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铁改性生物炭对啤酒废水厌氧消化产甲烷的促进作用研究

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材料导报 2018年第20期32卷 3634-3637,3653页

作者：叶俊沛张盼月仙光张光明中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 北京林业大学环境科学与工程学院北京100083 中国人民大学环境学院北京100872

啤酒生产过程中产生的大量高COD废水必需经过有效处理,达到标准后才能排放或二次循环利用。本研究以固体废弃物杨木木屑作为原料,经过载铁改性后,在550℃条件下热解,制备了铁改性生物炭(Fe/C)和未改性生物炭(BC),研究了它们对啤酒废水... 详细信息

啤酒生产过程中产生的大量高COD废水必需经过有效处理,达到标准后才能排放或二次循环利用。本研究以固体废弃物杨木木屑作为原料,经过载铁改性后,在550℃条件下热解,制备了铁改性生物炭(Fe/C)和未改性生物炭(BC),研究了它们对啤酒废水厌氧消化产甲烷的影响。实验结果表明,BC和Fe/C能够明显将产甲烷迟滞期缩短33%。BC和Fe/C的产甲烷对数期分别为40h和14h,虽然BC产气对数期比Fe/C长,但Fe/C在对数期的产甲烷速率明显高于BC,因此Fe/C的甲烷产量明显高于BC的甲烷产量。经过48h厌氧消化后,对比空白组,Fe/C和BC的最大产气量分别提高了81.36%和70.28%,说明Fe/C和BC能够明显促进啤酒废水产甲烷。傅里叶红外转换光谱(FT-IR)表明,BC和Fe/C中脂肪烃官能团在厌氧消化前后发生明显偏移,同时生物炭对微生物具有吸附作用。XRD谱中,厌氧消化前后BC中无机相对应的峰位减弱,说明厌氧消化过程中生物炭中灰分溶出,这可能是BC对厌氧消化过程有促进作用的原因。Fe/C中铁氧化物等无机组分的存在,促进了厌氧消化过程。

关键词：铁改性生物炭啤酒废水厌氧消化

铁改性生物炭强化生物滞留系统融雪径流中有机氮去除效能的研究

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环境科学学报 2024年第10期44卷 197-205页

作者：陈友媛王丹王磊张孝桢李雪薇赵昊昀李晓涵刘恒阳中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室 266100 中国市政工程华北设计研究总院有限公司天津300000

在城市雨水径流中,溶解性有机氮(DON)约占总氮含量的47%,大量DON排入水体会造成城市水体黑臭,同时冬季融雪剂会抑制DON转化,导致DON去除率较低.本研究通过向生物滞留系统填料中添加铁改性生物炭(FBC),探讨添加融雪剂和不同运行条件对DO... 详细信息

在城市雨水径流中,溶解性有机氮(DON)约占总氮含量的47%,大量DON排入水体会造成城市水体黑臭,同时冬季融雪剂会抑制DON转化,导致DON去除率较低.本研究通过向生物滞留系统填料中添加铁改性生物炭(FBC),探讨添加融雪剂和不同运行条件对DON去除效率及机制的影响.结果表明,FBC显著提升了生物滞留系统对DON的去除能力.FBC组在未添加融雪剂,且降雨时长为60 min,降雨强度为60mL·min^(-1)时,对DON的去除率可达78.23%,比石英砂组提高了24.60%.添加融雪剂抑制了DON的去除效果,在此运行条件下,去除率降低了15.85%.此外,FBC通过表面氧化铁活性官能团及Fe^(3+)的作用,促进细菌产生了更多的蛋白酶、脲酶、脱氢酶、硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶等氮循环相关酶,酶活性比石英砂组提高了23.16%~572.8%,从而促进了DON的转化.总体而言,将FBC加入生物滞留系统的填料层,能够吸附部分DON,同时促进DON矿化,在融雪剂胁迫下,FBC吸附Na^(+),缓解了融雪剂对氮素转化的抑制作用,实现了DON的高效去除.该研究为冬季生物滞留系统去除融雪径流中DON提供了理论依据.

