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热解温度和添加剂对污泥炭重金属稳定性及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响

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热解温度和添加剂对污泥炭重金属稳定性及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的影...

作者：田玉玲长安大学

学位级别：硕士

污泥炭具有成本低廉、制作简单、孔隙结构发达等特点,在吸附领域具有广阔的应用前景。但由于热解过程中大部分重金属将富集于污泥炭内,使得污泥炭存在潜在生态风险,给污泥炭的吸附应用带来一定的影响和限制。因此研究关于热解条件、添... 详细信息

污泥炭具有成本低廉、制作简单、孔隙结构发达等特点,在吸附领域具有广阔的应用前景。但由于热解过程中大部分重金属将富集于污泥炭内,使得污泥炭存在潜在生态风险,给污泥炭的吸附应用带来一定的影响和限制。因此研究关于热解条件、添加剂对重金属富集机制以及稳定性能的影响,对于污泥炭的实际利用具有重要的理论和实践意义。本文重点探讨热解温度和添加剂对污泥炭理化性质和重金属稳定性的影响及其作用机理,并以水体中代表性污染物Cr(Ⅵ)为例,研究污泥炭应用于Cr(Ⅵ)吸附的吸附效果并揭示其吸附机理。通过研究发现:(1)随着热解温度由400℃升高至600℃,污泥炭产率由64.52%降至49.25%,比表面积由2.04m·g增至12.48 m·g,H/C原子比由SS中的1.92降至BC600中的0.36,有机物的裂解更彻底,孔隙结构得到改善,芳香化程度显著提高。相较于SS,BC400、BC500和BC600中各重金属均出现不同程度富集,当热解温度为500℃时,BC500中各重金属处于易迁移态(F1+F2)含量最低,RAC风险值最小。综合污泥炭的产率、比表面积大小、热解处理成本以及重金属稳定效果等因素考虑,500℃为污泥热解制备污泥炭的最佳温度。(2)随着添加剂的引入,BC-Ca、BC-Fe和BC-RM产率分别由BC500的57.43%降至45.23%、48.18%和46.24%,比表面积分别由BC500的8.35 m·g增至24.18 m·g、13.20 m·g和18.62 m·g,各改性污泥炭中有机物的裂解程度较BC500进一步增大,孔隙结构得到显著改善。BC-Ca中Pb、Mn和Cu的(F1+F2)比例较BC500中略有下降,而F4比例分别由BC500中的38.08%、6.98%和1.09%增至51.11%、12.53%和3.20%,三种改性污泥炭中BC-Ca的各重金属元素处于稳定态(F3+F4)比例最大,RAC值最小,生态风险最低。综合改性污泥炭产率、比表面积大小以及重金属稳定效果等因素考虑,Ca O作为添加剂的改性效果最佳。(3)热解温度和添加剂对污泥炭的Cr(Ⅵ)吸附性能有重要影响,其中不同温度下制得的污泥炭对Cr(Ⅵ)的理论饱和吸附容量大小关系表现为BC600>BC500>BC400,由大到小分别为15.86 mg·g、14.51 mg·g和11.73 mg·g,热解温度越高,制得污泥炭的吸附效果越好;Ca O作为吸附剂时的改性作用最佳,当热解温度为500℃时,改性污泥炭对Cr(Ⅵ)的理论饱和吸附容量大小关系表现为BC-Ca>BC-RM>BC-Fe,由大到小分别为17.49 mg·g、16.55 mg·g和15.23 mg·g,相较于BC500分别增大20.54%、4.96%和14.06%。各污泥炭对Cr(Ⅵ)吸附均符合Langmuir方程和拟二级动力学模型,吸附方式均主要为外部液膜扩散、表面吸附和粒子间扩散等,吸附速率均主要受化学吸附机理控制。

关键词：污泥炭添加剂重金属稳定性热解温度 Cr(Ⅵ)吸附

热解温度对污泥碳基材料表面性质及吸附性能的影响

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环境工程学报 2019年第11期13卷 2711-2721页

作者：杨招艺陶家林王瑞露张伟军王东升中国地质大学环境学院武汉430074 北京环球中科水务科技有限公司北京100085 中国科学院生态环境研究中心水质学国家重点实验室北京100085

以市政污泥为原料,在300、400、500、600、700和800℃无氧气氛下,热解制备了污泥基生物炭。采用BET、SEM、XPS、FT-IR对不同热解温度下污泥炭进行了表征分析;研究了不同热解温度下污泥炭对污水中有机物的吸附效果和动力学;探究了热解温... 详细信息

