不同炭化温度制备的蚕丝被废弃物生物炭对重金属Cd2+的吸附性能

以蚕丝被废弃物为原料,在300、500和700 ℃高温缺氧条件下热解炭化制备成3种生物炭(BC300、BC500和BC700).利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪等对其理化性质进行表征,并研究了不同温度下制备的生物炭对溶液中Cd²⁺的吸附特性.结果表明: 随着炭化温度上升,BET比表面积、pH、灰分均增大,生物炭表面形态结构越来越不规则.XRD结果显示:不同温度下获得的生物炭中均含有一定量的方解石,FT-IR光谱图上的峰主要为-OH和方解石典型的吸收峰;pH对生物炭吸附Cd²⁺的影响不大;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对Cd²⁺的吸附等温过程,其最大吸附量分别为25.61、52.41和91.07 mg·g^-1.3种生物炭对Cd²⁺吸附过程均更符合准二级动力学方程,且BC700对Cd²⁺的吸附效果最佳.进一步研究离子浓度及阳离子共存对BC700吸附Cd²⁺的影响,结果显示: NaCl浓度越高,对Cd²⁺的吸附抑制越明显;共存阳离子中,Ca²⁺和Mg²⁺对Cd²⁺的吸附抑制更明显,而K⁺几乎无影响.因此,以蚕丝被废弃物制备的生物炭作为去除水体中Cd²⁺的吸附剂具有较强的应用潜力.     

酸洗处理沙棘籽生物炭对尼泊金乙酯的等温吸附特性研究

为使中药产业废弃物沙棘籽得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于300、400、500℃条件下制备生物炭并用盐酸酸洗处理后得到吸附剂,以去除废水中的尼泊金乙酯。吸附实验结果表明,废水中尼泊金酯的初始浓度、沙棘籽生物炭的制备温度、吸附温度等因素均能影响沙棘籽生物炭对尼泊金酯的吸附效果。3种温度制备的沙棘籽生物炭对尼泊金酯的吸附能力表现为BC400>BC500>BC300。生物炭对尼泊金酯的等温吸附线符合Langmuir模式和Freundlich模式。     

耐镉真菌Paecilomyces lilacinus 6-20p对Cd~(2+)的吸附特性研究

开展了一株高耐镉真菌Paecilomyces lilacinus 6-20p对Cd~(2+)的吸附效果及影响因素的研究。结果表明获取Paecilomyces lilacinus 6-20p最大生长量的培养时间为108 h。Paecilomyces lilacinus 6-20p对培养液中Cd~(2+)的去除率随pH、培养温度、培养时间呈现先增高后降低的趋势,对Cd~(2+)吸附的最佳条件为pH 3.5,30℃培养108 h。培养液中Cd~(2+)初始浓度小于35.2 mg/L时,Paecilomyces lilacinus 6-20p的生长未受到抑制。当Cd~(2+)浓度大于35.2 mg/L时,其对培养液中Cd~(2+)的去除率随Cd~(2+)初始浓度增加而降低。pH、培养温度、培养时间以及Cd~(2+)初始浓度等因素均能显著影响Paecilomyces lilacinus 6-20p对Cd~(2+)的吸附效果,在菌株应用过程中应充分考虑这些因素。     

丝状真菌生物富集重金属废水的研究进展

重金属废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。丝状真菌生物富集重金属是处理废水的一种重要的方法,近十几年来一直是研究热点。首先介绍了去除废水中重金属的常规方法 :化学沉淀法、离子交换法和吸附法的优缺点。尤其是生物吸附法的独特优点:吸附剂材料廉价,耗费少,吸附重金属离子效率高,适用条件广,生物体吸附剂可重复使用,特别适合于微量重金属废水的处理;其次,介绍了应用到富集重金属的丝状真菌种类,如根霉(Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cr5+)、毛霉(Pb~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+))、曲霉(Pb~(2+))、木霉(Zn~(2+)、Pb~(2+))和担子菌(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+))等都在重金属废水中取得较理想的效果;介绍了生物富集重金属的机理,主要是细胞外、细胞表面和细胞内富集重金属离子的机理;最后介绍了影响生物富集重金属效果的几种因素:p H值、重金属离子初始浓度和吸附剂的比例、富集温度、共存离子,展望了丝状真菌富集重金属的研究,旨为推广丝状真菌在富集重金属废水中的应用,并为即将投入新品种的丝状真菌富集重金属的研究奠定基础。     

