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环境污染化学团队在热解生物炭/有机质的环境效应和环境应用方面取得系列进展

发布者:孙杰 发布时间:2022-05-12 浏览次数:328

进展1.系统明确了生物质热成烟气有机质的组成、性质及其对水环境中强疏水性污染物的增溶机制

 ①-生物质热成烟气有机质是大气气溶胶的重要组成,显著地影响着大气质量。然而,大气环境并非烟气有机质的最终归趋,进入大气的烟气有机质通过沉降最终进入到地表土壤和水体环境,并对地表环境产生影响。本课题组系统地分析了生物质热成烟气水溶性有机质的光谱特征,深入地明确了其与生物炭源可溶性有机质以及天然有机质的差异(图1),研究结果对于评估和预测生物质热成烟气水溶性有机质的土壤和水体环境效应具有重要意义。研究成果以“Spectral characteristics of dissolved organic carbon (DOC) derived from biomass pyrolysis: biochar-derived DOC versus smoke-derived DOC, and their differences from natural DOC为题发表于环境领域知名期刊ChemosphereIF: 7.086上。我院2021级博士研究生张惠颖为第一作者,陈卫锋副研究员和倪进治研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目和福建省自然科学基金的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134869

1. 生物质热成烟气有机质与生物炭源溶解性有机质及天然有机质的光谱特征差异

 ②-课题组分析了生物质热成烟气水溶性有机质潜在通量和不同分子量组成特征,探明了生物质热成烟气水溶性有机质进入水环境后对强疏水性有机污染物(芘和三氯卡班)的增溶机制(图2)。研究结果表明生物质热成烟气水溶性有机质不仅对大气产生危害,通过沉降进入地表水环境中后能够增强水体中污染物的可迁移性和潜在环境风险。研究成果以“Spectral characteristics of dissolved organic carbon derived from biomass-pyrogenic smoke (SDOC) in the aqueous environment and its solubilization effect on hydrophobic organic pollutants为题发表于环境领域自然指数期刊Water ResearchIF: 11.236。我院2021级博士研究生张惠颖和2019级硕士研究生吴亮为共同第一作者,陈卫锋副研究员为通讯作者,河南大学祁志冲副教授为共同通讯。该研究得到了国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117515

2. 生物质热成烟气有机质通量估算及其对水体中疏水性污染物的增溶效应


进展2.探明了不同热解气氛和温度协同调控对生物炭结构、性质及其产能效率和固碳潜力的影响

不同热解气氛包括空气限制、二氧化碳和氮气常用于制备生物炭。然而,不同热解气氛对生物炭性质及不同环境应用潜力的影响差异尚未明确。首先,本课题组通过多种表征手段(如:二维红外、X光电子能谱仪和拉曼光谱等)探明了不同热解气氛和热解温度协同调控对生物炭的化学键断裂和形成方式、含碳分子形态结构的影响规律和机制,研究成果以“The chemical compositions and carbon structures of pine sawdust- and wheat straw-derived biochars produced in air-limitation, carbon dioxide, and nitrogen atmospheres, and their variation with charring temperature为题发表于燃料能源领域知名期刊FuelIF: 6.609期刊,我院2020级硕士研究生余舒含为第一作者,陈卫锋副研究员为通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。其次,通过生物炭元素组成和热重分析评估了不同热解气氛和温度制备的生物炭的产能效率和固碳潜力(图3),研究成果以“The composition, energy, and carbon stability characteristics of biochars derived from thermo-conversion of biomass in air-limitation, CO2, and N2 at different temperatures为题发表于固废管理领域知名期刊Waste ManagementIF: 7.145期刊。研究结果在生物炭的性质优化和高效应用方面具有重要的指导意义。我院2019级硕士研究生吴亮为第一作者,陈卫锋副研究员为通讯作者,河南大学祁志冲副教授为共同通讯。该研究得到了国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122852

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.01.038

3. 不同气氛热解生物炭的产能效率和固碳潜力随热解温度的变化


进展3.研究了生物炭、碳纳米材料(碳点)和低分子量有机酸对重金属吸附和迁移的影响

-课题组研究了不同气氛热解的生物炭对重金属的吸附性能和机制(图4),研究结果对优化生物炭的性质并高效应用于水环境重金属修复具有指导意义。研究成果以“Sorption of Cd(II) and Ni(II) on biochars produced in nitrogen and air-limitation environments with various pyrolysis temperatures: Comparison in mechanism and performance为题发表于胶体科学期刊Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering AspectsIF: 4.539,福建师范大学为第一完成单位,陈卫锋副研究员为通讯作者,河南大学祁志冲副教授为共同通讯。该研究得到了国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.128100

4. 不同气氛热解生物炭对重金属的吸附性能和机制


-水环境中普遍存在的低分子量有机酸(LMWOA)可能会影响碳基纳米颗粒(例如碳点(CDs))和金属离子在饱和多孔介质中的共输运。本课题组研究了柠檬酸(一种典型的LMWOA)对CDs介导的Cd2+迁移的影响(图5)。结果表明,柠檬酸可以增强CDs促进的Cd2+转运,这是因为柠檬酸可以形成稳定的水溶性性非吸附金属-柠檬酸络合物。这项工作的发现为深入认识LMWOA和人工纳米胶体的联合作用对地下含水层中污染物迁移的影响提供了重要依据。研究成果以“Insights into the effect of citric acid on the carbon dot-mediated transport of Cd2+ through saturated porous media为题发表于环境领域知名期刊Environmental Science: NanoIF: 8.131期刊福建师范大学为第一完成单位,陈卫锋副研究员为通讯作者,河南大学祁志冲副教授为共同通讯。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1039/d2en00055e

5. 柠檬酸和碳点对Cd2+在多孔介质中迁移的协同影响


-水环境中普遍存在的低分子量有机酸(LMWOA)不同分子结构和络合能力可能会影响金属离子通过饱和多孔介质的迁移。本课题组研究了一系列不同类型LMWOAs对饱和多孔介质中重金属离子迁移的影响。结果表明,重金属的迁移能力与重金属-LMWOAs的络合稳定常数呈显著正相关(图6)。这项工作的发现为深入认识LMWOA介导的重金属在地下含水层中的迁移提供了重要科学依据。研究成果以“Enhanced transport of heavy metal ions by low-molecular-weight organic acids in saturated porous media: Link complex stability constants to heavy metal mobility为题发表于环境领域知名期刊ChemosphereIF: 7.086期刊。福建师范大学为合作完成单位,陈卫锋副研究员和河南大学祁志冲副教授为共同通讯。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.133339

6. 不同低分子量有机酸介导的重金属在多孔介质中的迁移



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