【摘要】：氮磷是造成水體富營養(yǎng)化的兩種主要營養(yǎng)元素,控制水體中的氨氮和磷酸鹽的含量是控制水體富營養(yǎng)化的關鍵。吸附法是去除水體中氨氮、磷酸鹽的常見方法,然而,原始生物炭(未改性生物炭)對氨氮和磷酸鹽的吸附效果均較差。在本研究中,廢棄的云杉木屑在高溫下熱解形成生物炭(Spruce Sawdust Biochar,SSB),分別采用酸鹽聯(lián)合浸漬法和共沉淀法將SSB改性成MSSB2(the Second Modified Spruce Sawdust Biochar)和LDH/SSB(Layered Double Hydroxide/Spruce Sawdust Biochar)。探究了MSSB2吸附氨氮的影響因素、吸附機理以及N-laden MSSB2(吸附氨氮后的MSSB2)作為肥料資源化的可行性。研究了LDH/SSB對氨氮和磷酸鹽的吸附特性及吸附機理,并考察了N-laden LDH/SSB(吸附氨氮后的LDH/SSB)、P-laden LDH/SSB(吸附磷酸鹽后的LDH/SSB)作為肥料的應用潛力。MSSB2相較于SSB(原始生物炭)的氨氮吸附量明顯增加。MSSB2對氨氮的吸附量隨著溶液初始pH的升高先增加后減少,最適宜pH為9。在共存離子與氨氮濃度同為40 mg/L的條件下,共存離子對MSSB2吸附氨氮性能的影響順序如下:Mg~(2+)Ca~(2+)K~+Na~+,其中二價陽離子的存在對氨氮的吸附影響大于單價陽離子。在20mg/L及40 mg/L的氨氮濃度下,準二級動力學模型是吸附數(shù)據的最佳擬合模型,R~2分別為0.9994、0.9999。最適宜的吸附等溫線模型是Freundlich模型,R~2達0.998。結合吸附行為及一系列的表征結果發(fā)現(xiàn)氨氮吸附是由多種機理控制,其中陽離子交換是最主要的吸附機理。添加N-laden MSSB2的實驗組與對照組相比,發(fā)芽率提高20%,幼苗高度增加49.72%,幼苗生物量提高82.06%,表明N-laden MSSB2能夠作為肥料再利用。相比于SSB,LDH/SSB對氨氮和磷酸鹽都有著更高的吸附能力。當pH從3變化到10,LDH/SSB的氨氮吸附量先輕微增加后減少,最適宜pH范圍是6~7;LDH/SSB對磷酸鹽的吸附量隨著pH的增加而減少,最佳吸附pH是3。與氨氮(NH_4~+-N)同等濃度的共存陽離子(Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+))對LDH/SSB的氨氮吸附性能影響較小,影響順序為:Mg~(2+)Ca~(2+)Na~+K~+,與氨氮同等濃度的磷酸鹽(PO_4~(3-)-P)對LDH/SSB的氨氮吸附性能無明顯影響;與磷酸鹽(PO_4~(3-)-P)同等濃度的共存離子(SO_4~(2-)、NO_3~-、NO_2~-、Cl~-、NH_4~+-N)幾乎對LDH/SSB的磷酸鹽吸附性能均無影響,LDH/SSB對磷酸鹽有著很好的吸附選擇性。LDH/SSB吸附氨氮以及磷酸鹽的最佳動力學和最佳吸附等溫線模型均是準二級動力學和Freundlich模型。LDH/SSB吸附氨氮的過程主要是由陽離子交換作用控制;LDH/SSB對磷酸鹽的吸附主要是靠夾層離子交換和靜電吸引作用。吸附氨氮或磷酸鹽后的LDH/SSB能夠作為肥料應用到農業(yè)生產中。添加N-laden LDH/SSB的實驗組與對照組相比,發(fā)芽率提高13.4%,幼苗高度提高24.92%,幼苗生物量提高59.96%;添加P-laden LDH/SSB的實驗組與對照組相比,發(fā)芽率提高20%,幼苗高度提高51.40%,幼苗生物量提高84.15%。兩種改性方法提高了生物炭的氮磷吸附性能,且吸附后的改性生物炭能夠作為肥料資源化利用。因此,本研究中的兩種改性生物炭有望成為環(huán)境友好型吸附材料。
【圖文】：

華南理工大學專業(yè)學位碩士學位論文.3 實驗方法.3.1 酸鹽聯(lián)合改性生物炭的制備將云杉木屑生物質粉末放入帶蓋的剛玉舟中，然后一并放入充滿氬氣氣氛的管式，設定升溫速率為 5 ℃/min，在設定的最高溫度下保持恒溫 1 h。經過高溫煅燒后得到了云杉木屑生物炭（SSB）。將 SSB 首先以浸漬比為 1：10 的比例浸泡在一定的 HNO3中 10 h，然后用去離子水清洗直至中性。清洗后的材料放置到 105 ℃ 烘燥 2 h，此干燥后的樣品被命名為 MSSB1。該樣品緊接著又以 1：20 的浸漬比例浸一定濃度的 Na2CO3溶液中，24 h 后用蒸餾水清洗至中性，干燥后即得到酸鹽聯(lián)合生物炭（MSSB2）。采用單因素變量控制法，，按照圖 2-1 所示，設置上述方案中的定條件，制備出多種酸鹽聯(lián)合改性生物炭。

22圖 2-2 樣品的 SEM 圖像及對應的 EDS 光譜圖：（a）、（b）、（c）分別是 SSB、MSSB1MSSB2 的 SEM 圖；（d）、（e）、（f）分別是 SSB、MSSB1、MSSB2 的 EDS 圖Fig.2-2 SEM images and corresponding EDS spectrum of the samples. (a), (b), and (c) areSEM images of the SSB, MSSB1, and MSSB2, respectively; (d), (e), and (f) are EDSspectrum of the SSB, MSSB1, and MSSB2, respectively（2）比表面積及平均孔徑表 2-6 證實了 SSB、MSSB1 以及 MSSB2 比表面積都比較低。在本研究中，為了使生物炭 SSB 表面存在更多的能夠被 HNO3氧化的官能團，因此實驗中采用的炭化溫度是
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2619543