玉米秸秆生物炭制备及结构特性分析

为了高效、经济、环保地解决华北平原地区玉米秸秆处置问题并寻求有效途径,该研究以玉米秸秆为原料,采用限氧裂解法在不同温度(200℃、300℃、400℃、500℃)下制备生物炭,并对生物炭的热解动力学、结构形貌、元素组成、比表面积、孔径分布、官能团等理化特征进行了分析表征。结果表明:不同裂解温度制备的生物炭具有不同的差热曲线,其官能团的组成也存在差异,这表明了样品中不同生物质的热解反应过程。随着热解温度的升高,生物炭产率、氢和氧含量下降,同时H/C和(O+N)/C比值也降低,而碳和氮含量却升高,说明生物炭芳香性增强,亲水性和极性减弱,性质趋于稳定。生物炭热重曲线和差热曲线分为三个过程,热解温度高时失重比例低,曲线趋向平缓。生物炭的比表面积、微孔比表面积、中孔体积和微孔体积随着热解温度的升高而增大,但最可几孔径却减小,吸附能力增强。综上所述,400℃的温度制备生物炭,其产率相对较高、结构最稳定、吸附性能最佳,有助于最大程序的利用农业废弃物资源、降低耗能,提高农产品附加值。     

活体微藻吸附水体中Cd2+的性能特征

【目的】藻类对重金属吸附和吸收是重金属进入食物链的重要渠道之一。研究活体微藻对水体中Cd~(2+)的吸附性能和吸附机理,旨在为Cd~(2+)等重金属离子进入水体后的去向及去除提供理论依据。【方法】选取地表水普遍存在的4种微藻:钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)作为试验材料,通过室内模拟实验,利用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)3种等温吸附模型,研究4种活体微藻对Cd~(2+)的吸附规律及吸附参数。【结果】4种微藻对水体Cd~(2+)吸附均可以用Langmuir、Freundlich和D-R模型描述,其中用Langmuir模型拟合钝顶螺旋藻、Freundlich模型拟合小球衣藻、D-R模型拟合铜绿微囊藻和四尾栅藻的吸附效果最佳。四尾栅藻对Cd~(2+)的吸附量最高,而钝顶螺旋藻对Cd~(2+)的吸附量最低,但与Cd~(2+)的亲和力最强,4种微藻吸附Cd~(2+)主要是以离子代换为主的化学吸附。【结论】微藻对Cd~(2+)均有较强的吸附能力,会引起以微藻为食的水生动物Cd~(2+)富集;微藻也是去除水体Cd~(2+)的潜在吸附剂原料。     

秸秆生物炭对尼泊金乙酯的吸附特性研究

为促进秸秆的资源化利用,该研究以甘蔗渣、茄子秸秆、玉米芯为材料,采用慢速热解技术于500℃条件下制备甘蔗渣生物炭(SBC)、茄子秸秆生物炭(EBC)、玉米芯生物炭(CBC),检测其去除水中尼泊金乙酯的特性。结果表明:(1)生物炭的制备原料显著影响其对尼泊金乙酯的吸附效果,三种秸秆制备的生物炭对尼泊金乙酯的吸附能力表现为SBC>EBC>CBC;此外,水中尼泊金乙酯的初始浓度、吸附温度和时间等因素均能影响吸附效果。(2)三种生物炭对尼泊金乙酯的去除率随尼泊金乙酯初始浓度的增加而降低,高温有利于吸附;45℃下尼泊金乙酯初始浓度为30mg·L^-1时,甘蔗渣生物炭(SBC)对尼泊金乙酯的去除率最高,达99.7%;反应在最开始的120min内增加迅速,经过270min达到吸附平衡。(3)生物炭对尼泊金乙酯的等温吸附线符合Langmuir模式和Freundlich模式。这为农业秸秆废弃物应用于尼泊金乙酯等有机污染物的去除提供了理论依据。     

镧改性虾壳低温热解制备的生物炭对池塘养殖废水磷吸附的研究

为提高生物炭对磷的去除效果和将厨余废弃物的资源化利用,文章以废弃虾壳为原料,用NaOH将LaCl₃以La(OH)₃沉淀形式附着在虾壳表面,进行热解得镧改性生物炭(CSLa)。采用XRF、SEM、BET、FTIR和XRD对改性前后的生物炭表征分析。采用吸附等温线模型和吸附动力学模型拟合生物炭的吸磷特征。研究了改性剂用量、初始pH、共存干扰离子对生物炭吸附磷的影响。结果表明镧化合物负载在生物炭表面,对磷吸附能力明显提高,最大理论吸附量为160.51 mg/g,与CS400磷最大吸附量(100.60 mg/g)相比约提高60%。在低浓度或高浓度磷溶液条件下,CSLa对磷吸附量和去除率均高于CS400,在实际水产养殖废水中更实用。吸附过程主要受化学吸附、颗粒内扩散控制。有关机理分析的结论表明表面沉淀作用、静电吸引、配体交换和内层络合作用是CSLa吸附磷的主要机理。CSLa更适合在弱酸性环境中除磷,不过在碱性环境条件下其吸附量也比较高。HCO₃^-和CO₃^2-对CSL...     