关键词：生物滞留系统铁改性生物炭融雪剂有机氮矿化

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铁改性生物炭对水稻土中砷/铁还原的影响

农业环境科学学报 2022年第4期41卷 755-764页

作者：何璇钱子妍吴川崔梦倩薛生国中南大学冶金与环境学院长沙410083

为探讨铁改性生物炭对水稻土中砷(As)/铁(Fe)形态转化的影响,本研究以湖南某矿区周边As污染稻田土壤为研究对象,研究对照组(CK)、生物炭(CS)、铁改性生物炭(CFS)和蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS,AS)4个处理对As/Fe形态转化及微生物群落结构的... 详细信息

为探讨铁改性生物炭对水稻土中砷(As)/铁(Fe)形态转化的影响,本研究以湖南某矿区周边As污染稻田土壤为研究对象,研究对照组(CK)、生物炭(CS)、铁改性生物炭(CFS)和蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS,AS)4个处理对As/Fe形态转化及微生物群落结构的影响。结果表明:培养至49 d时,各处理中释放的As(Ⅲ)浓度为CS(383.6μg·L^(-1))>AS(335.7μg·L^(-1))>CK(296.9μg·L^(-1))>CFS(109.7μg·L^(-1));Fe(Ⅱ)浓度为CFS(166.3 mg·L^(-1))>AS(155.1 mg·L^(-1))>CS(123.8 mg·L^(-1))>CK(72.43 mg·L^(-1))。CK、CS、CFS、AS处理中溶解性有机碳(DOC)分别被利用了52.37%、56.96%、55.29%、53.52%;3个处理组液相层中DOC的腐殖化程度显著高于CK。16S rRNA基因测序结果表明,优势微生物为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi),约占细菌总量的70.0%;CFS处理组中As/Fe还原菌(Clostridium、Geobacter和Anaeromyxobacter)的相对丰度显著高于其他处理。研究表明,施加铁改性生物炭会改变DOC的生物利用性及微生物群落结构,从而调控水稻土中As(V)/Fe(Ⅲ)的还原,为水稻土As污染修复提供理论基础。

关键词：铁改性生物炭水稻土砷铁溶解性有机碳微生物群落结构

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铁改性生物炭的制备及其在重金属污染土壤修复技术中的应用进展

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环境工程学报 2022年第12期16卷 4018-4036,F0002页

作者：宋佩佩马文静王军谢慧高晓禹艾仕云山东农业大学资源与环境学院土肥高效利用国家工程研究中心山东省高校农业环境重点实验室泰安271018 山东农业大学化学与材料科学学院泰安271018

生物炭已被广泛应用于修复重金属污染土壤,但粒径大、力学性能差、吸附点位较少等缺点限制了其应用。由铁基化合物和生物炭制备的铁改性生物炭,可优化生物炭的性能,弥补生物炭修复能力的不足,表现出良好的重金属钝化效果。综述了铁改性... 详细信息

生物炭已被广泛应用于修复重金属污染土壤,但粒径大、力学性能差、吸附点位较少等缺点限制了其应用。由铁基化合物和生物炭制备的铁改性生物炭,可优化生物炭的性能,弥补生物炭修复能力的不足,表现出良好的重金属钝化效果。综述了铁改性生物炭的制备方法,以及该材料对重金属污染土壤修复的研究进展:介绍了铁改性生物炭的制备方法和常用表征手段;总结了制备及修复过程中的主要影响因素(原材料、温度、投加量、修复时间等);从静电作用、离子交换、络合、氧化还原、共沉淀作用等方面阐明了铁改性生物炭对重金属的固定化机制;分析了施用铁改性生物炭对土壤微生态的影响;最后指出了铁改性生物炭材料在应用中可能存在的问题。以期为铁改性生物炭在重金属污染土壤修复中的应用提供理论依据。

