生物炭对磷石膏中磷的固化作用

磷石膏中的磷在雨水淋滤作用下浸出,将污染堆场附近水体。本研究采用生物炭固化磷石膏中的磷,以减少其对周遭水体的污染。主要通过模拟固化实验和对照浸出实验,分析生物炭用量、反应时间和温度、初始pH值对固化效果的影响,通过XRD、SEM-EDS分析固化后的生成物。实验结果显示,在生物炭用量为25 mg时,单位固化量达到最大值13.20 mg/g;在反应温度T=293 K、初始pH=7条件下,反应平衡时间72 h时浸出液的磷平衡浓度C_e= 1.40 mg/L;温度提升有助于提高生物炭的固化效果,当T=308 K时,浸出液的磷平衡浓度C_e=0.167 mg/L;碱性条件有利于固化反应持续进行,在pH=11条件下,浸出液的磷平衡浓度C_e=0.153 mg/L。实验结果表明生物炭对磷石膏中的磷具有明显的固化效果。磷石膏中的二水硫酸钙溶解后,Ca²⁺与表面带负电的生物炭结合,在生物炭显微结构的凹陷处,化学吸附溶液中的磷酸根生成了絮状、团簇状的羟基磷灰石(HAP)沉淀,从而使浸出磷得到有效控制。     

高温与冻融循环对水热炭和生物炭吸附污染物的影响

将农林废弃物通过不同碳化方式制备成水热炭或生物炭,用于土壤改良和环境污染修复,是当前研究和应用的热点领域.由于受到不同自然条件的长期影响,如环境温度变化,水热炭和生物炭会发生老化作用,从而影响其对污染物的吸附能力,因此,评估老化作用对碳化材料吸附能力的影响是一个重要的科学问题.采用高温和冻融循环2种加速老化方式模拟自然...     

Experimental study on the hydrological performance of green roofs in the application of novel biochar

Biochar has the potential to be a soil amendment in green roofs owing to its water retention, nutrient supply, and carbon sequestration application. The combined effects of biochar and vegetated soil on hydraulic performance (e.g., saturated hydraulic conductivity, retention and detention, and runoff delay) are the crucial factor for the application of the novel biochar in green roofs. Recent studies investigated soil water potential (i.e., suction) either on vegetated soil or on biochar-amended soil but rarely focused on their integrated application. With the purpose of investigating the hydraulic performance of green roofs in the application of biochar, the combined effect of biochar and vegetated soil on hydrological processes was explored. Artificial rainfall experiments were conducted on the four types of experimental soil columns, including natural soil, biochar-amended soil, vegetated natural soil, and vegetated biochar-amended soil. The surface ponding, bottom drainage and the volumetric water content were measured during the rainfall test. Simulation method by using HYDRUS-1D was adopted for estimating hydraulic parameters and developing modelling analysis. The results indicated that the saturated hydraulic conductivity of vegetated soil columns were higher than bare soil columns. The addition of biochar decreased the saturated hydraulic conductivity, and the magnitude of decrease was much significant in the case of vegetated soil. The influence of vegetation on permeability is more prominent than biochar. The vegetated biochar-amended soil has the highest retention and detention capacity, and shows a preferable runoff delay effect under heavy rain among the four soil columns. The results from the present study help to understand the hydrological processes in the green roof in the application of biochar, and imply that biochar can be an alternative soil amendment to improve the hydraulic performance.     

蔗渣生物质炭对喀斯特农田石灰性土壤氮转化过程的短期影响

生物质炭对于土壤中不同形态氮库的含量影响已有较多研究,但对西南喀斯特区石灰性土壤氮素形态,尤其是控制氮素形态的转化过程研究较为缺乏。本研究设置土壤中添加1%（C1）和3%（C2）蔗渣生物质炭2个用量水平,并以不施用蔗渣生物质炭作为对照（CK）,共3个处理,通过15NH4NO3和NH415NO3成对标记技术,结合MCMC氮素转化模型研究了不同用量的蔗渣生物质炭对石灰性土壤氮转化过程的短期影响,为该地区蔗渣资源化利用和土壤氮保持提供理论支撑。结果表明,与CK相比,添加蔗渣生物质炭能够快速提高土壤pH和有机碳含量。添加生物质炭并没有显著改变土壤氮的矿化、铵态氮（NH+4氮（NO-3物同化和异养硝化速率,但NH+4随生物质炭用量的增加而提高,以添加量最高的C2处理最大。添加生物质炭同样提高了土壤NH+4速率,但C1和C2处理的土壤NH+4放速率并无显著性差异。与CK和C1处理相比,施用高量蔗渣生物质炭通过抑制自养硝化速率而显著降低了硝态氮净产生速率。这些结果表明,施用高量蔗渣生物质炭于石灰性土壤中可快速实现对NH+4,降低自养硝化速率,减少NO-3,从而降低了其损耗和淋失风险。     

