过一系列吸附试验,研究了不同pH值、反应时间、初始浓度等因素对氮磷吸附能力的影响。结果表明:SBC-3具有较高... 将废弃稻壳经高温热解制成生物炭,再通过铁改性和凹凸棒复配,形成一种新型复合吸附剂SBC-3,用于吸附水中的氮、磷污染物。通过一系列吸附试验,研究了不同pH值、反应时间、初始浓度等因素对氮磷吸附能力的影响。结果表明:SBC-3具有较高的氮磷吸附能力,在最优条件下,对磷、氮的吸附量分别高达11.384、29.452 mg/g。与稻壳炭(SBC-1)或单一铁改性稻壳炭(SBC-2)相比,SBC-3表现出不规则性更高的孔状结构和吸附容量,尤其对氮、磷的吸附更具有选择性。此外,竞争阳离子(Ca^(2+)、Mg^(2+))对氨氮的吸附有一定负面的影响,而对磷酸根的吸附则几乎不受干扰。盆栽试验表明,施加吸附氮、磷后的生物炭可显著提高空心菜的株高、伸长率和发芽率。实际污水处理试验结果表明,SBC-3在西安市第五污水处理厂废水中对氨氮和磷酸盐的去除率分别可达92.3%、42.3%,这表明其在实际应用中具有良好的发展前景。 展开更多
关键词 农业废弃物 生物 氮磷吸附 改性 凹凸棒复配
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钾改性苹果枝条纳米生物炭的凝聚与迁移特性
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作者 唐尧 闫雨阳 +4 位作者 杨琼芳 耿增超 杜伟 胡斐南 许晨阳 《环境科学与技术》 北大核心 2025年第8期115-125,共11页
生物炭由于其富碳特性、高比表面积及强吸附特性而被广泛使用,其产生的微纳米颗粒对水环境中的养分元素和污染物行为具有重要影响,然而目前表面改性对生物炭纳米颗粒表面性质、悬液稳定性和迁移特性的影响尚不清楚。该文以苹果枝条为原... 生物炭由于其富碳特性、高比表面积及强吸附特性而被广泛使用,其产生的微纳米颗粒对水环境中的养分元素和污染物行为具有重要影响,然而目前表面改性对生物炭纳米颗粒表面性质、悬液稳定性和迁移特性的影响尚不清楚。该文以苹果枝条为原料,通过浸渍法制备钾改性苹果枝条生物炭,采用球磨+高速离心法得到苹果枝条纳米生物炭(AB-NP)和钾改性苹果枝条纳米生物炭(KAB-NP)。首先对2种纳米生物炭进行性质表征,进而利用动态光散射仪测定其在常见电解质溶液中的悬液稳定性,最后采用石英砂柱法对比其迁移特征。结果表明,AB-NP和KAB-NP均为多孔结构,KAB-NP的芳香性、微孔面积和孔径变小,氧含量、亲水性、极性、比表面积、外表面积和zeta电位均增大。KAB-NP在NaCl和CaCl_(2)溶液中的临界聚沉浓度均大于AB-NP,在相同pH条件下,由于Ca^(2+)压缩双电子层的能力强于Na^(+),使Ca^(2+)溶液条件下的临界聚沉浓度更小;在同一种背景电解质溶液中,随着pH的增大,由于2种纳米生物炭表面具有更多的负电荷,使临界聚沉浓度增大。颗粒相互作用能计算表明,钾改性使得苹果枝条纳米颗粒的引力势能大幅降低而排斥势垒增加,因此其分散性更强。AB-NP的迁移率随着溶液浓度增大而降低,在相同背景电解质溶液条件下,AB-NP的迁移率随着pH的增大而增大,而KAB-NP的迁移率更低。研究结果可为精确评估生物炭胶体的环境行为提供科学依据。 展开更多
关键词 纳米生物 改性生物 胶体稳定性 迁移 临界聚沉浓度
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生物质炭负载硫化纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中典型恶臭苯系物的规律与机制
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作者 李炎璐 杨兴伦 +6 位作者 卞永荣 马智勇 谷成刚 宋洋 相雷雷 王芳 蒋新 《土壤学报》 北大核心 2025年第1期127-140,共14页
纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物,实现BTEX的高效去除并探究其降解机理具有重要的环境... 纳米零价铁(nZVI)以及硫化纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸盐(PS)降解土壤中的有机污染物是目前场地原位氧化修复技术的研究热点之一。苯系物(BTEX)是石化污染场地中典型的恶臭污染物,实现BTEX的高效去除并探究其降解机理具有重要的环境意义。本研究建立了以生物质炭负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@BC)为活化剂的过硫酸盐氧化体系,探究不同条件下BTEX的降解效果,并与其他材料催化PS降解体系的效果进行了比较。同时,基于化学探针实验、电子顺磁共振实验(EPR)及吹扫捕集–气质联用法(PT-GC-MS)测定的转化产物推测BTEX可能的降解途径。结果表明,S-nZVI@BC/PS体系在pH=3、S/Fe=1/4、Fe/C=1/2、材料投加量为0.01 g·g^(–1)、PS浓度为30 mmol·L^(-1)时对土壤中BTEX均有着95%以上的降解效果;S-nZVI@BC/PS体系下苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的降解率在2 h内分别可达到96.7%、98.5%、96.9%、98.4%;S-nZVI@BC催化体系在所研究的五种不同催化剂体系表现最佳,即催化效果表现为:PS<nZVI/PS<nZVI@BC/PS<S-nZVI/PS<S-nZVI@BC/PS;S-nZVI@BC/PS体系在pH 2~9的较宽范围内均保持良好的降解效果;体系中存在SO_(4)^(·–)、HO^(˙)及O_(2)^(·–)三种活性自由基,且SO_(4)^(·-)为反应过程中的主要活性物质;根据主要自由基及中间产物推测BTEX可能存在自由基加成及自由基抽氢两条降解途径。硫改性及生物质炭的负载有效提高了nZVI催化性能的稳定性,且S-nZVI@BC/PS可高效降解BTEX,该研究可为土壤中恶臭污染物高效降解技术的建立提供理论支撑。 展开更多