关键词：铁改性生物炭重金属土壤修复固定化机制微生态

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铁改性生物炭制备及其对磷的吸附和有效性

植物营养与肥料学报 2024年第9期30卷 1782-1793页

作者：苏杨冼卓慧张俊涛广州市林业和园林科学研究院/广东省计量认证实验室/广州市生态园林科技协同创新中心广东广州510405

【目的】受自身理化性质的影响,普通生物炭对磷的吸附能力较差。本研究尝试通过铁改性提升生物炭的磷吸附能力,以增强磷的固储能力,减轻土壤磷流失带来的环境风险。【方法】供试生物炭包括核桃壳炭(WSB)、水稻秸秆炭(RSB)和木质炭(WB)。... 详细信息

【目的】受自身理化性质的影响,普通生物炭对磷的吸附能力较差。本研究尝试通过铁改性提升生物炭的磷吸附能力,以增强磷的固储能力,减轻土壤磷流失带来的环境风险。【方法】供试生物炭包括核桃壳炭(WSB)、水稻秸秆炭(RSB)和木质炭(WB)。将10 g生物炭浸泡于1 mol/L HCl中1 h,用蒸馏水洗涤至滤液呈中性后烘干,然后加入到1 mol/L的FeCl3溶液中,设置铁与生物炭的质量比分别为0.28、0.56、0.84,经静置、过滤、烘干、煅烧后,得到铁改性生物炭,分别记为WSB-0.28、WSB-0.56、WSB-0.84、RSB-0.28、RSB-0.56、RSB-0.84、WB-0.28、WB-0.56、WB-0.84。采用扫描电子显微镜、能谱仪、傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪、全自动比表面积、孔径测试仪和元素分析仪分别对改性生物炭进行表征测定,并分别以2%、4%、6%的比例(质量比)添加至土壤中进行磷的吸附解吸试验,选取磷调控能力较好的生物炭进行矮牵牛栽培试验。【结果】Fe2O3成功地负载到3种生物炭表面,改性后生物炭的吸附位点显著增多,特别是WSB-0.28对磷的吸附能力显著高于WSB。土壤对磷吸附量随铁改性生物炭添加量增加而增加,在相同添加量下,土壤磷吸附量排序为铁改性水稻秸秆炭>铁改性木质炭>铁改性核桃壳炭(WSB-0.28除外),而铁改性木质炭对土壤磷的解吸量和解吸率高于其他生物炭。盆栽试验结果表明,富磷铁改性核桃壳炭可增加矮牵牛幼苗根、叶生物量,并提升叶片叶绿素含量及开花量。【结论】铁改性可提升生物炭对磷的吸附能力,增强土壤固磷作用,提高土壤磷素供给,促进植物生长。因此,铁改性生物炭可作为一种新型炭基缓释肥料应用于城市绿地土壤中,固磷增效,减轻土壤磷流失的环境风险。

关键词：铁改性生物炭矮牵牛土壤磷磷吸附磷解吸

铁改性生物炭对黄绵土Pb^(2+)运移过程影响及模型分析

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水土保持研究 2024年第6期31卷 213-220,229页

作者：马成凤白一茹袁成马艳王幼奇宁夏大学生态环境学院银川750021 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地银川750021 宁夏大学地理科学与规划学院银川750021

[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... 详细信息

[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。

关键词：铁改性生物炭溶质运移 Pb^(2+) 两区模型对流-弥散方程

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铁改性生物炭对磷的吸附及磷形态的变化特征

农业环境科学学报 2014年第9期33卷 1817-1822页

作者：蒋旭涛迟杰天津大学环境科学与工程学院天津300072 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

利用农作物残体小麦秸秆为原料制备生物炭,并用氯化铁溶液改性,考察了改性后生物炭元素组成和表面官能团的变化、改性和吸附后生物炭中磷形态变化特征以及溶液初始pH的影响,分析了铁改性生物炭对磷的吸附机理。结果表明,生物炭经氯化铁... 详细信息

