牛糞生物炭的研究與發(fā)展

　　這篇生態(tài)工程師論文發(fā)表了牛糞生物炭的研究與發(fā)展，近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者采用熱化學(xué)的方法處理牛糞并將其制成生物炭，研究表明熱化學(xué)方法處理牛糞是一條具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重效益的有效途徑。國(guó)外學(xué)者也對(duì)牛糞生物炭的制備條件以及應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。

　　關(guān)鍵詞：生態(tài)工程師論文,牛糞;生物炭;研究現(xiàn)狀：發(fā)展前景

　　1 引言

　　牛糞是一種可再生生物質(zhì)原料，牛糞中各組分的含量不同于其它秸稈類生物質(zhì)。

　　2牛糞生物炭的性質(zhì)

　　牛糞生物炭是牛糞在無氧或者缺氧的條件下，經(jīng)過高溫?zé)峤?一般溫度<700℃)炭化產(chǎn)生的一種具有高度芳香化的難熔性物質(zhì)。牛糞生物炭主要由C、H、O、N、P元素組成，還含有少量的Mn、Zn、Cu等微量元素;生物炭的含炭量一般達(dá)到70%以上，并且具有高度芳香化結(jié)構(gòu)，含有大量的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)(羥基、羧基、羰基等)，這些性質(zhì)使生物炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)定性。

　　3牛糞生物炭的研究進(jìn)展

　　3.1 牛糞生物炭對(duì)水中氨氮的吸附特性

　　馬峰峰等以牛糞生物炭為吸附劑，研究了pH值、粒徑、投加量、溫度和共存陽離子等因素對(duì)牛糞生物炭吸附氨氮的影響及吸附特性。結(jié)果表明：共存陽離子Na+、Ca2+的存在對(duì)牛糞生物炭吸附氨氮有抑制作用，在Na+、Ca2+濃度相同條件下對(duì)氨氮吸附影響大小順序?yàn)镹a+>Ca2+;牛糞生物炭吸附氨氮的最佳初始pH值應(yīng)在5～8范圍;通過對(duì)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(R2=0. 9673)比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(R2=0. 7659)和Elovich方程(R2=0. 7249)能更好地?cái)M合動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛糞生物炭對(duì)氨氮的吸附包括表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散兩個(gè)過程.吸附等溫線擬合發(fā)現(xiàn)Freundlich方程(R2=0. 9762)能很好地描述氨氮在牛糞生物炭上的吸附行為.吉布斯自由能變化(△G)、焓變(△H)和熵變(△S)的計(jì)算結(jié)果表明，牛糞生物炭對(duì)氨氮的吸附是自發(fā)的吸熱過程.

　　3.2 牛糞生物炭對(duì)重金屬的吸附特性

　　王丹丹等為了考察以牛糞為原料制備的生物炭對(duì)水溶液中Cd2+的吸附效果，進(jìn)行了吸附影響因素、吸附等溫線和動(dòng)力學(xué)研究。結(jié)果表明，當(dāng)熱解溫度為700℃、投加量為20 g/l，、溶液初始pH值為5、水溶液Cd2+初始濃度為10 mg/L、吸附平衡時(shí)間為60 min和溶液溫度為25℃時(shí)，對(duì)Cd2+的吸附效果最佳，Cd2+去除率町達(dá)99%以上。提高溶液溫度有利于吸附。降低生物炭熱解溫度和投加量對(duì)吸附效果影響不人。Langmuir方程能更好地?cái)M合生物炭對(duì)Cd2+的吸附等溫過程，吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。牛糞生物炭是性能優(yōu)良、價(jià)格經(jīng)濟(jì)的水溶液中Cd2+的吸附劑。

　　3.3牛糞生物炭在土壤修復(fù)中的應(yīng)用

　　王丹丹等為了探討以牛糞為原材料制備的生物炭對(duì)重金屬鎘污染土壤的鈍化修復(fù)作用，采用人工模擬重金屬鎘污染上壤進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，研究分別添加在低溫300℃和高溫700℃條件下制備的牛糞生物炭，對(duì)重金屬鎘污染土壤pH值、鎘含量、鎘形態(tài)及供試作物中鎘含量的影響。結(jié)果顯示：高溫700℃制備的生物炭效果好于低溫300℃，與對(duì)照值(CK)相比，當(dāng)兩種牛糞生物炭添加量為10 g/kg時(shí)處理效果最佳，土壤pH值、鎘含量依次升高0.2和0.1、42. 2%和21. 84%，供試作物中鎘含量降低了71. 59%和51. 22%，酸可提取態(tài)鎘降低了21. 69%和22. 89%，殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量升高了51. 59%和77. 71%;牛糞生物炭添加量為2.5g/kg時(shí)，F(xiàn)e- Mn氧化結(jié)合態(tài)鎘、有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘含量降幅最大，分別為21.88%和14. 06%、31. 82%和12. 12%。牛糞生物炭對(duì)重金屬鎘污染土壤具有良好的鈍化修復(fù)效果。

　　3.4牛糞生物炭在堆肥中的應(yīng)用

　　謝振心等為研究生物炭對(duì)玉米秸稈堆肥中酶活性的影響，試驗(yàn)選用3%蔗渣生物質(zhì)炭(B)、3%小麥秸稈炭(W)、10%濾泥(L)、10%牛糞(N)及它們的不同組合為調(diào)理劑進(jìn)行玉米秸稈堆肥處理。分別在堆后20 d、60 d和110 d測(cè)定堆肥中的脲酶、中性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性。在堆肥前期，BLN處理中性磷酸酶活性較B處理提高了40. 72%～44. 29%，WLN處理較W處理提高了7.7 6%～17.15%;堆肥結(jié)束時(shí)，BL、BN和BLN脲酶活性較B處理分別降低67. 23%、51. 81%和47. 94%，WL、WN和WL\r較W處理降低7.14%～48. 21%。與B相比，BL、BN和BI，N轉(zhuǎn)化酶活性提高34. 18%、100. 38%和47. 43%;與W相比，WL、WN和WLN轉(zhuǎn)化酶活性提高了8.89% ～22. 35%。因此，添加B和W可使堆肥脲酶活性增加，添加BLN和WLN使得堆肥中性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性均升高，表明生物炭是提高堆肥酶活性的適宜調(diào)理劑。

　　4牛糞生物炭的前景展望

　　總結(jié)前人的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于牛糞生物炭的研究熱點(diǎn)主要集中于用作吸附劑去除水中的無機(jī)污染物，不管是對(duì)氨氮還是重金屬，均有較好的去除效果;將牛糞生物炭添加到土壤中，能有效鈍化其中的重金屬鎘，起到良好的修復(fù)效果;亦或者將其應(yīng)用于堆肥中，能顯著提高堆肥中酶的活性。因此，牛糞生物炭在環(huán)境污染修復(fù)中具有良好的應(yīng)用前景。

　　推薦閱讀：《環(huán)境》雜志創(chuàng)刊于1978年，是由廣東省環(huán)境保護(hù)宣傳教育中心主辦的環(huán)境科普月刊，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行，屬于國(guó)家雙效期刊。

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