关键词 苯系物 过硫酸盐 硫化纳米零价 生物 自由基 降解机理
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生物炭负载纳米零价铁添加对人工湿地甲烷排放的影响
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作者 毕玉翠 刘福兴 +4 位作者 付子轼 王俊力 何世颖 乔红霞 黄小敏 《环境科学研究》 北大核心 2025年第6期1205-1216,共12页
人工湿地中甲烷(CH_(4))排放是一个不可忽视的问题。生物炭负载纳米零价铁(nZVI-BC)由于其独特的性质能影响人工湿地CH_(4)排放。在温室内构建三组人工湿地,分别为对照组(砾石)、1%nZVI-BC组(1%nZVI-BC+砾石)和2%nZVI-BC组(2%nZVI-BC+砾... 人工湿地中甲烷(CH_(4))排放是一个不可忽视的问题。生物炭负载纳米零价铁(nZVI-BC)由于其独特的性质能影响人工湿地CH_(4)排放。在温室内构建三组人工湿地,分别为对照组(砾石)、1%nZVI-BC组(1%nZVI-BC+砾石)和2%nZVI-BC组(2%nZVI-BC+砾石),基于静态箱-气相色谱法研究不同nZVI-BC添加量对人工湿地CH_(4)排放的影响;同时,利用荧光定量PCR和高通量测序技术,研究产CH_(4)菌、CH_(4)氧化菌功能基因丰度及群落结构,揭示nZVI-BC影响人工湿地CH_(4)排放的内在机制。结果表明:①对照组、1%nZVI-BC组和2%nZVI-BC组人工湿地的CH_(4)平均排放通量分别为0.55、0.22和0.35 mg(以C计)/(m^(2)·h)。②1%nZVI-BC组中,出水溶解性有机碳(DOC)浓度最高,CH_(4)氧化菌的Shannon-Wiener指数和广甲基营养菌属(CH_(4)氧化菌)的相对丰度也达最大值。③人工湿地的CH_(4)平均排放通量与CH_(4)氧化菌的Shannon-Wiener指数和广甲基营养菌属的相对丰度均呈负相关。④人工湿地的出水DOC浓度与CH_(4)氧化菌的Shannon-Wiener指数和广甲基营养菌属的相对丰度均呈正相关。因此,添加nZVI-BC主要通过增加人工湿地的DOC浓度,从而提高CH_(4)氧化菌的多样性及广甲基营养菌属的相对丰度。CH_(4)氧化菌多样性及广甲基营养菌属相对丰度的提高进一步增强了CH_(4)氧化过程,最终实现CH_(4)减排。研究显示,nZVI-BC的添加量需控制在适当范围内,其中添加1%的nZVI-BC对人工湿地CH_(4)的减排效果最为显著。 展开更多
关键词 生物负载纳米零价(nZVI-BC) 人工湿地 甲烷排放 产甲烷菌 甲烷氧化菌
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基于文献计量学的铁改性生物炭研究热点与发展趋势分析
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作者 贾怡瑄 徐俊增 +5 位作者 李亚威 刘笑吟 许伊 韦琦 胡哲伟 田伟 《生态与农村环境学报》 北大核心 2025年第5期569-578,共10页
铁改性生物炭作为一种新兴功能性复合材料,融合了生物炭的结构特性与铁的高氧化还原活性,同时具有优异的催化性能和环境稳定性,近年来在污水处理、水土环境修复等领域受到广泛关注。本研究以Web of Science核心合集为检索数据库,利用Cit... 铁改性生物炭作为一种新兴功能性复合材料,融合了生物炭的结构特性与铁的高氧化还原活性,同时具有优异的催化性能和环境稳定性,近年来在污水处理、水土环境修复等领域受到广泛关注。本研究以Web of Science核心合集为检索数据库,利用CiteSpace软件对铁改性生物炭的研究动态进行了文献计量分析,旨在全面了解该领域的研究现状、热点和发展趋势。结果表明,自2011年以来,铁改性生物炭相关研究发文量逐年递增,尤其在近5年增长迅速,呈现显著加速趋势,中国是发文量最多的国家;零价铁改性是最受关注的改性类型,磁性是铁改性生物炭最受关注的特性,吸附、催化和作为反应载体是实现其功能的主要机制;研究热点从最初的水体磷酸盐去除逐渐拓展到当前的污水处理、水土环境修复和生物质能源生产等多个领域;研究关注点由简单作用效果深入到内在作用机制、特殊功能强化和低成本制备等多个方面。未来研究应持续深化铁改性生物炭功能作用机制与关键特性强化路径,进一步拓展铁改性生物炭应用领域,从功能材料开发角度深入探索可持续制备策略,推动铁改性生物炭实现更高效、更广泛的绿色低成本规模化制备与应用。 展开更多