河南华溪蟹金属硫蛋白的GST融合表达及工程菌吸附重金属的研究

目的:构建河南华溪蟹金属硫蛋白(MT)的GST融合表达系统,诱导其可溶性表达,并检测转MT工程菌吸附重金属的能力。方法:采用基因工程技术,将河南华溪蟹MT的cDNA克隆至原核表达载体pGEX-6p-1,转化大肠杆菌BL21(DE3),SDS-PAGE鉴定融合蛋白的表达。在此基础上采用火焰原子吸收分光光度计测定工程菌对重金属离子Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)的吸附能力。结果:pGEX-6p-1-MT重组质粒构建成功,SDS-PAGE分析表明GST-MT为可溶性表达,表达菌体对3种重金属的生物吸附能力均显著高于空菌体(P0.01)。结论:实现了华溪蟹MT的GST融合表达,转MT工程菌对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)具有显著吸附作用,且对Cd~(2+)的吸附作用最强。     

皂化麦麸对锌的吸附性能

以麦麸制备生物吸附剂研究其对重金属Zn~(2+)的吸附作用。利用DPS软件进行回归正交试验,分析pH、麦麸生物吸附剂加入量、温度、初始Zn~(2+)浓度和吸附时间对吸附率影响,得出最佳吸附条件,与活性炭、麦麸纤维吸附效果作比较,对皂化麦麸进行解吸;同时研究等温吸附和吸附动力学,电镜和傅立叶红外光谱图研究吸附机理。吸附时间3 h、加入量0.2 g、pH值9、70℃、Zn~(2+)溶液浓度为80 mg/L时,吸附率达最大值,且低浓度时,麦麸生物吸附剂吸附效果优于活性炭与麦麸纤维,至少可以进行四次重复利用。麦麸生物吸附剂对Zn~(2+)吸附符合Freundich等温式,更适合拟二级动力学模型,即符合多分子层多位点物理化学混合吸附。SEM知皂化麦麸有明显褶皱,疏松多孔,表面积增大;FTIR分析出,麦麸生物吸附剂含-OH、-NH-、-C≡C-、-C≡N等多个官能团,对吸附过程起到很大的作用。     

一株耐Cd菌株的分离、鉴定及基本特性

【目的】从活性污泥中筛选耐镉(Cd)菌株,并研究其生长特性及对溶液中Cd~(2+)吸附的最佳条件,以期为重金属Cd污染水体的微生物修复提供菌株资源和应用技术参考。【方法】采用平板划线法,从活性污泥中分离、筛选、驯化出耐Cd菌株,通过16SrRNA基因序列分析及溶血试验、蛋白质毒素结晶试验进行初步鉴定,并采用单因素实验优化菌株的培养条件,通过正交实验确定菌粉吸附溶液中Cd~(2+)的最佳条件,同时利用SEM-EDS及FTIR分析探讨菌粉吸附Cd~(2+)的机理。【结果】经分离、驯化得到1株耐Cd细菌菌株,命名为H6,初步鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus),最大Cd~(2+)耐受浓度为350 mg/L。菌株H6的最佳生长条件为:pH 6.0–8.0,温度28°C,转速120–210 r/min,接种量1%–5%;菌株H6在生长过程中,培养液pH值先稍微下降然后不断上升。菌粉吸附Cd~(2+)的正交优化条件为:菌粉用量0.125 g/L,吸附时间2 h,pH 5.0,温度30°C,此条件下吸附量为205 mg/g。SEM-EDS分析和红外光谱(FTIR)分析表明,在吸附过程中主要作用基团有羟基、羧基、羰基、酰胺基和烷基,此外,Ca~(2+)与Cd~(2+)发生了离子交换。【结论】从活性污泥中分离出的菌株H6,初步鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus),是1株具有较强Cd~(2+)吸附能力的细菌菌株。     

