[背景]我国农业废弃秸秆存量大,微生物发酵无法实现其彻底转化,仍造成二次污染和资源浪费的问题.秸秆发酵废弃物可经热解炭化制备吸附剂用于水体有机污染物的高效去除.[目的]探究以秸秆发酵废弃物为原料所制备秸秆炭对有机污染物的去除效率,明确发酵过程对秸秆炭吸附性能的影响及机制,为水体有机污染物的高效去除和秸秆发酵废弃物的再利用提供参考.[方法]以丝状真菌里氏木霉 QM6a 和棘孢木霉 T-1 为发酵菌株,分别对小麦和水稻秸秆进行固态发酵,发酵残渣经热解炭化后用于吸附典型有机偶氮染料亚甲基蓝(methylene blue,MB).[结果]发酵处理可缩短吸附平衡时间,有效提高小麦秸秆炭对 MB 的吸附效率,但对水稻秸秆炭吸附性能无明显提升作用.棘孢木霉 T-1 发酵的小麦秸秆经 600℃热解所得秸秆炭(BaWS 600)对 MB(50 mg/L)的吸附效率较天然秸秆炭(BWS 600)提高 53.6%.准二级动力学模型可有效模拟吸附过程,BaWS 600 的平衡吸附量比BWS 600 和BWS 800 高 119.4%和 299.4%.Freundlich模型可较好描述等温吸附过程,表明 MB 在秸秆炭表面的吸附为多分子层吸附.秸秆发酵将小麦秸秆炭比表面积提高 47.4%?245.8%不等,且可增加热解炭化产物表面含氧官能团丰富度,是MB吸附效率得以有效提升的主要原因.[结论]真菌发酵过程可有效改善秸秆炭性状和污染物吸附性能,而棘孢木霉T-1 因具有更优的纤维素酶分泌能力,更适合作为发酵菌株用于改良秸秆炭污染物吸附性能.

中药固体废弃物是指在中药资源产业化过程中产生的未被开发利用的中药资源生物体废弃组织器官及中药废渣等.随着社会经济的快速发展和对健康产品消费能力的不断提升,中药固体废弃物的产生量逐年升高,环境承载压力巨大.如何实现中药固体废弃物的有效处置与资源化利用已成为构建中药资源产业绿色发展过程中—个不可回避的问题.生物炭是生物质在缺氧条件下,经高温裂解炭化而形成的一种碳含量较高的物质,其在粮食安全、环境保护、农业可持续发展及固碳减排方面均具有较大应用潜力.本文在对生物炭制备方法及其应用前景进行分析的基础上,依据中药固体废弃物的资源特点,就其热解炭化利用策略进行了探讨,并以部分代表性中药固体废弃物为例进行了研究实践,以期为实现中药固体废弃物的资源化利用与有效处置提供支撑,为构建我国中药资源循环经济产业链、实现中药资源产业的绿色发展提供实施依据.

以蚕丝被废弃物为原料,在300、500和700℃高温缺氧条件下热解炭化制备成3种生物炭(BC300、BC500和BC700).利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪等对其理化性质进行表征,并研究了不同温度下制备的生物炭对溶液中Cd2+的吸附特性.结果表明:随着炭化温度上升,BET比表面积、pH、灰分均增大,生物炭表面形态结构越来越不规则.XRD结果显示:不同温度下获得的生物炭中均含有一定量的方解石,FT-IR光谱图上的峰主要为-OH和方解石典型的吸收峰;pH对生物炭吸附Cd2+的影响不大;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对Cd2+的吸附等温过程,其最大吸附量分别为25.61、52.41和91.07 mg· g-1.3种生物炭对Cd2+吸附过程均更符合准二级动力学方程,且BC700对Cd2+的吸附效果最佳.进一步研究离子浓度及阳离子共存对BC700吸附Cd2+的影响,结果显示:NaCl浓度越高,对Cd2+的吸附抑制越明显;共存阳离子中,Ca2+和Mg2+对Cd2+的吸附抑制更明显,而K+几乎无影响.因此,以蚕丝被废弃物制备的生物炭作为去除水体中Cd2+的吸附剂具有较强的应用潜力.