关键词 改性生物 环境修复 CITESPACE 文献计量学
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铁改性的富磁生物炭活化PMS降解罗丹明B的性能与机制
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作者 王晨 张新怡 +3 位作者 郭壮 魏健 刘利 宋永会 《环境工程技术学报》 北大核心 2025年第3期924-934,共11页
为解决染料废水产量大、毒性高,危害人体健康与生态系统的问题,以农业废物玉米芯为原材料,基于“变废为宝”的技术思路,合成了掺铁富磁生物炭(Fe-CCBC),研究其活化过氧单硫酸盐(PMS)降解罗丹明B(Rh B)的效能和机制,并利用多种表征手段分... 为解决染料废水产量大、毒性高,危害人体健康与生态系统的问题,以农业废物玉米芯为原材料,基于“变废为宝”的技术思路,合成了掺铁富磁生物炭(Fe-CCBC),研究其活化过氧单硫酸盐(PMS)降解罗丹明B(Rh B)的效能和机制,并利用多种表征手段分析Fe-CCBC的理化特性。结果表明:800℃制备的掺铁富磁生物炭(Fe-CCBC-800)具有丰富的孔隙结构和活性位点,可最大程度地保证Fe颗粒在催化剂表面的均匀分布,物化性能优异且催化活性较高。Fe-CCBC-800/PMS体系在40 min内对Rh B的降解率可达91%,且富磁的生物炭更易于回收和重复利用,在5次循环使用中均保持着良好的催化效果。通过活性氧淬灭实验和电子顺磁共振测试探明了Fe-CCBC-800/PMS体系中主要活性氧物种为SO_(4)^(-)·和·OH,Fe^(2+)作为氧化还原反应的电子供体,参与PMS的活化过程,促进活性氧的产生和Rh B的高效降解。Fe-CCBC-800/PMS体系可实现对Rh B的高效处理,为农业废物的利用以及染料污染物的快速降解提供了可行路径。 展开更多
关键词 磁性生物 改性 热解温度 过氧单硫酸盐(PMS) 罗丹明B(Rh B)
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铁改性乌拉草生物炭活化过氧乙酸降解水中的罗丹明B
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作者 郭琦 赵保卫 +1 位作者 杨珂 潘江龙 《中国环境科学》 北大核心 2025年第8期4354-4364,共11页
本研究在300,500和700℃下制备了铁改性/未改性乌拉草生物炭,比较考察了其活化过氧乙酸(PAA)降解水中罗丹明B(RhB)的效能.以700℃铁改性生物炭(Fe-KBC700)为代表材料,研究了反应条件(PAA浓度、Fe-KBC700投加量、RhB浓度、pH值、H_(2)O_... 本研究在300,500和700℃下制备了铁改性/未改性乌拉草生物炭,比较考察了其活化过氧乙酸(PAA)降解水中罗丹明B(RhB)的效能.以700℃铁改性生物炭(Fe-KBC700)为代表材料,研究了反应条件(PAA浓度、Fe-KBC700投加量、RhB浓度、pH值、H_(2)O_(2)浓度以及水中常见阴离子和富里酸)的影响,分析了反应过程中的优势活性物种、活化机理和RhB的降解路径.高热解温度和Fe的引入有利于生物炭活化性能的提高,Fe-KBC700/PAA体系可在30min内降解99.8%的RhB,较高的PAA浓度、Fe-KBC700投加量和较低的RhB浓度有利于RhB的降解,而碱性条件和较高的共存H_(2)O_(2)浓度会抑制降解,Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)几乎不影响RhB的降解,而HCO_(3)^(-)和FA会对反应造成一定的抑制效果.RhB的降解主要历经非自由基途径,单线态氧、电子转移过程和高价铁均在反应中检测到,Fe-KBC700的含氧官能团和缺陷是关键的反应位点,并提出两条RhB的降解路径.此外,Fe-KBC700在循环5次后仍可降解75.4%的RhB.本研究可为生物炭催化性能的优化以及铁改性生物炭活化PAA的机理研究提供参考. 展开更多
关键词 改性生物 过氧乙酸 罗丹明B 高级氧化工艺
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纳米铁改性生物炭载体强化厌氧氨氧化菌富集与脱氮效果研究 被引量:7
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作者 王俊杰 杨津津 +5 位作者 常根旺 李绍康 侯军华 钟根茂 白顺果 李翔 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期812-821,共10页