真菌发酵有效提升秸秆炭有机污染物吸附性能

【背景】我国农业废弃秸秆存量大，微生物发酵无法实现其彻底转化，仍造成二次污染和资源浪费的问题。秸秆发酵废弃物可经热解炭化制备吸附剂用于水体有机污染物的高效去除。【目的】探究以秸秆发酵废弃物为原料所制备秸秆炭对有机污染物的去除效率，明确发酵过程对秸秆炭吸附性能的影响及机制，为水体有机污染物的高效去除和秸秆发酵废弃物的再利用提供参考。【方法】以丝状真菌里氏木霉QM6a和棘孢木霉T-1为发酵菌株，分别对小麦和水稻秸秆进行固态发酵，发酵残渣经热解炭化后用于吸附典型有机偶氮染料亚甲基蓝(methylene blue, MB)。【结果】发酵处理可缩短吸附平衡时间，有效提高小麦秸秆炭对MB的吸附效率，但对水稻秸秆炭吸附性能无明显提升作用。棘孢木霉T-1发酵的小麦秸秆经600℃热解所得秸秆炭(BaWS600)对MB(50mg/L)的吸附效率较天然秸秆炭(BWS600)提高53.6%。准二级动力学模型可有效模拟吸附过程，BaWS 600的平衡吸附量比BWS 600和BWS 800高119.4%和299.4%。Freundlich模型可较好描述等温吸附过程，表明MB在秸秆炭表面的吸附为多分子层吸附。秸秆发...     

耐镉甲基营养芽胞杆菌吸附条件的优化及其抗逆性

【目的】对所筛选的1株耐镉甲基营养芽胞杆菌NTGB29进行了环境抗逆性的研究,及影响菌株吸附镉离子效率的条件优化。【方法】以发酵液活菌数为指标,研究其对不同NaCl浓度、酸碱度、镉离子浓度的耐受情况;进一步通过单因素实验和响应面法优化影响菌株镉离子吸附效率的发酵条件;以有效镉离子含量为指标,验证菌株在镉污染土壤中的吸附效果。【结果】结果表明,菌株NTGB29对NaCl浓度、酸碱度、Cd~(2+)浓度的最大耐受值分别为10%、pH11.0、50mg/L;菌株在发酵液初始Cd~(2+)浓度10 mg/L、起始pH 6.4、培养温度37°C、NaCl浓度4.2%、装液量50 mL/250 mL、培养时间24 h时,对Cd~(2+)的吸附率达到79.70%;菌株能有效降低镉污染土壤中的有效镉离子含量,吸附率为29.65%。【结论】菌株NTGB29在较高浓度Cd~(2+)浓度、NaCl浓度及强碱环境条件下仍然能够生长,具有良好的环境抗逆性及Cd~(2+)吸附能力,在镉污染土壤调理剂及微生物功能菌剂的研制方面能够提供有价值的菌种资源。     

四种吸附剂材料对镉去除及硬水软化的研究

以核桃壳和杏仁壳为原料, 经高温热解成生物炭再利用酸、碱修饰对其进行改性制备成吸附剂材料, 同时以矿物吸附剂(蛭石)和竹炭作为对比材料, 比较了四种改性吸附剂对镉(Cd), 以及对硬水中钙(Ca2+)、镁(Mg2+)的吸附性能, 考察了吸附剂投加量对Cd去除和硬水软化处理效果的影响, 初步探讨了吸附机制。结果表明: 果壳生物炭经酸碱改性后吸附能力显著提升。竹炭和杏仁壳炭对Cd的吸附效果相当(去除率分别为99.2%, 99.1%), 核桃壳炭次之(93.8%), 蛭石对Cd的去除受Cd浓度影响较大, 而杏仁壳可以净化不同程度Cd污染废水。核桃壳和杏仁壳炭对Ca2+和Mg2+的吸附能力强, 二者在最小投加量(1 g)时即可将水的硬度降至饮用水标准值(450 mg·L−1, 以CaCO3计)以下, 对Ca2+、Mg2+的去除率最高可达83.6%, 而竹炭和蛭石对硬水基本没有软化效果。因此, 改性果壳生物炭可用于低浓度污染饮用水深度净化处理, 在实际工艺设计时应根据参考水质标准特别考虑生物炭吸附剂的使用量。     

生物炭施用的固碳减排潜力及农田效应

气候变暖及粮食安全是保证人类可持续发展的重要课题。生物炭具有较高的稳定性、较高碳含量等特点,能增加土壤碳储量,提高土壤物理及化学性质,提高农田产出,能应对高温胁迫及土壤退化双重压力,具有一举多赢的生态环境效益,在缓解温室效应及粮食危机方面展现出巨大的潜力。综合前人研究成果,分析了生物炭固碳减排潜力及农田效应影响因素(包括:生物炭原料、制备温度、施用量、土壤类型等)。综合固碳减排及提高产出两方面因素,提出了较合适的生物炭施用标准,即300—700℃制备的农林废弃物生物炭,且施用量不超过5%。对生物炭固碳减排及田间效应领域未来的研究方向进行了展望。     

生物炭及其老化对农田NH3挥发及N2O排放的影响

生物炭具有减缓农田NH₃挥发和N₂O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱—气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH₃挥发和N₂O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(S_BET)、总孔容(V_t)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为：氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少...     