超声辅助酸提取-ICP-MS快速测定水产品中多种重金属

海洋环境中的重金属污染备受关注,准确测定海水中的痕量重金属,对保护海洋环境和人类健康具有重要意义。海水样品的高盐和重金属痕量浓度等特点给仪器分析带来巨大挑战,直接准确测定高盐基质中的低含量重金属元素是非常困难的,须经前处理去除海水中的大量盐分,并对待测元素进行富集,从而消除基体干扰,降低检出限。为实现海水中的痕量铅和铜的绿色分离与快速检测,本文采用吸附脱附的方式,将海水中铅和铜富集在椰壳生物炭上,再用超纯水反复冲洗生物炭,除去盐分基质,经硝酸溶解脱附,脱附液用0.45μm滤膜过滤后利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,建立了生物炭富集ICP-MS测定海水中铅和铜含量的方法。两种金属元素在0.10～100μg/L范围内线性关系良好,线性相关系数均大于0.9995。海水中铅和铜,方法检出限分别为0.005μg/L和0.006μg/L,测定下限分别为0.020μg/L和0.024μg/L,满足《海水、海洋沉积物和海洋生物质量评价技术规范》(HJ 1300—2023)规定的海水质量评价要求。海水样品加标回收率在96.1%～102.3%范围内,相对标准偏差小于5%。本方法操作简便、分析成本低、绿色环保,更适合于基层海洋监测应用,也可用于高矿化度基体样品的水质监测。

     

全吸力范围生物炭−黏土混合土的土−水特性

土−水特征曲线在研究非饱和土的水力与力学特性中发挥着重要的作用。生物炭具有多孔结构、高比表面积和强吸附的特性。将生物炭改性土应用于垃圾填埋场上覆盖层,因受自然环境因素的影响会使其水力特性发生改变。为了研究全吸力范围内生物炭掺量对生物炭−黏土混合土保水特性的影响,利用蒸汽平衡法（吸力范围 3～368 MPa）、滤纸法（吸力范围 0 ～40 MPa）和压力板法（吸力范围 0～1.5 MPa）控制土样的吸力,测定吸力平衡后土样的含水率和饱和度,得到全吸力范围内生物炭−黏土混合土的土−水特征曲线。试验结果表明：（1）3种吸力测试方法很好地表达了生物炭−黏土混合土全吸力范围内的土−水特征曲线。（2）生物炭能够影响黏土的保水性,但在一定的吸力范围内,生物炭−黏土混合土的保水性还与孔隙结构和孔隙中水的形态相关。（3）通过压力板法测得,试样的进气值随着生物炭掺量的增加而减小。当吸力值小于进气值时,曲线出现水平段,土样始终处于饱和状态,生物炭掺量越大,试样的保水性越好。（4）由生物炭−黏土混合土微观孔隙结构以及生物炭在黏土中的分布形态来解释生物炭改性黏土的保水能力随生物炭掺量的变化关系。     

生物炭对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N2O排放的影响

岩溶区黄龙病柑橘园土壤氮转化存在特殊性。土壤改良剂生物炭对岩溶区黄龙病柑橘园土壤N2O排放的影响及其微生物调节途径目前尚不清楚。本文通过室内培育试验研究了生物炭添加对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N2O排放、土壤氮素净硝化率/矿化率、硝化和反硝化功能基因的影响及其相互关系。结果表明, 添加生物炭改变了土壤氮素净硝化率/矿化率、反硝化相关功能基因nosZ和硝化相关功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的丰度, 添加量为2%时是多数指标增长的峰值, 与对照差异显著。添加生物炭降低了岩溶区脐橙园土壤N2O的平均排放速率和累积排放量, 但各处理间差异不显著。DCA排序显示生物炭添加不同处理N2O的排放速率主要受NH+ 4-N含量、nirK丰度、nosZ丰度的负向影响, NO– 3-N含量和AOA-amoA丰度的正向影响。若要进一步提升生物炭对该土壤的减排效果, 应注意提升土壤NH+ 4-N水平和反硝化相关功能基因丰度, 抑制土壤NO– 3-N水平和硝化相关功能基因AOA-amoA的丰度。本研究结果可为岩溶区黄龙病柑橘园土壤N2O减排及调节机制研究提供借鉴。     

基于生物炭技术的农作物秸秆收购半径与收集站设置的数学模型

生物炭是酸性土壤修复的重要新型材料,生物炭技术是农作物秸秆开发利用的新兴技术,而农作物秸秆收集半径和收集站设置是影响农作物秸秆生物炭技术应用的关键因素,假设在农作物秸秆均匀分布的圆形区域建设生物炭生产基地,对影响生物炭生产基地效益的农作物秸秆收购半径进行分析,建立了"农作物秸秆收购半径数学模型",获得其最优收购半径为R=(a-c)/b(其中为单a位质量农作物秸秆相关收益,b为单位质量单位距离农作物秸秆运输费用,c为单位质量农作物秸秆变动成本)。同时进一步分析,建立了"农作物秸秆收集站位置设置数学模型",假设从收集站向生产基地运输单位质量单位距离农作物秸秆费用q比其直接运输至生产基地费用b节约50%时(即q/b=0.5),获得其最优位置为0.49R (其中R为收购半径)。收购半径和收集站模型的建立,为我国北方农业主产区农作物秸秆收集利用提供参考。     

磷酸活化茶渣生物炭对铅的吸附性能影响和吸附机理研究

为综合利用工业茶渣,并探明磷酸浓度对生物炭表面特性及铅吸附性能的影响,本文以工业茶渣制备的生物炭为研究对象,通过SEM、FTIR、XPS、XRD等表征手段和吸附动力学、吸附热力学模型拟合等吸附实验研究了不同磷酸浓度下生物炭的表面特性和铅吸附性能。研究表明,当磷酸浓度为50%时生物炭羧基和偏磷酸基团含量最高,不溶性晶体分解最完全,对Pb(II)有最佳吸附性能,最大吸附容量达到188.68 mg·g^-1,且经盐酸解吸后可多次循环使用。其吸附机理主要为表面络合和沉淀。研究结果表明,浓度50%的磷酸对生物炭具有最佳的活化效果,磷酸活化茶渣生物炭对铅具有优异的吸附性能。