生物炭是由生物质在无氧或者缺氧条件下热处理得到的固体碳质材料，已广泛应用于土壤改良、作物增产、土壤修复、水污染治理、固碳等领域。本书首先讲述农村和城市固体废物资源化利用制备生物炭，对生物炭制备方法、改性方法、性质与表征方法进行深入论述。在此基础上，对农村和城市固体废物资源化制备的系列生物炭在环境和能源领域的应用进行综合全面的讨论，包括生物炭在水体污染物去除中的应用、生物炭在水体资源回收中的应用、生物炭在土壤改良和修复中的应用、生物炭在河湖底泥原位修复中的应用、生物炭在固碳减排中的作用和生物炭在能源领域中的应用。
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前言
第1章 农村和城市固体废物资源化制备生物炭 1
引言 1
1.1 农村和城市固体废物概述 2
1.1.1 农村固体废物 2
1.1.2 城市固体废物 3
1.1.3 处置现状 4
1.2 生物炭制备方法 7
1.2.1 慢速热解 8
1.2.2 快速热解 8
1.2.3 微波热解 10
1.2.4 闪速热解 11
1.2.5 水热碳化 12
1.3 生物炭改性方法 14
1.3.1 物理改性 14
1.3.2 化学改性 16
1.4 生物炭基纳米复合材料制备 21
1.4.1 生物炭负载纳米金属氧化物/氢氧化物 22
1.4.2 生物炭负载磁性铁氧化物 25
1.4.3 生物炭负载功能纳米材料 26
1.5 小结与展望 27
参考文献 28
第2章 生物炭的性质与表征方法 39
引言 39
2.1 生物炭的微观形貌与多孔结构 39
2.2 生物炭的表面化学性质分析 44
2.2.1 表面官能团 44
2.2.2 活性组分 46
2.3 生物炭的功能表征方法 48
2.3.1 元素分析仪 48
2.3.2 热重分析 51
2.3.3 傅里叶变换红外光谱 53
2.3.4 X射线光电子能谱 55
2.3.5 固体核磁共振技术 57
2.3.6 X射线衍射分析 57
2.3.7 pH计分析 58
2.3.8 Zeta电位仪分析 59
2.4 小结与展望 60
参考文献 61
第3章 生物炭在水体污染物去除中的应用 72
引言 72
3.1 吸附 73
3.1.1 生物炭吸附重金属行为与机理 73
3.1.2 生物炭吸附有机物行为与机理 77
3.1.3 影响生物炭吸附性能的因素 79
3.1.4 生物炭循环利用及其性能稳定性 83
3.2 催化氧化还原 84
3.2.1 过氧化物氧化处理污染水体 85
3.2.2 光催化处理污染水体 94
3.2.3 电催化处理污染水体 97
3.2.4 影响生物炭催化性能的因素 99
3.2.5 生物炭催化处理污染水体的循环利用性及其性能稳定性 102
3.3 生物滤池处理污染水体 104
3.3.1 生物炭与滤池中主要生物要素联合作用机制 105
3.3.2 生物炭改良生物滤池处理水体中污染物 106
3.3.3 生物炭改良生物滤池处理水体中营养物质 107
3.3.4 生物炭改良生物滤池处理污染水体的影响因素 108
3.4 小结与展望 109
参考文献 110
第4章 生物炭在水体资源回收中的应用 120
引言 120
4.1 可利用生物炭回收的资源 120
4.1.1 溶质组分 121
4.1.2 水资源 130
4.1.3 能源 133
4.2 水处理后资源回收的方法 134
4.2.1 磁性分离 134
4.2.2 制备成膜或填充材料 135
4.2.3 直接煅烧 135
4.2.4 溶剂萃取或洗脱 135
4.3 水资源回收中被回收资源的再利用 136
4.3.1 生物炭整体或提取液用作肥料 136
4.3.2 回收的水资源再利用 137
4.3.3 用作电极材料或催化剂 137
4.3.4 用于其他工业生产 137
4.4 在实际应用中存在的问题及未来趋势 137
4.5 小结与展望 140