为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)在载体生物膜中快速富集,本文采用液相还原方法制备了纳米铁改性生物炭(nZVI@BC)载体,并设置两组相同的厌氧氨氧化(ANAMMOX)富集装置(R_(1)、R_(2)),通过对R_(1)、R_(2)装置添加不同载体(分别为BC和nZVI@BC),... 为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)在载体生物膜中快速富集,本文采用液相还原方法制备了纳米铁改性生物炭(nZVI@BC)载体,并设置两组相同的厌氧氨氧化(ANAMMOX)富集装置(R_(1)、R_(2)),通过对R_(1)、R_(2)装置添加不同载体(分别为BC和nZVI@BC),考察在富集过程中ANAMMOX装置的脱氮性能、载体表面特征和微生物群落结构差异.结果表明:①BC表面成功负载nZVI,nZVI@BC载体比BC载体具有更高的比表面积,改性后载体的比表面积从47.17 m^(2)/g增至210.82 m^(2)/g,可为微生物提供更多的附着位点.②R_(2)装置NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(−)-N去除率稳定达到90%所需时间均比R_(1)装置短,且稳定运行后,R_(1)、R_(2)装置的TN去除率最高分别为86.99%、89.65%.③nZVI@BC载体表面颜色由黑色变为红褐色,表明红色的ANAMMOX生物膜初步形成,且其表面生物量比BC载体表面生物量高23倍.④第20天,R_(1)、R_(2)装置中AnAOB的相对丰度分别为10.47%和29.15%;R_(1)、R_(2)装置载体表面主要的AnAOB属均为Candidatus Kuenenia,其相对丰度分别为7.49%和23.76%.研究显示,改性的nZVI@BC载体显著促进了ANAMMOX生物膜的快速形成和AnAOB的高效富集,提升了ANAMMOX过程的脱氮性能. 展开更多
关键词 厌氧氨氧化(ANAMMOX) 纳米改性生物(nzvi@bc) 载体 生物群落 快速富集
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纳米铁复合生物炭与砷在土壤中的共迁移行为
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作者 谢丽梅 韩欣妍 +3 位作者 刘亦嘉 陈子阳 王禹 陈明 《中国环境科学》 北大核心 2025年第6期3199-3208,共10页
通过柱淋溶实验结合数值模拟,研究不同热解温度(500和800℃)制备的纳米铁复合生物炭(nFe/BC)自身迁移以及与砷(As)在污染土壤中的共迁移行为.结果表明,相较于原始生物炭(BC500和BC800),生物炭复合Fe后在As土壤中的迁移能力显著降低,分... 通过柱淋溶实验结合数值模拟,研究不同热解温度(500和800℃)制备的纳米铁复合生物炭(nFe/BC)自身迁移以及与砷(As)在污染土壤中的共迁移行为.结果表明,相较于原始生物炭(BC500和BC800),生物炭复合Fe后在As土壤中的迁移能力显著降低,分别减弱了约57.8%(nFe/BC500)和45.5%(nFe/BC800).这一结果归因于生物炭复合Fe后,颗粒表面Zeta电位变小(负电荷减少),减弱了nFe/BC与土壤颗粒之间的排斥势垒,导致nFe/BC的迁移能力较弱.并且随着热解温度升高,nFe/BC表面含氧官能团减少,颗粒表面负电荷减少,与土壤颗粒之间作用能减弱,颗粒迁移能力降低.两点动力学滞留模型较好地拟合了nFe/BC在污染土壤中的穿透曲线,且进一步说明了nFe/BC的迁移特征.此外,原始生物炭迁移过程中竞争土壤表面吸附位点,促进As迁移;而nFe/BC先抑制As在土壤中迁移,再促进其迁移.分析原因是由于nFe/BC表面的铁单质或Fe3O4与As反应并将其固定,但完全反应后会失去其原本的抑制作用,反而作为载体促进As在土壤中迁移,对地下水环境产生潜在危害. 展开更多
关键词 纳米复合生物 污染土壤 共迁移 数值模拟
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沙蒿绿色合成nZVI改性生物炭去除水中Cr(Ⅵ)
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作者 刁静茹 祝海玲 +4 位作者 沈博峰 赵梦婷 周艳姿 马锋锋 蒋煜峰 《中国环境科学》 北大核心 2025年第7期3753-3761,共9页
利用沙蒿和玉米秸秆废弃物,通过沙蒿提取液绿色还原得到纳米零价铁(nZVI)并负载在玉米秸秆生物炭上,得到复合材料CBC-nZVI,用以去除水中的Cr(Ⅵ).考察了吸附动力学和热力学特征,以及pH值、投加量和共存离子对CBC-nZVI去除Cr(Ⅵ)的影响;... 利用沙蒿和玉米秸秆废弃物,通过沙蒿提取液绿色还原得到纳米零价铁(nZVI)并负载在玉米秸秆生物炭上,得到复合材料CBC-nZVI,用以去除水中的Cr(Ⅵ).考察了吸附动力学和热力学特征,以及pH值、投加量和共存离子对CBC-nZVI去除Cr(Ⅵ)的影响;利用SEM、FTIR、XRD和XPS对材料进行表征,探究复合材料的除Cr(Ⅵ)机制.结果表明:CBC-nZVI对Cr(Ⅵ)的吸附动力学数据最适合用Elovich方程描述,颗粒内扩散为主要控速步骤;吸附等温线符合Freundlich模型,吸附为自发的吸热熵增过程.CBC-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除率随反应温度、材料投加量和溶液酸度的升高而增大,在适宜条件(温度为298K、pH值为2、投加量1.0g/L)下对Cr(Ⅵ)(30mg/L)的去除率达100%;溶液中共存阳离子或阴离子均会不同程度地抑制吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除,影响顺序分别为Cd^(2+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>Cu^(2+),CO_(3)^(2-)>Cl^(-)>NO_(3)^(-)>SO_(4)^(2-).CBC-nZVI与Cr(Ⅵ)的反应机制主要包括静电吸附、化学还原、官能团吸附和沉淀吸附等过程.nZVI将吸附在材料上的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),再通过表面官能团络合和形成Cr(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)共沉淀的方式将其去除.负载后nZVI与CBC在复合材料去除Cr(Ⅵ)的过程中表现出协同作用. 展开更多
