摘要：文章将锌空气电池科研项目成果转化为综合实验项目,基于氧气电催化还原反应原理,设计了碳化豆芽衍生的杂原子掺杂多孔碳,对其作为锌空气电池阴极的性能进行了研究,并提出多维考核和交叉互评机制。该实验涉及材料、生物、化学、能源等多学科知识,从电子结构、传质扩散、内在导电性等方面设计和调控催化性能,能够使学生了解生物碳制备和锌空气电池应用知识,掌握显微和谱学表征设备的使用方法。将科研成果反哺教学,有利于激发学生对科学研究的兴趣,锻炼批判性思维和科研创新能力。

摘要：以玉米秸秆为原材料,采用限氧裂解法于350℃下制备了不同粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-60.77、BC-71.07、BC-101.9,数字代表样品的中值径μm),研究颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响.结果表明:生物碳的颗粒粒径对核素锶的吸附速率和吸附容量均有显著影响.生物碳对锶的吸附动力学符合准二级动力学模型(R2,0.99),颗粒最细的BC-9.31吸附速率最大(4.48 mg·g^(-1)·h^(-1)).随着颗粒粒径的增加,锶的吸附速率呈指数降低,其吸附速率差异高达20倍.生物碳对锶的吸附等温曲线符合准Langmuir模型(R2,0.94~0.99),饱和吸附容量为9.09~23.81 mg·g^(-1).随着粒径的增大,锶的吸附容量先降低后增高又降低,粒径最小的BC-9.31(23.81 mg·g^(-1))吸附容量最大,吸附容量最小的则是BC-60.77(9.09 mg·g^(-1)),两者相差2.6倍.pH对生物碳吸附锶具有重要影响.在溶液pH值较低时(1.93~4.74),对锶的吸附去除率急剧增加(3.94~9.17倍);而pH值较高时(4.74~11.85),吸附去除率缓慢提高(1.11~1.68倍).pH值也是颗粒粒径影响的重要参数,随pH值增加颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响程度显著减小.生物碳极性指数与锶饱和吸附量和吸附速率均呈正相关关系,表明极性官能团是锶的重要吸附位点.

摘要：以水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法制备了不同温度(100～700℃)的秸秆生物碳,用TG-DTG热重分析、CHNO元素分析、FTIR、BET-N2比表面及孔径分布等手段表征生物碳的组成与结构,研究生物碳吸附水中硝基苯、对硝基甲苯、萘、菲等有机污染物的性能及影响因素,探讨其作用机制及构-效关系,试图为高效利用废弃农业秸秆资源、制备廉价的有机物吸附材料提供理论依据.结果表明,水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分,随着裂解温度升高,生物碳中有机组分的含碳量逐渐升高、极性减弱、芳香性增强,而无机矿物组分的相对含量则不断增加;当裂解温度从300℃升至400℃时,比表面积突然增大(0.16→110m·2g-1)、微孔结构被打开,主要由于水稻秸秆中纤维素组分大量分解所致.水稻秸秆生物碳吸附有机污染物的主要介质为有机组分,等温吸附曲线符合Freundlich方程,回归参数N、logKf与生物碳的芳香性指数(H/C原子比)呈良好的线性关系;定量描述了分配作用和表面吸附作用的相对贡献.随碳化温度升高,等温吸附曲线由线性变为非线性,吸附机制从分配作用→分配作用+表面吸附作用→表面吸附作用;分配作用部分与有机污染物的logKow呈正相关,而表面吸附则与污染物的疏水性、分子尺寸及其与生物碳的极性匹配性有关.

摘要：【目的】生物碳有很强的固碳能力,同时还可以改善土壤肥力,促进作物生长,提高养分利用效率。因此,本研究探究在不同施氮水平下棉花秸秆和棉花秸秆制备的生物碳还田对棉花产量及氮肥利用率的影响。【方法】采用2因素3水平完全设计田间试验方法。不同碳源处理为:棉花秸秆(ST,12 t/hm2)、棉花秸秆制备的生物碳(BC,4.5 t/hm2)和不施碳对照(CK),棉花秸秆和生物碳为等碳量(C 1.2 t/hm2)施用;3个氮肥用量水平为N:0、300、450 kg/hm2(N0、N300、N450)。在棉花盛蕾期、初花期、盛花期、盛铃期、吐絮期采集植株样品,测定植株干物质重、氮素吸收量,在棉花吐絮期测定棉花产量。【结果】1)施用秸秆和生物碳均能显著增加棉花干物质重,促进棉花植株氮素吸收。在低氮肥水平下(N0),秸秆和生物碳处理间棉花干物质重、氮素吸收量差异不显著;在中氮肥水平下(N300),秸秆和生物碳处理棉花干物质差异不大,但生物碳处理氮素吸收量显著高于秸秆处理;在高氮肥水平下(N450),生物碳处理的棉花干物质重、氮素吸收均要显著高于秸秆处理。2)施用秸秆和生物碳均能显著增加棉花产量。在低氮肥水平下(N0),秸秆和生物碳处理的棉花产量差异不显著;而在中氮肥和高氮肥水平下(N300、N450),生物碳处理的棉花产量均显著高于秸秆处理。3)施用秸秆和生物碳处理的氮肥利用率在中氮肥水平下(N300)分别较对照增加12.2%和26.8%;在高氮肥水平下(N450),施用生物碳处理的棉花氮肥利用率较对照增加18.8%,而秸秆处理与对照差异不显著。【结论】生物碳和氮肥合理配施可以促进棉花生长,提高棉花产量,明显增加氮肥利用率。