利用农作物残体小麦秸秆为原料制备生物炭,并用氯化铁溶液改性,考察了改性后生物炭元素组成和表面官能团的变化、改性和吸附后生物炭中磷形态变化特征以及溶液初始pH的影响,分析了铁改性生物炭对磷的吸附机理。结果表明,生物炭经氯化铁溶液改性后C的质量分数大幅下降,O和Fe的质量分数大幅上升;表面的羧基含量增加,碱性官能团含量显著降低。铁改性使生物炭对磷的吸附平衡时间由改性前的60 min增至120 min;铁改性后,生物炭的理论最大吸附量为10.1 mg·g-1,是改性前的19.4倍。改性前生物炭对磷的吸附主要是物理吸附,表现为交换态磷含量大幅增加,占吸附总量的82.1%;而铁改性生物炭主要是化学吸附,表现为铁结合态磷的增幅最大,占吸附总量的66.7%,交换态磷仅占26.6%。随溶液初始pH的增加,铁改性生物炭对磷的去除率先增加后下降,pH=7时去除率最高,去除率随pH的变化与交换态磷含量密切相关;随着pH升高,铁结合态磷有向闭蓄态磷转化的趋势。

关键词：铁改性生物炭吸附磷形态 pH

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铁改性生物炭对几种染料的吸附机理研究

环境化学 2023年第11期42卷 3928-3939页

作者：周淑红张博文卫嘉华王雪彭其安蔡亚君武汉纺织大学武汉430200 纺织印染清洁生产教育部工程研究中心武汉430200

本文以生物炭为原料,经氧化亚铁硫杆菌生物沥滤,将离子态的铁负载到生物炭上再进行二次热解,制备出铁改性生物炭材料(FeBC).开展该材料对三苯基甲烷、偶氮和噻嗪类染料等典型染料进行吸附试验,考察材料投加量、染料浓度以及温度因素对... 详细信息

本文以生物炭为原料,经氧化亚铁硫杆菌生物沥滤,将离子态的铁负载到生物炭上再进行二次热解,制备出铁改性生物炭材料(FeBC).开展该材料对三苯基甲烷、偶氮和噻嗪类染料等典型染料进行吸附试验,考察材料投加量、染料浓度以及温度因素对染料去除的影响,利用XRD、FT-IR、XPS和BET等分析方法对FeBC进行表征并做吸附动力学模型和等温吸附模型拟合.结果表明,FeBC负载了Fe_(3)O_(4)后表面官能团和孔隙结构更加丰富.FeBC对几种染料的吸附结果符合一阶动力学方程和Langmuir等温吸附模型,证明FeBC对染料的去除是以物理吸附为主的单分子层吸附过程;染料去除率与初始浓度呈极显著负相关(P改性后对不同染料吸附量提高达302.2%-409.5%.该研究为新型炭改性材料在染料废水中的处理提供了新思路.

关键词：铁改性生物炭染料废水吸附

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铁改性生物炭吸附初雨中氮磷的试验研究

环境科学与技术 2022年第7期45卷 78-86页

作者：何琨姜应和周龙韩旻沂金建华武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 湖南省交通规划勘察设计院有限公司湖南长沙410000 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司湖北武汉430071

将制备的铁负载改性生物炭(Fe-BC)用于初期雨水径流中低浓度氮磷的吸附去除,旨在寻求经济高效的氮磷吸附材料。文章采用傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对Fe-BC进行了表征,发现有晶体结构产生和Fe-O官能团出现。... 详细信息

将制备的铁负载改性生物炭(Fe-BC)用于初期雨水径流中低浓度氮磷的吸附去除,旨在寻求经济高效的氮磷吸附材料。文章采用傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对Fe-BC进行了表征,发现有晶体结构产生和Fe-O官能团出现。通过吸附动力学、等温吸附、吸附热力学试验对Fe-BC吸附氮磷的机理进行了探究。结果表明,Fe-BC与NO_(3)^(-)-N的结合方式主要是外层络合物,吸附过程与准二级动力学模型和Freundlich模型的拟合度较高,以物理吸附为主,是自发、熵增的放热反应,不同温度下理论最大吸附量为2.83~5.70 mg/g;与PO_(4)^(3-)-P的结合则主要通过形成内层络合物实现,吸附过程符合准二级动力学模型和Temkin模型,以化学吸附为主,是自发、熵增的吸热反应,不同温度下理论最大吸附量为1.78~2.19 mg/g。

关键词：铁改性生物炭磷酸根硝酸根吸附模型吸附机理