关键词 沙蒿 绿色合成 Cr(Ⅵ) 生物 纳米零价
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改性生物炭对土壤有机碳及化学结构的影响 被引量:1
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作者 刘东明 郭宇轩 +3 位作者 魏圆慧 贾广昊 丁文杰 毛艳玲 《农业资源与环境学报》 北大核心 2025年第1期187-196,共10页
通过对生物炭进行改性来优化其表面性质,是强化碳在土壤中固持能力的新方法,因此明确改性生物炭对土壤有机碳及化学结构的影响十分必要。本研究以南方红壤为研究对象,对生物炭进行镁改性和用球磨法制备纳米生物炭并表征,采用盆栽试验,... 通过对生物炭进行改性来优化其表面性质,是强化碳在土壤中固持能力的新方法,因此明确改性生物炭对土壤有机碳及化学结构的影响十分必要。本研究以南方红壤为研究对象,对生物炭进行镁改性和用球磨法制备纳米生物炭并表征,采用盆栽试验,结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、固体13C核磁共振(13C NMR)技术研究生物炭改性对土壤有机碳含量及化学结构的影响。结果表明:生物炭改性后比表面积增大、孔隙结构更为丰富,镁改性使生物炭含氧官能团的比例提高,球磨后生物炭的芳香性提高。施用改性生物炭显著提高了土壤有机碳含量,与未改性生物炭相比,镁改性和纳米生物炭处理分别提高了45.26%和36.25%。FTIR、XPS、^(13)C NMR分析结果表明镁改性生物炭和纳米生物炭的添加改变了土壤有机碳的化学结构,使含氧官能团比例增加,镁改性生物炭和纳米生物炭处理降低了烷氧碳和羰基碳的比例而增加了芳香碳和烷基碳的比例,提高了土壤有机碳的稳定性及复杂程度。研究表明,生物炭改性引起的表面官能团结构变化影响了土壤有机碳化学结构,促进了有机碳的稳定化,提高了土壤固碳能力。 展开更多
关键词 改性生物 纳米生物 土壤有机碳 有机碳化学结构 有机碳稳定性
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Fe/Ca改性生物炭的制备及其对磷的吸附性能
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作者 汤宇超 钱飞跃 +3 位作者 王思凡 张良 闻可谐 王建芳 《工业水处理》 北大核心 2025年第7期49-57,共9页
生物炭吸附除磷是兼具废物资源化和环境保护双重功能的可持续处理技术。以花生壳为原料,Fe/Ca为改性剂,制备Fe/Ca改性生物炭,并对其制备条件进行优化。考察了初始磷质量浓度和pH对改性生物炭吸附磷性能的影响,分析了改性生物炭对磷的吸... 生物炭吸附除磷是兼具废物资源化和环境保护双重功能的可持续处理技术。以花生壳为原料,Fe/Ca为改性剂,制备Fe/Ca改性生物炭,并对其制备条件进行优化。考察了初始磷质量浓度和pH对改性生物炭吸附磷性能的影响,分析了改性生物炭对磷的吸附动力学和热力学,表征了吸附沉积物组分。结果表明,当铁溶液浓度为1 mol/L,Fe/Ca改性生物炭(1FCBC)具有良好的孔隙结构,在pH 3~9范围内都具有良好的磷吸附量;当初始溶液pH=7,初始PO_(4)^(3-)-P质量浓度500 mg/L时,1FCBC对磷的吸附量达301.62 mg/g。改性生物炭1FCBC对磷的吸附符合准二级反应动力学方程及Freundlich等温方程,属于不均质表面的多相化学吸附,PO_(4)^(3-)-P最大吸附量可达658.69 mg/g。吸附产物主要为蓝铁矿和少量的铁钙磷复合物质,磷含量接近天然磷矿,具有良好的回收价值。 展开更多
关键词 改性 磁性生物 磷酸盐
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钙铁生物炭对水中铅的去除性能及机理
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作者 赵钰 刘鹏 +4 位作者 唐金平 叶志航 郭林 周子艺 冯宇 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第1期245-253,共9页
