農(nóng)村和城市固體廢物資源化：生物炭的制備及應用

目錄
前言
第1章 農(nóng)村和城市固體廢物資源化制備生物炭 1
引言 1
1.1 農(nóng)村和城市固體廢物概述 2
1.1.1 農(nóng)村固體廢物 2
1.1.2 城市固體廢物 3
1.1.3 處置現(xiàn)狀 4
1.2 生物炭制備方法 7
1.2.1 慢速熱解 8
1.2.2 快速熱解 8
1.2.3 微波熱解 10
1.2.4 閃速熱解 11
1.2.5 水熱碳化 12
1.3 生物炭改性方法 14
1.3.1 物理改性 14
1.3.2 化學改性 16
1.4 生物炭基納米復合材料制備 21
1.4.1 生物炭負載納米金屬氧化物/氫氧化物 22
1.4.2 生物炭負載磁性鐵氧化物 25
1.4.3 生物炭負載功能納米材料 26
1.5 小結(jié)與展望 27
參考文獻 28
第2章 生物炭的性質(zhì)與表征方法 39
引言 39
2.1 生物炭的微觀形貌與多孔結(jié)構(gòu) 39
2.2 生物炭的表面化學性質(zhì)分析 44
2.2.1 表面官能團 44
2.2.2 活性組分 46
2.3 生物炭的功能表征方法 48
2.3.1 元素分析儀 48
2.3.2 熱重分析 51
2.3.3 傅里葉變換紅外光譜 53
2.3.4 X射線光電子能譜 55
2.3.5 固體核磁共振技術(shù) 57
2.3.6 X射線衍射分析 57
2.3.7 pH計分析 58
2.3.8 Zeta電位儀分析 59
2.4 小結(jié)與展望 60
參考文獻 61
第3章 生物炭在水體污染物去除中的應用 72
引言 72
3.1 吸附 73
3.1.1 生物炭吸附重金屬行為與機理 73
3.1.2 生物炭吸附有機物行為與機理 77
3.1.3 影響生物炭吸附性能的因素 79
3.1.4 生物炭循環(huán)利用及其性能穩(wěn)定性 83
3.2 催化氧化還原 84
3.2.1 過氧化物氧化處理污染水體 85
3.2.2 光催化處理污染水體 94
3.2.3 電催化處理污染水體 97
3.2.4 影響生物炭催化性能的因素 99
3.2.5 生物炭催化處理污染水體的循環(huán)利用性及其性能穩(wěn)定性 102
3.3 生物濾池處理污染水體 104
3.3.1 生物炭與濾池中主要生物要素聯(lián)合作用機制 105
3.3.2 生物炭改良生物濾池處理水體中污染物 106
3.3.3 生物炭改良生物濾池處理水體中營養(yǎng)物質(zhì) 107
3.3.4 生物炭改良生物濾池處理污染水體的影響因素 108
3.4 小結(jié)與展望 109
參考文獻 110
第4章 生物炭在水體資源回收中的應用 120
引言 120
4.1 可利用生物炭回收的資源 120
4.1.1 溶質(zhì)組分 121
4.1.2 水資源 130
4.1.3 能源 133
4.2 水處理后資源回收的方法 134
4.2.1 磁性分離 134
4.2.2 制備成膜或填充材料 135
4.2.3 直接煅燒 135
4.2.4 溶劑萃取或洗脫 135
4.3 水資源回收中被回收資源的再利用 136
4.3.1 生物炭整體或提取液用作肥料 136
4.3.2 回收的水資源再利用 137
4.3.3 用作電極材料或催化劑 137
4.3.4 用于其他工業(yè)生產(chǎn) 137
4.4 在實際應用中存在的問題及未來趨勢 137
4.5 小結(jié)與展望 140
參考文獻 141
第5章 生物炭在土壤改良和修復中的應用 149
引言 149
5.1 生物炭施用對土壤基本理化性質(zhì)的影響 150
5.1.1 土壤質(zhì)地和團聚體 150
5.1.2 土壤孔隙度和透氣性 150
5.1.3 土壤持水性 151