以市政污泥为原料,在300、400、500、600、700和800℃无氧气氛下,热解制备了污泥基生物炭。采用BET、SEM、XPS、FT-IR对不同热解温度下污泥炭进行了表征分析;研究了不同热解温度下污泥炭对污水中有机物的吸附效果和动力学;探究了热解温度对污泥炭微观调控下吸附实际水体中有机物的匹配机质。结果表明,随热解温度的升高,C—H、C—C结合比例降低,C=C、C—O=C比例升高,芳香化程度增加,且比表面积、孔容及表面粗超度均有所增加,1~2 nm微孔比例增多,介孔向微孔发展趋势逐渐明显。800℃热解温度条件下制备的污泥炭对二沉池出水中有机物的吸附效果优于其他温度下制备的污泥炭。吸附温度为298.15 K时,最大吸附容量为282.5 mg·g^-1,且符合准二级吸附动力学。高温下制备的污泥炭对水体中腐殖酸和富里酸具有较强的吸附效能。这主要是由于表面丰富的含氧官能团、芳香键与腐殖酸和富里酸发生了氢键、化学键缔合作用和π-π共轭作用,同时污泥碳表面发达的孔隙结构和较大的比表面积也提供了更多的活性结合位点,促进了污染物的吸附。

关键词：污泥基生物炭热解温度吸附有机物

热解温度对CuZnAl催化剂CO加氢制备低碳醇性能的影响

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天然气化工—C1化学与化工 2022年第1期47卷 51-58页

作者：张思敏栾春晖黄伟太原理工大学化学化工学院山西太原030024 太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室山西太原030024

将完全液相法与热解法结合制备了CuZnAl催化剂,并在固定床反应器上进行了CO加氢制备低碳醇活性评价,结合XRD、XPS、O_(2)-TPO-MS、H_(2)-TPR、N_(2)吸/脱附以及NH;-TPD-MS表征手段,考察了热解温度对催化剂结构和性能的影响。结果表明,... 详细信息

将完全液相法与热解法结合制备了CuZnAl催化剂,并在固定床反应器上进行了CO加氢制备低碳醇活性评价,结合XRD、XPS、O_(2)-TPO-MS、H_(2)-TPR、N_(2)吸/脱附以及NH;-TPD-MS表征手段,考察了热解温度对催化剂结构和性能的影响。结果表明,随着热解温度的升高,Cu-Zn-Al间相互作用增强,Cu的电子向Zn和Al物种转移,Cu氧化程度增大;催化剂表面碳含量降低,弱酸中心数量减少,比表面积先升高后降低,CO转化率则与比表面积呈现顺变关系。700℃热解所制备催化剂上CO转化率最高,达到23.6%;总醇选择性则随热解温度的升高而下降,350℃热解所制备催化剂上总醇选择性最高,为41.9%。

关键词： CuZnAl催化剂热解温度低碳醇固定床合成气

热解温度诱导下污泥生物炭特性和吸附能力相关性

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深圳大学学报（理工版） 2020年第2期37卷 194-201页

作者：杨艳琴崔敏华任屹罡郭建超刘和江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122 郑州轻工业大学材料与化学工程学院环境污染治理与生态修复河南省协同创新中心河南郑州450002 江苏省水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009

为探讨不同热解温度下污泥生物炭性质与其对染料的吸附能力之间的内在关系,以城市污泥为原料,通过热解法在不同温度下(300~800℃)制备污泥生物炭,研究不同生物炭的特性及其对罗丹明B和亚甲蓝的吸附能力,并通过相关性分析探讨影响生物炭... 详细信息

为探讨不同热解温度下污泥生物炭性质与其对染料的吸附能力之间的内在关系,以城市污泥为原料,通过热解法在不同温度下(300~800℃)制备污泥生物炭,研究不同生物炭的特性及其对罗丹明B和亚甲蓝的吸附能力,并通过相关性分析探讨影响生物炭吸附能力的主要因素.结果表明:热解温度显著影响生物炭理化性质(P热解温度可导致生物炭碱性增大,产率、挥发分质量分数和有机碳质量分数逐渐下降;当热解温度为800℃时,生物炭对罗丹明B和亚甲蓝的吸附效果均达到最大值,分别为5.8 mg/g和5.7 mg/g;生物炭对罗丹明B和亚甲蓝吸附量与灰分质量分数显著正相关,但与有机碳质量分数、挥发分质量分数以及有机碳与氧质量分数比值w(O)/w(C)等显著负相关(P<0.05).因此,高温总体上有利于提高污泥生物炭对染料的吸附能力.