为了制备钙铁改性生物炭,优化单一铁改性生物炭对Pb(Ⅱ)的去除效果,获得能够高效去除水中Pb(Ⅱ)且便于回收的生物炭,本研究以杨木、竹子为原材料,分别制备了杨木生物炭(包括未改性、FeSO_(4)改性、CaCO_(3)+FeSO_(4)改性、CaO+FeSO_(4)... 为了制备钙铁改性生物炭,优化单一铁改性生物炭对Pb(Ⅱ)的去除效果,获得能够高效去除水中Pb(Ⅱ)且便于回收的生物炭,本研究以杨木、竹子为原材料,分别制备了杨木生物炭(包括未改性、FeSO_(4)改性、CaCO_(3)+FeSO_(4)改性、CaO+FeSO_(4)改性)和竹子生物炭(包括未改性、FeSO_(4)改性、CaCO_(3)+FeSO_(4)改性、CaO+FeSO_(4)改性)等8种生物炭。首先通过批实验评估不同生物炭对地下水中Pb(Ⅱ)的修复性能,然后结合扫描电镜(SEM)和X射线吸收近边结构光谱(XANES)等手段探究不同生物炭对地下水中Pb(Ⅱ)的固定机理。结果表明:钙铁(CaCO_(3)+FeSO_(4)、CaO+FeSO_(4))改性生物炭对Pb(Ⅱ)的去除率显著高于铁(FeSO_(4))改性生物炭,其中以CaO为钙源的钙铁改性生物炭对Pb(Ⅱ)的去除效率均大于99%,而以CaCO_(3)为钙源的钙铁改性杨木生物炭、钙铁改性竹子生物炭对Pb(Ⅱ)的去除效率分别为58%和37%;改性后生物炭对Pb(Ⅱ)的去除效果从高到低为CaO+FeSO_(4)改性、CaCO_(3)+FeSO_(4)改性、FeSO_(4)改性;钙铁改性生物炭表面多孔且粗糙,有利于铅沉淀物的附着;Pb(Ⅱ)的XANES线性拟合得到钙铁改性生物炭表面的稳定铅组分,如碱式碳酸铅和磷氯铅占比较其他类型生物炭更高,其中钙铁改性杨木生物炭上碱式碳酸铅和磷氯铅占比分别为28%和34%,钙铁改性竹子生物炭上碱式碳酸铅和磷氯铅占比分别为28%和30%。生物炭表面铅沉淀物的形成可能是Pb(Ⅱ)去除的主要途径之一。 展开更多
关键词 生物 改性 改性 SEM XANES 去除率
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生物炭负载纳米零价铁对地下水中六价铬的修复效果和影响因素研究 被引量:5
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作者 乔华艺 赵勇胜 胡晶 《水文地质工程地质》 CSCD 北大核心 2024年第1期190-200,共11页
纳米零价铁(nZVI)存在易团聚、钝化和迁移性差等问题,影响对六价铬[Cr(Ⅵ)]污染地下水的原位修复效果。为了开发一种低成本、绿色的nZVI改性材料,以球磨生物炭(BC)为载体负载nZVI,构建了nZVI@BC反应体系,再利用羧甲基纤维素(CMC)稳定nZV... 纳米零价铁(nZVI)存在易团聚、钝化和迁移性差等问题,影响对六价铬[Cr(Ⅵ)]污染地下水的原位修复效果。为了开发一种低成本、绿色的nZVI改性材料,以球磨生物炭(BC)为载体负载nZVI,构建了nZVI@BC反应体系,再利用羧甲基纤维素(CMC)稳定nZVI@BC,合成了一种新型高效、抗钝化纳米级别的修复材料CMC-nZVI@BC。对改性前后的nZVI进行表征分析,探究了材料添加量、Cr(Ⅵ)初始质量浓度、初始pH值、温度及地下水化学组分对CMC-nZVI@BC去除Cr(Ⅵ)的影响,并阐明去除Cr(Ⅵ)的机理。得出如下结论:(1)铁碳质量比为2∶1时的nZVI@BC对Cr(Ⅵ)的去除效果最好,3 h内0.6 g/L CMC-nZVI@BC对50 mg/L Cr(Ⅵ)的去除率达99.9%,表现出较高的去除Cr(Ⅵ)的速率和能力;(2)去除Cr(Ⅵ)的主要机制是通过还原和沉淀反应;(3)在pH值2~10范围内,pH值对去除Cr(Ⅵ)有显著影响,温度影响较小;(4)SO_(2-)_(4)的存在促进了Cr(Ⅵ)的去除,而HCO^(-)_(3)、 NO^(-)_(3)、Ca^(2+)、Mg^(2+)和腐殖酸对Cr(Ⅵ)的去除均有不同程度的抑制作用。这些结果表明,CMC-nZVI@BC可以作为有效去除Cr(Ⅵ)的原位修复药剂,为nZVI在地下水原位修复的应用提供了依据。 展开更多
关键词 地下水修复 纳米零价 生物 羧甲基纤维素 六价铬
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活化铁尾砂与镁改性生物炭配施对水稻幼苗生长及盐碱土性质的影响 被引量:3
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作者 罗春峰 张晓蓉 +4 位作者 巩宗强 贾艳杰 赵祥 刘凤飞 郭伟 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期68-78,共11页
为探究活化的高硅型铁尾砂与镁改性生物炭配施材料对水稻幼苗生长及盐碱土壤理化性质的影响以及改善盐碱地水稻生产力的可行性,本研究应用电子扫描显微镜对生物炭材料进行形貌结构观察,应用傅里叶变换红外光谱仪对生物炭材料进行官能团... 为探究活化的高硅型铁尾砂与镁改性生物炭配施材料对水稻幼苗生长及盐碱土壤理化性质的影响以及改善盐碱地水稻生产力的可行性,本研究应用电子扫描显微镜对生物炭材料进行形貌结构观察,应用傅里叶变换红外光谱仪对生物炭材料进行官能团表征;开展盆栽实验,探究活化铁尾砂与生物炭材料配施对水稻幼苗的形态学和生理学的影响及对盐碱土的改善效果。结果表明,相比于其他生物炭材料,活化铁尾砂-镁改性生物炭材料孔隙较大,表面更加粗糙,对于养分的吸附能力强,表面的官能团丰富。盆栽实验中活化铁尾砂-镁改性生物炭配施组中水稻幼苗株高、根长、根冠比和干质量分别较对照组提高12.61%、191.49%、42.93%和100.00%;叶片的丙二醛和活性氧含量分别降低65.76%和46.46%;过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、叶绿素和可溶性蛋白值分别升高117.35%、44.75%、55.00%和19.31%。施用活化铁尾砂-镁改性生物炭材料后,盐碱土的电导率降低,p H、总碳、总氮、土壤有效硅、总磷和总钾含量升高。研究证明活化铁尾砂-镁改性生物炭材料性能优越,并且活化铁尾砂与镁改性生物炭配施改善了盐碱土壤理化性质和养分含量,使水稻幼苗活性氧含量降低及抗氧化酶活性提升,减缓盐碱土对水稻幼苗生长的胁迫,促进盐碱土壤中水稻幼苗生理过程,增加干物质积累,可以促进盐碱地水稻幼苗生长。 展开更多