5.1.4 土壤酸堿度 152
5.1.5 土壤陽離子交換量 153
5.2 生物炭施用對土壤營養(yǎng)元素的影響 153
5.2.1 生物炭自身的養(yǎng)分含量 153
5.2.2 生物炭對土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響 155
5.2.3 生物炭對土壤中養(yǎng)分淋溶的影響 156
5.3 生物炭施用對土壤微生物的影響 157
5.3.1 生物炭對土壤微生物生長的影響 159
5.3.2 生物炭對土壤微生物群落組成的影響 161
5.3.3 生物炭對土壤微生物生物多樣性的影響 162
5.4 生物炭施用對土壤動植物的影響 163
5.4.1 生物炭對土壤植物的影響 163
5.4.2 生物炭對土壤動物的影響 166
5.5 生物炭對土壤中重金屬污染的修復行為及機理 168
5.5.1 生物炭對土壤中重金屬形態(tài)的影響 169
5.5.2 生物炭對土壤中重金屬遷移歸趨和生物有效性的影響 170
5.6 生物炭對土壤中有機污染物的處理及防治 172
5.6.1 生物炭對有機污染物的吸附行為及機理 172
5.6.2 生物炭促進土壤中有機污染物降解行為及機理 174
5.6.3 生物炭對土壤中有機污染物遷移歸趨和生物有效性的影響 176
5.7 風化過程對生物炭修復污染土壤效能的影響 180
5.8 小結(jié)與展望 182
參考文獻 183
第6章 生物炭在河湖底泥原位修復中的應用 200
引言 200
6.1 生物炭的物理化學性質(zhì)對河湖濕地底泥修復的影響 202
6.1.1 生物炭的孔隙結(jié)構(gòu) 202
6.1.2 生物炭表面的官能團 203
6.1.3 生物炭的酸堿度和表面電荷 206
6.2 生物炭修復重金屬污染的河湖底泥 206
6.2.1 生物炭吸附底泥中的重金屬 207
6.2.2 生物炭改變重金屬在底泥水相/固相中分布 208
6.2.3 生物炭降低重金屬在底泥中的毒性 209
6.3 生物炭修復有機物污染的河湖底泥 211
6.3.1 生物炭吸附底泥中的有機物 212
6.3.2 生物炭催化降解底泥中的有機物 213
6.3.3 生物炭促進微生物降解底泥中的有機物 214
6.4 生物炭對河湖濕地底泥生態(tài)系統(tǒng)的作用 214
6.4.1 生物炭對微生物群落的作用 214
6.4.2 生物炭對底棲生物的作用 215
6.5 利用生物炭原位修復河湖濕地底泥的方式 216
6.5.1 生物炭和其他清潔材料結(jié)合 216
6.5.2 生物炭混合底泥 218
6.6 小結(jié)與展望 218
參考文獻 220
第7章 生物炭在固碳減排中的作用 229
引言 229
7.1 土壤生態(tài)系統(tǒng)中生物炭的固碳潛力及穩(wěn)定性 230
7.1.1 生物炭的固碳潛力研究 230
7.1.2 生物炭的穩(wěn)定性研究 232
7.2 生物炭與土壤碳循環(huán)的作用 238
7.2.1 土壤碳循環(huán) 238
7.2.2 生物炭與土壤CO2的作用 240
7.2.3 生物炭與土壤CH4的作用 243
7.3 生物炭與土壤氮循環(huán)的作用 246
7.4 小結(jié)與展望 251
參考文獻 252
第8章 生物炭在能源領域中的應用 262
引言 262
8.1 生物炭用于析氫儲氫 262
8.1.1 生物炭用于析氫 263
8.1.2 氫氣儲存 265
8.2 生物炭用于新興電池 266
8.2.1 燃料電池 266
8.2.2 鋰離子電池 270
8.2.3 鈉離子電池 272
8.2.4 鋰硫電池 275
8.3 生物炭用于超級電容器 279
8.4 小結(jié)與展望 284
參考文獻 285