摘要：以玉米秸秆为原材料,在350℃下采用限氧裂解法制备了4种粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-71.07、BC-101.90,数字代表样品的中值径,单位μm),对比研究了15℃、25℃、35℃、45℃下生物碳对锶的吸附行为,旨在阐明生物碳粒径和溶液温度对生物碳吸附锶的耦合影响。结果表明:生物碳粒径和溶液温度对等温吸附曲线的基本特征影响较小,Freundlich模型能较好地拟合吸附过程(R2=0.915~0.997,N=0.513~0.745);生物碳吸附锶是以熵驱动为主的物理吸附过程,熵变ΔS为75.66~99.43 J/(mol·K),焓变ΔH为18.18~25.84 k J/mol;生物碳对锶的吸附性能大体与溶液温度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关,同时颗粒粒径与溶液温度存在耦合影响;生物碳粒径越小,锶吸附过程受温度影响越小;温度越高,锶吸附受粒径影响越小。

摘要：该研究探讨了不同土壤改良措施在森林生态系统恢复中的应用效果并通过试验设计和数据分析,评估了施用有机肥料、添加生物碳和进行土壤覆盖对土壤性质、植被生长、土壤微生物群落和养分含量的影响。试验结果表明,这些改良措施能够提高土壤质量和改善生态环境,促进植被生长、水循环和碳循环等,提高生态系统的稳定性和抗干扰能力,为生态系统的可持续发展和生态功能的恢复提供了重要支撑。

摘要：不同原材料和热解条件制备的生物炭含盐量不同,在土壤中若不能正确施加,其可能会对植物生长产生不良影响,而电导率可表征生物炭中可溶性盐含量的多少,可为生物炭的正确施加提供准确依据。本文将选用杉木木屑、水稻秸秆、玉米秸秆、鸡粪等典型的四种农业废弃生物质材料,采用正交实验设计,以不同热解温度、热解时间制备生物炭,并以不同炭水质量比测定生物炭电导率,结果表明:热解温度和炭水比对生物炭电导率具有显著性。在250℃~300℃,生物碳电导率降低;300℃~650℃,生物碳电导率升高,其中在350℃~450℃,水稻和鸡粪变化幅度最快,增幅分别为40.56%、48.24%;在450℃~550℃木屑和玉米增幅最快,分别为97.53%、87.74%。随炭水比的增大(1/200~1/20),电导率单调性升高,其中从1/50增加到1/20时,电导率变化最快,且四种生物碳电导率关系为鸡粪>稻草>玉米秸秆>木屑。该研究结果将为生物碳电导率的规范分析及改善土壤理化性质等方面奠定一定的工作基础。

摘要：用玉米芯制备生物碳,并通过批处理平衡试验,分析了生物碳对Cd2+的吸附热力学、吸附动力学以及影响其吸附的因素,结果表明:生物碳的产率随着热解温度升高逐渐降低且其颜色呈现红棕色-浅黑色-黑色-深黑色变化,其对Cd2+的吸附在12 h达到平衡,吸附量随着p H的升高而增加,该吸附反应在常温下是自发进行的,反应更符合Langmuir模型,动力学更符合准二级动力学模型.

摘要：利用不同生物质为原料,热解法制备出生物碳,对比选出花生壳生物碳,并在其表面负载Fe3O4磁性材料处理水中四环素。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)等手段表征了磁性花生壳生物碳特征,并研究了吸附动力学、等温线特性以及各种影响去除效果的因素。通过此综合实验,使学生建立"以废治废"理念,并掌握用废弃物制备吸附剂的方法、材料表征技术和污染物的调控方法。此外,注重理论与实际结合,提高学生的创新意识达到学以致用的目的。

摘要：江苏虹桥染色有限公司采用混凝沉淀-水解-接触氧化-生物碳工艺处理染色废水,设计规模为1200m3/d,进水pH=6.70,CODCr=495mg/L,BOD5=129mg/L,SS=120mg/L,色度=200倍。经处理后,出水pH=7.20,CODCr=84mg/L,BOD5=21.7mg/L,SS=49mg/L,色度=16倍。