关键词：热解温度城市污泥污泥生物炭罗丹明B 亚甲蓝吸附能力

不同热解温度和升温速率下杨树枝条生物质炭产率和理化性质分析

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植物资源与环境学报 2023年第3期32卷 71-82,91页

作者：孙玲贾明云刘壮壮薛建辉于金平南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037 江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园)江苏省植物资源研究与利用重点实验室江苏南京210014

以杨树(Populus sp.)枝条为原材料,研究不同热解温度和升温速率下制备的生物质炭产率和理化性质的变化。结果表明:热解温度对杨树枝条生物质炭的产率,灰分含量,pH值,电导率,C、N、H、K、Ca、Na和Mg含量以及C/H比均有极显著(P<0.01)影响... 详细信息

以杨树(Populus sp.)枝条为原材料,研究不同热解温度和升温速率下制备的生物质炭产率和理化性质的变化。结果表明:热解温度对杨树枝条生物质炭的产率,灰分含量,pH值,电导率,C、N、H、K、Ca、Na和Mg含量以及C/H比均有极显著(P热解温度的升高而降低,热解温度700℃条件下的生物质炭产率较热解温度300℃降低了68.93%~70.76%;生物质炭的灰分含量、pH值和电导率总体随着热解温度的升高而升高。同一升温速率下,随着热解温度的升高,生物质炭C含量升高,N含量先升高后降低,H含量降低。与热解温度300℃相比较,热解温度700℃条件下的生物质炭C含量的增幅在50%以上,H含量的降幅在80%以上,差异达显著水平。同一升温速率下,生物质炭的K、Ca、Na和Mg含量总体随着热解温度的升高而升高,且热解温度700℃条件下这4个元素含量较热解温度300℃显著升高。同一升温速率下,随着热解温度的升高,生物质炭表面层状结构逐渐明显,比表面积和总孔容总体呈增大的趋势,平均孔径、微孔面积和微孔体积的变化趋势存在差异。总体上看,生物质炭的表面官能团种类在不同热解温度和升温速率下基本相同;随着热解温度的升高,-CH_(3)和-CH_(2)等官能团数量减少,C=C数量增加,生物质炭稳定性增加;随着升温速率的增加,-OH数量增加,C/H比下降,生物质炭稳定性下降。综上所述,热解温度400℃、升温速率10℃·min^(-1)条件下制备的杨树枝条生物质炭呈弱碱性,C和N含量损失较少,较适合改良碱性土壤;热解温度500℃~700℃条件下制备的生物质炭pH值、灰分含量以及K和Na含量较高,更适合改良酸性土壤;热解温度600℃和700℃条件下制备的生物质炭比表面积较高,适合改良重金属和有机物污染的土壤。

关键词：杨树枝条生物质炭热解温度升温速率产率理化性质

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热解温度对滤泥生物炭结构性质的影响

南方农业学报 2019年第9期50卷 2071-2077页

作者：刘法球周少基唐秋平向敏唐智光广西大学轻工与食品工程学院南宁530004 广西农村投资集团农业发展有限公司南宁530004

【目的】研究热解温度对滤泥生物炭性质特征的影响,为制糖废弃物处理提供参考依据。【方法】将滤泥置于200~600℃下热解制备生物炭,对生物炭进行工业分析、pH和元素含量测定,以及傅里叶红外光谱、扫描电镜、比表面积和碘值吸附分析。【... 详细信息

【目的】研究热解温度对滤泥生物炭性质特征的影响,为制糖废弃物处理提供参考依据。【方法】将滤泥置于200~600℃下热解制备生物炭,对生物炭进行工业分析、pH和元素含量测定,以及傅里叶红外光谱、扫描电镜、比表面积和碘值吸附分析。【结果】随着热解温度的升高,生物炭产率和挥发分含量下降、灰分含量上升,pH不断增加,表面的C-O和C-O-C等活性官能团及-CH3和-CH2逐渐消失,H/C、O/C和(N+O)/C的原子比降低,表明生物炭芳香性及稳定性增强,亲水性和极性减弱;生物炭的孔隙结构丰富,随着热解温度的升高,生物炭中孔隙数量增加,比表面积增大,孔径和孔容有所增加,对碘值的吸附能力持续上升,热解温度为500℃时,比表面积、孔容和对碘值吸附量均达最大值,分别为83.71m^2/g、0.027m^3/g和170.38mg/g。【结论】在500℃下热解制备滤泥生物炭,其产率相对较高,结构更稳定,且比表面积及孔容最大,对碘的吸附效果最佳,可作为一种优异的吸附材料。

关键词：滤泥生物炭热解温度热稳定性结构

热解温度对生物质炭性质及其在土壤中矿化的影响

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农业机械学报 2015年第6期46卷 183-192,200页

作者：赵世翔姬强李忠徽王旭东西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100

以苹果树修剪的枝条为原料,分别在300、400、500、600℃条件下热解制备生物质炭,在采用扫描电镜、红外光谱、物理化学吸附仪等手段研究其性质、结构差异的基础上,通过培养试验研究不同温度制备生物质炭的矿化特征及其对土壤有机碳组分... 详细信息