玉米芯热解制备多孔炭材料的研究进展

玉米芯作为典型的农业废弃物,是制备生物炭材料的优质原料之一。文章以玉米芯为研究对象,综述了玉米芯热解制备生物炭的研究进展,并对热解制备的玉米芯基生物炭理化特性的影响因素进行了分析,主要包括热解制备过程中的热解方式、热解温度、升温速率及改性方法等因素。研究表明,不同制备条件和改性方法对玉米芯生物炭的理化性质有着显著的影响。文章还对玉米芯生物炭的制备进行了展望,以期为玉米芯生物炭的规模化制备和利用提供借鉴与指导。     

生物质炭化还田对稻田温室气体排放及土壤理化性质的影响

通过水稻种植田间试验,研究了水稻秸秆直接还田、水稻秸秆与生活垃圾炭化后还田对稻田温室气体CH4、CO2和N2O排放及土壤理化性质和水稻产量的影响.结果表明:与直接还田相比,秸秆炭化后还田可显著降低稻田CH4和N2O的累积排放量,降幅分别为64.2%～78.5%和16.3%～18.4%.与不添加生物炭相比,无论种植水稻与否,添加秸秆炭和垃圾炭均显著降低了稻田N2O的累积排放量;不种植水稻情况下,添加垃圾炭显著降低了稻田CO2的累积排放量,降幅为25.3%.秸秆炭对提高稻田土壤pH和速效钾含量的作用优于垃圾炭.两种生物炭均能显著提高稻田土壤有机碳含量,但对土壤容重、全氮、有效磷、阳离子交换量及水稻籽粒产量均未产生显著影响.与秸秆直接还田相比,秸秆炭化后还田对水稻增产的效果更佳.     

不同来源生物炭对砷在土壤中吸附与解吸的影响

采用OECD Guideline 106批平衡方法研究了由凋落松针、玉米秸秆、牛粪制备的3种生物炭对As(Ⅴ)在棕壤中的吸附和解吸特性的影响.结果表明：3种生物炭的添加量为0.5%时,对As(Ⅴ)在土壤中的吸附量大小顺序为牛粪炭处理＞松针炭处理＞玉米秸秆炭处理,这与生物炭的基本性质密切相关;等温吸附曲线能用Langmuir方程进行很好的拟合(R² =0.997);与对照相比,生物炭处理对砷的吸附容量(lgK_f 为1.99～2.10)和吸附强度(1/N 为0413～0.449)降低,生物炭对As(Ⅴ)的主要吸附机制为物理吸附;生物炭处理对As(Ⅴ)解吸率大小顺序为：玉米秸秆炭处理＞松针炭处理＞牛粪炭处理,解吸率在14.5%～18.7%.添加3种来源生物炭降低了棕壤对As(Ⅴ)的吸附,这可能会导致砷的有效性增强,更易被生物吸收,进而增强土壤中砷的毒性.     

改性橙皮生物吸附剂的制备及对Pb(Ⅱ)的吸附研究

研究了橙皮对Pb~(2+)的吸附,分别采用H_3PO_4、NaOH、无水乙醇-NaOH、CaCl_(2 )-无水乙醇-NaOH等溶液对橙皮进行改性。探讨了吸附时间、吸附剂用量、吸附温度和溶液酸度对Pb~(2+)吸附效果的影响。并采用扫描电镜和红外光谱对改性橙皮形貌及其吸附Pb~(2+)前后进行表征。结果表明:四种改性橙皮中,以CaCl_(2 )-无水乙醇-NaOH为改性剂制备的改性橙皮对Pb~(2+)吸附效果最好;吸附时间120 min时,改性橙皮吸附剂对Pb~(2+)的吸附已达到饱和,最佳吸附温度为40℃,最佳吸附溶液酸度为pH=5.0;当Pb~(2+)初始浓度为200 mg/L时,吸附剂最佳投入量为0.15 g,此时吸附率达94.43%,吸附量为126.17 mg/g。改性橙皮对Pb~(2+)的吸附方式符合准二级动力学模型,通过Langmuir等温吸附方程模拟,改性橙皮的最大吸附量为156.98 mg/g。改性橙皮是性能良好、可重复使用、安全环保的生物吸附剂。