参考文献 141
第5章 生物炭在土壤改良和修复中的应用 149
引言 149
5.1 生物炭施用对土壤基本理化性质的影响 150
5.1.1 土壤质地和团聚体 150
5.1.2 土壤孔隙度和透气性 150
5.1.3 土壤持水性 151
5.1.4 土壤酸碱度 152
5.1.5 土壤阳离子交换量 153
5.2 生物炭施用对土壤营养元素的影响 153
5.2.1 生物炭自身的养分含量 153
5.2.2 生物炭对土壤中养分转化的影响 155
5.2.3 生物炭对土壤中养分淋溶的影响 156
5.3 生物炭施用对土壤微生物的影响 157
5.3.1 生物炭对土壤微生物生长的影响 159
5.3.2 生物炭对土壤微生物群落组成的影响 161
5.3.3 生物炭对土壤微生物生物多样性的影响 162
5.4 生物炭施用对土壤动植物的影响 163
5.4.1 生物炭对土壤植物的影响 163
5.4.2 生物炭对土壤动物的影响 166
5.5 生物炭对土壤中重金属污染的修复行为及机理 168
5.5.1 生物炭对土壤中重金属形态的影响 169
5.5.2 生物炭对土壤中重金属迁移归趋和生物有效性的影响 170
5.6 生物炭对土壤中有机污染物的处理及防治 172
5.6.1 生物炭对有机污染物的吸附行为及机理 172
5.6.2 生物炭促进土壤中有机污染物降解行为及机理 174
5.6.3 生物炭对土壤中有机污染物迁移归趋和生物有效性的影响 176
5.7 风化过程对生物炭修复污染土壤效能的影响 180
5.8 小结与展望 182
参考文献 183
第6章 生物炭在河湖底泥原位修复中的应用 200
引言 200
6.1 生物炭的物理化学性质对河湖湿地底泥修复的影响 202
6.1.1 生物炭的孔隙结构 202
6.1.2 生物炭表面的官能团 203
6.1.3 生物炭的酸碱度和表面电荷 206
6.2 生物炭修复重金属污染的河湖底泥 206
6.2.1 生物炭吸附底泥中的重金属 207
6.2.2 生物炭改变重金属在底泥水相/固相中分布 208
6.2.3 生物炭降低重金属在底泥中的毒性 209
6.3 生物炭修复有机物污染的河湖底泥 211
6.3.1 生物炭吸附底泥中的有机物 212
6.3.2 生物炭催化降解底泥中的有机物 213
6.3.3 生物炭促进微生物降解底泥中的有机物 214
6.4 生物炭对河湖湿地底泥生态系统的作用 214
6.4.1 生物炭对微生物群落的作用 214
6.4.2 生物炭对底栖生物的作用 215
6.5 利用生物炭原位修复河湖湿地底泥的方式 216
6.5.1 生物炭和其他清洁材料结合 216
6.5.2 生物炭混合底泥 218
6.6 小结与展望 218
参考文献 220
第7章 生物炭在固碳减排中的作用 229
引言 229
7.1 土壤生态系统中生物炭的固碳潜力及稳定性 230
7.1.1 生物炭的固碳潜力研究 230
7.1.2 生物炭的稳定性研究 232
7.2 生物炭与土壤碳循环的作用 238
7.2.1 土壤碳循环 238
7.2.2 生物炭与土壤CO2的作用 240
7.2.3 生物炭与土壤CH4的作用 243
7.3 生物炭与土壤氮循环的作用 246
7.4 小结与展望 251
参考文献 252
第8章 生物炭在能源领域中的应用 262
引言 262
8.1 生物炭用于析氢储氢 262
8.1.1 生物炭用于析氢 263
8.1.2 氢气储存 265
8.2 生物炭用于新兴电池 266
8.2.1 燃料电池 266
8.2.2 锂离子电池 270
8.2.3 钠离子电池 272
8.2.4 锂硫电池 275
8.3 生物炭用于超级电容器 279
8.4 小结与展望 284
参考文献 285
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