关键词 活化尾砂-镁改性生物材料 水稻 酶活性 苏打盐碱土
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生物炭负载纳米零价铁催化降解亚甲基蓝性能研究及机理分析 被引量:3
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作者 闫敏琪 韩玉 +1 位作者 杨淳轲 史惠祥 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期355-369,共15页
为提升纳米零价铁在类芬顿反应体系中的催化能力,减少团聚现象,采用液相还原法制备了生物炭负载纳米零价铁材料(nZVI@BC)。通过表征、亚甲基蓝降解实验,探究材料性能、降解最佳条件及作用机理。结果表明,纳米零价铁(nZVI)均匀分布于生... 为提升纳米零价铁在类芬顿反应体系中的催化能力,减少团聚现象,采用液相还原法制备了生物炭负载纳米零价铁材料(nZVI@BC)。通过表征、亚甲基蓝降解实验,探究材料性能、降解最佳条件及作用机理。结果表明,纳米零价铁(nZVI)均匀分布于生物炭表面,且材料纯度较高、稳定性较好。在降解实验中,降解100 mg·L^(-1)亚甲基蓝溶液的最佳反应条件为25℃、初始pH=3、nZVI@BC投加量30 mg·L^(-1)、H2O2投加浓度4 mmol·L^(-1),10 min内几乎完全降解。在降解过程中,·OH起主要作用,发色官能团首先断裂,随后芳环结构被破坏,最终彻底降解。且nZVI@BC循环使用性能较好,3次循环后亚甲基蓝去除率仍达85%以上。在印染废水处理实验中,nZVI@BC处理效果良好,当H2O2投加浓度为0.9 mmol·L^(-1)、nZVI@BC投加量为60 mg·L^(-1)、pH≤4.5时,出水化学需氧量(CODcr)可降至50 mg·L^(-1)以下,达到回用水标准。 展开更多
关键词 纳米零价 类芬顿反应 亚甲基蓝 生物负载纳米零价
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铁改性生物炭对黄绵土Pb^(2+)运移过程影响及模型分析 被引量:1
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作者 马成凤 白一茹 +2 位作者 袁成 马艳 王幼奇 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期213-220,229,共9页
[目的]明确不同铁改性生物炭施加量下土壤重金属的运移过程,以期为黄土区土壤重金属污染防治提供理论依据。[方法]以铁改性生物炭与黄绵土质量比分别为0%(CK),1%(A_(1)),2%(A_(2)),3%(A_(3)),4%(A_(4))和5%(A_(5))6组处理为研究对象,以P... [目的]明确不同铁改性生物炭施加量下土壤重金属的运移过程,以期为黄土区土壤重金属污染防治提供理论依据。[方法]以铁改性生物炭与黄绵土质量比分别为0%(CK),1%(A_(1)),2%(A_(2)),3%(A_(3)),4%(A_(4))和5%(A_(5))6组处理为研究对象,以Pb^(2+)为示踪离子,利用室内土柱进行溶质运移模拟试验,研究了不同铁改性生物炭施加量对黄绵土中Pb^(2+)运移过程的影响并进行模型模拟。[结果](1)A_(1),A_(2),A_(3),A_(4)和A_(5)处理的饱和导水率(K_(s))比CK分别减少了6.90%,20.70%,27.60%,31.03%和37.93%,即K s随铁改性生物炭施加量增大而逐渐减小。(2)不同处理的Pb^(2+)浓度达到平衡时的总历时比CK分别延长了1.79,13.00,34.98,35.34,40.81 h,随铁改性生物炭施加量增加,重金属初始和完全穿透时间明显推迟。(3)两区模型(TRM)和对流-弥散方程(CDE)的拟合曲线均能与实测曲线较好吻合,但TRM的决定系数(R^(2))大于CDE,均方根误差(RMSE)小于CDE,因此TRM的模拟精度更高。[结论]土壤中施加铁改性生物炭能较好地减缓重金属的运移过程,对调控土壤中重金属运移及防止地下水污染具有重要作用。 展开更多
关键词 改性生物 溶质运移 Pb^(2+) 两区模型 对流-弥散方程
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生物炭载纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中的萘
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作者 黄孔月 张淇翔 +2 位作者 冯启言 周来 朱雪强 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1429-1437,共9页