研究温度对生物炭得率、吸附性能的影响.采用无氧慢速热解的方法,以酶解木质素为原料,制备不同温度下的生物质炭,测定热解得率、生物炭得率、挥发分、灰分及对亚甲基蓝的吸附值.热解试验结果表明:随着炭化温度从300℃逐渐升高到700℃,热解得率先降低后升高,挥发成分先升高后降低,生物炭得率先降低后升高.在500℃时,热解得率和生物炭得率分别为54. 09%和50. 77% ,灰分含量为3. 32% ,挥发分含量为45. 91% ;热解温度为300℃时,木质素基生物炭对亚甲基蓝的吸附值最大,为37. 31 mg/g;热解过程中,C—H、C＝O键断裂.

目的 探讨不同炭化温度对祖卡木颗粒药渣生物炭特性的影响,为药渣生物炭的后期应用提供依据.方法 在200、300、400、500、600℃条件下利用限氧控温慢速热解法制备生物炭,测定生物炭产率、pH值、灰分,并采用傅立叶红外光谱和扫描电镜分析不同温度制备的生物炭结构特征.结果 生物炭随炭化温度的升高,其产率降低.生物炭pH值随炭化温度的升高而增大,高温生物炭(≥500℃)的pH值超过9.00,表现出强碱性.药渣生物炭的灰分含量随炭化温度的升高而逐渐升高.药渣热解过程中,-OH和-CH2-官能团的吸收峰逐渐减弱,而芳香族基团吸收峰逐渐增强.扫描电镜结果显示,随着炭化温度的升高,生物炭的孔壁结构变薄,片层结构堆叠更为明显,内部孔隙增大,孔隙结构发育更为完全.结论 随着炭化温度的升高,药渣生物炭产率降低,pH值增大,灰分含量升高,生物炭芳香化程度增高,微孔结构发育趋于完善.

稻作的起源与传播一直是学术界关注的热点,然而水稻何时传入黄河中游并扩散至关中地区,则是需要进一步探讨的问题.华县东阳遗址是关中地区仰韶早中期的过渡性遗存(ca.5900-5600 cal.BP).本文借助植硅体分析,并结合炭化植物遗存,探讨了东阳遗址水稻的栽培和利用情况,并尝试分析水稻在关中地区出现的动因及传播过程.研究显示,东阳先民在以种植粟黍为主的同时,已经开始少量的栽培水稻,稻粟兼作的种植模式在此时出现.本研究发现的东阳遗址水稻遗存是目前关中地区最早的水稻遗存,指示了水稻至少在距今5800年时传入关中地区.仰韶晚期至龙山早期关中稻作获得较大发展,至龙山晚期则鲜少发现.该研究刷新了中国北方半干旱-半湿润区最早的水稻遗存记录,为进一步了解稻作起源与传播提供了基础数据.

生物炭具有高度的碳素稳定性,是一种能有效缓解温室效应的固碳材料.研发碳素持留率高和稳定性强的生物炭对固碳减排具有重要意义.矿物改性处理能对生物炭的稳定性起调控作用,但目前相关研究并未得到足够重视,相应调控机理尚不十分清楚.本研究首先对生物炭稳定性的评价指标进行了归纳,主要包括H/C原子比、O/C原子比、稳定性系数R50、挥发性物质含量、碳素热失重率、碳素(化学)氧化损失率、微生物矿化量等.其次,在分析生物炭稳定性影响因素(如原料类型、炭化条件、外界环境等)的基础上,综述了矿物改性对生物炭稳定性影响的研究进展,并探讨了稳定性增强和减弱的响应机制,认为生物炭稳定性的增强响应主要是基于矿物本身的物理阻隔作用,以及矿物与生物炭之间通过交互作用形成的有机矿物复合体对生物炭起到的保护作用,在一定程度上抑制生物炭的降解;而生物炭稳定性的减弱响应则主要与特殊矿物组分有关,例如含铁矿物组分在高温下促进生物炭的降解.最后对未来的研究方向进行了展望,以期进一步推动生物炭固碳减排技术的发展,并为获得稳定性更强的生物炭提供技术支撑和理论依据.