以苹果树修剪的枝条为原料,分别在300、400、500、600℃条件下热解制备生物质炭,在采用扫描电镜、红外光谱、物理化学吸附仪等手段研究其性质、结构差异的基础上,通过培养试验研究不同温度制备生物质炭的矿化特征及其对土壤有机碳组分的影响。结果表明,随着热解温度的升高,生物质炭的碳含量、比表面积及碱性官能团的含量增加,O、H及H/C、O/C和酸性官能团、总官能团的含量则降低,生物质炭的芳香族结构加强,稳定性升高。添加生物质炭可以增加土壤呼吸速率、微生物量碳（MBC）及可溶性有机碳（DOC）的含量,且随着添加比例的增加而增加,但随着热解温度的升高而降低。生物质炭的矿化率随着热解温度升高和添加比例增加而降低。利用双库模型揭示了生物质炭对土壤活性碳库、惰性碳库及其分解速率的影响。施用生物质炭后土壤有机碳的半衰期在24.09-44.76 a之间,且随生物质炭制备温度升高而增大。考虑到生物质炭制备过程中有机碳的损失,且从提升土壤有机碳含量方面考虑,500℃为制备苹果枝条生物质炭的最佳温度。

关键词：生物质炭热解温度呼吸速率微生物量碳半衰期

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热解温度对生物炭理化性质和吸湿性的影响

环境化学 2020年第7期39卷 2005-2012页

作者：赵越赵保卫刘辉李刘军张鑫兰州交通大学环境与市政工程学院兰州730000

土壤水分是动植物生长发育的基础,而在土壤中添加生物炭可以提高土壤的持水性能.生物炭影响土壤水分的机制除了通过影响土壤结构外,还与生物炭自身的结构和性质有关.本研究分别选取小麦、玉米和水稻秸秆,在300℃、500℃和700℃条件下限... 详细信息

土壤水分是动植物生长发育的基础,而在土壤中添加生物炭可以提高土壤的持水性能.生物炭影响土壤水分的机制除了通过影响土壤结构外,还与生物炭自身的结构和性质有关.本研究分别选取小麦、玉米和水稻秸秆,在300℃、500℃和700℃条件下限氧热解制得生物炭.通过对生物炭元素组成、比表面和红外光谱分析测定,对其表面结构、孔径和表面官能团等理化性质进行了表征,同时用重量法对生物炭的吸湿性进行测定.通过对生物炭理化性质的分析,初步探讨了热解温度对生物炭吸湿性的影响.结果表明,随着热解温度的上升,3种秸秆类生物炭都逐渐向芳构化趋势发展,极性、亲水性逐渐减弱.相同热解温度下玉米秆炭的BET比表面积最大,而微孔体积和平均孔径的大小为稻秆炭>玉米秆炭>麦秆炭.当热解温度升高时,BET比表面积和微孔体积迅速上升,平均孔径则逐渐减小.FTIR图谱表征表明,不同原料制得的生物炭在相同热解温度下的表面官能团种类相近.原料和热解温度对生物炭的吸湿性影响显著,相同热解温度下玉米秆炭的吸湿效果最好,300℃的玉米秆炭可达到的最大吸湿量为5.68%.300℃和700℃的热解温度更有利于生物炭吸收水分.不同的湿度会影响生物炭的吸湿量,300℃的玉米秆炭在70%湿度下的吸湿量要比50%时高2.18%.

关键词：生物炭热解温度理化性质吸湿性

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热解温度对浒苔基生物炭重金属特征的影响

环境科学与技术 2019年第12期42卷 163-167,172页

作者：缪诗超吴伟傅宇周筱田郭远明杨承虎浙江海洋大学海洋与渔业研究所浙江舟山316021 浙江省海洋水产研究所浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室浙江舟山316021

利用限氧控温炭化法制备浒苔基生物炭,探讨了不同热解温度(200、300、400、500和600℃)对生物炭产率、生物炭重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、As、Hg)总量及其水溶态重金属含量的影响。结果表明:生物炭产率随热解温度升高而降低。生物炭中Cu... 详细信息

利用限氧控温炭化法制备浒苔基生物炭,探讨了不同热解温度(200、300、400、500和600℃)对生物炭产率、生物炭重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、As、Hg)总量及其水溶态重金属含量的影响。结果表明:生物炭产率随热解温度升高而降低。生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb含量较原料均有显著增加,而As和Hg含量均低于原料。总体上热解碳化可促进浒苔基生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd及As的挥发迁移趋势,但Pb则呈现富集趋势。此外,生物炭水溶态重金属含量低于原料,且热解温度与水溶态重金属含量呈负相关性,表明热解过程可降低这些重金属的溶出。

关键词：热解温度浒苔生物炭重金属水溶态