生物炭载纳米零价铁(MBC@nZVI)活化过硫酸钠(PS)是土壤污染修复技术的研究热点,重点对MBC@nZVI活化PS降解土壤中的萘和MBC@nZVI、PS的扩散进行研究。采用批实验考察了MBC@nZVI+PS质量分数、水土比、有机质含量及苯对萘降解的影响;采用... 生物炭载纳米零价铁(MBC@nZVI)活化过硫酸钠(PS)是土壤污染修复技术的研究热点,重点对MBC@nZVI活化PS降解土壤中的萘和MBC@nZVI、PS的扩散进行研究。采用批实验考察了MBC@nZVI+PS质量分数、水土比、有机质含量及苯对萘降解的影响;采用砂箱实验研究了MBC@nZVI、PS在土壤中的扩散及萘的降解。结果表明,水土比为0.50 mL∶1.00 g时,MBC@nZVI+PS的质量分数增加到2.0%,萘的降解率可提高到87.7%;有机质质量分数为1.0%时萘降解速率最快;苯浓度越高对萘的降解抑制程度越明显。MBC@nZVI活化PS体系能有效修复注射管周围半径5 cm,深度6 cm区域内的萘污染土壤;MBC@nZVI和Fe 2+的迁移受限是萘降解的主要限制因素。研究结果可为MBC@nZVI活化PS技术在有机污染土壤修复中的工程应用提供参考。 展开更多
关键词 土壤 生物纳米零价 过硫酸钠
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基于废弃茄科植物的纳米铁/生物炭制备及其对含铬(Ⅵ)废水的吸附净化研究
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作者 桂超 宋晨浩 +4 位作者 钱文敏 刘泽 张伟 文瀚 陈玉保 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第18期253-261,共9页
利用农业废弃物烟梗为原料,选用两种改性方法制备改性生物炭,对比前体混合法和共沉淀法制备的生物炭对铬的吸附效果。利用SEM、EDS、FT-IR、BET、XRD、TEM对生物炭进行表征。探究反应pH、反应时间、Cr(Ⅵ)初始浓度、生物炭添加量等单因... 利用农业废弃物烟梗为原料,选用两种改性方法制备改性生物炭,对比前体混合法和共沉淀法制备的生物炭对铬的吸附效果。利用SEM、EDS、FT-IR、BET、XRD、TEM对生物炭进行表征。探究反应pH、反应时间、Cr(Ⅵ)初始浓度、生物炭添加量等单因素对生物炭吸附效果的影响,同时利用动力学模型和等温吸附模型等拟合参数。结果表明:pH=2时,生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附效果最好,反应时间为4 h时对Cr(Ⅵ)的吸附接近饱和,Cr(Ⅵ)初始浓度越低吸附效果越好,生物炭添加量在0.1 g时吸附效果接近饱和更利于节约成本。Fe_(2)SO_(4)改性的生物炭对Cr(Ⅵ)的去除率高达97%,吸附过程更接近准二级动力学模型和Langmuir模型,吸附理论值也更接近实际值。 展开更多
关键词 烟梗废弃物 纳米改性 动力学 生物
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铁改性生物炭用于农村生活污水磷的高效去除 被引量:1
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作者 纳云 马巍 +2 位作者 李娜 刘陆 陈荣志 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期31-38,共8页
以玉米秸秆为原料制备生物炭,通过与铁盐混合共热解制得铁改性生物炭(BC-Fe)。通过SEM、XRD、XPS和比表面积分析(BET)等表征手段探究了改性生物炭的形貌和结构特性。同时,吸附实验研究了该改性生物炭对磷的吸附特性与影响因素。结果表明... 以玉米秸秆为原料制备生物炭,通过与铁盐混合共热解制得铁改性生物炭(BC-Fe)。通过SEM、XRD、XPS和比表面积分析(BET)等表征手段探究了改性生物炭的形貌和结构特性。同时,吸附实验研究了该改性生物炭对磷的吸附特性与影响因素。结果表明,经铁改性的BC-Fe21具有最优异的磷酸盐吸附能力,在pH为5~11的范围内均展现出较好的除磷效果,说明BC-Fe21具有广泛的pH适应性。吸附动力学模型和等温吸附模型拟合结果显示,其吸附过程符合准二级动力学模型(R^(2)=0.97)和Langmuir等温吸附模型(R^(2)=0.98),说明BC-Fe21的对磷的吸附过程主要是单层化学吸附,且其最大理论吸附量为45.57 mg/g;共存阴离子实验表明SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)对BC-Fe21的吸附性能影响较小,而HCO_(3)^(-)的影响明显。XPS与Fe浸出实验表明BC-Fe21表面稳定存在的Fe^(Ⅱ)/Fe^(Ⅲ)物种是水体磷酸盐去除的主要贡献者,其主要通过与磷酸盐的直接配位作用去除水体中的磷。本研究为农村水环境污染的削减和废弃物的再利用提供了一条可行途径。 展开更多
关键词 农村生活污水 磷吸附 生物 改性 再利用
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