目的 以机油为分散剂高温热解人发后发现新型纳米碳点,通过动物实验评价了该碳点的生物效应.方法 利用高温热解法对人发和机油进行炭化,对炭化产物进行萃取、过滤分离和透析得到一种具有水溶性的新型物质碳点,并命名为JYRF-CDs.利用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、紫外-可见分光光谱、傅里叶变换红外光谱、荧光光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)等多种方法对JYRF-CDs进行表征,利用小鼠单核巨噬细胞RAW264.7细胞进行CCK-8毒性实验来评价JYRF-CDs的安全性,并通过小鼠耳肿胀实验和小鼠醋酸扭体实验对JYRF-CDs的生物效应进行评价.结果 JYRF-CDs外形为类球形,粒径均匀分布在1.8～3.6nm,晶格间距为0.219 7 nm.细胞毒性实验结果显示,JYRF-CDs具有低毒性,动物实验结果表明JYRF-CDs具有良好的抗炎和镇痛作用.结论 首次以机油为分散剂高温热解人发后发现一种全新的碳点JYRF-CDs,以JYRF-CDs为突破口,更加明确阐释以机油为分散剂高温热解人发后炭化产物具有生物效应的物质基础,为纳米类成分的研究提供了一种新方法.

艾绒是灸法的主体材料,通过燃烧的热效应发挥治疗的作用.为探讨艾绒的燃烧特性,以及探究灸法热疗的疗效作用及作用机制,该文采用TG/DSC的热分析方法研究了蕲春产艾绒的燃烧热特征参数,并通过灸疗膝骨关节炎(ostearthritis,OA)动物模型来研究艾灸的热疗效效果及效应机制.结果 表明,艾绒的燃烧过程可分为干燥、燃烧氧化与炭化、燃尽灰分阶段3个过程,艾绒燃烧性质介于草本与木本之间,更趋向木本,具有易燃、缓慢、持久的燃烧特征.艾灸能在一定程度上缓解膝关节滑膜的病理状态,降低OA鼠膝关节肿胀度和血瘀,缩小间质水肿,改善局部炎症.灸疗治疗OA的机制和靶标点可能有上调TRPM3基因激活离子通道,影响钙代谢,减轻OA肿胀程度;下调GAPDH影响膝关节滑膜细胞的糖代谢,介导抗炎作用;下调疼痛相关基因MMP24有助于减轻OA疼痛;上调CTNNB1激活Wnt/β-catenin信号通路,影响OA软骨细胞的分化和再生.该研究首次揭示了艾绒的热解特征并探讨了灸疗热的生物学效应和可能的作用机制,为艾绒的质量评价和灸疗法的作用机制阐述提供了新思路.

目的 在石榴皮炭Granati Pericarpium Carbonisatum中发现并分离出新型纳米类成分,并通过动物实验来研究其止泻作用.方法 利用高温热解法对生石榴皮进行炭化,并对炭化产物进行萃取、滤过分离和透析得到一种具有水溶性的新型纳米类成分,命名为石榴皮炭纳米类成分(GPC-NCs).采用透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、高效液相色谱、X射线光电子能谱和X射线衍射对GPC-NCs进行表征.使用小鼠腹泻模型观察小鼠腹泻指数、腹泻潜伏期和肠道传输功能,以此来评价和证实GPC-NCs的止泻作用.结果 从石榴皮炭中分离出来的GPC-NCs外形为类球形,粒径均匀分布在1.2～2.3nm,品格间距为0.321 nm,荧光量子产率为0.45％.GPC-NCs能够减少小鼠腹泻指数和腹泻潜伏期时间,并对番泻叶水煎剂所致的小肠运动功能亢进具有拮抗作用.结论 GPC-NCs的显著止泻效果,不仅为石榴皮炭的物质基础研究提供了一个新思路,也为GPC-NCs在止泻领域的潜在生物医学和医疗保健应用提供了新的见解.