【摘要】：氮磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的兩種主要營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵。吸附法是去除水體中氨氮、磷酸鹽的常見(jiàn)方法,然而,原始生物炭(未改性生物炭)對(duì)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(jī)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(duì)氨氮和磷酸鹽的吸附特性及吸附機(jī)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(yīng)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(duì)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(duì)MSSB2吸附氨氮性能的影響順序如下:Mg~(2+)Ca~(2+)K~+Na~+,其中二價(jià)陽(yáng)離子的存在對(duì)氨氮的吸附影響大于單價(jià)陽(yáng)離子。在20mg/L及40 mg/L的氨氮濃度下,準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型是吸附數(shù)據(jù)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(dá)0.998。結(jié)合吸附行為及一系列的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)氨氮吸附是由多種機(jī)理控制,其中陽(yáng)離子交換是最主要的吸附機(jī)理。添加N-laden MSSB2的實(shí)驗(yàn)組與對(duì)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(duì)氨氮和磷酸鹽都有著更高的吸附能力。當(dāng)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(duì)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(yáng)離子(Na~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+))對(duì)LDH/SSB的氨氮吸附性能影響較小,影響順序?yàn)?Mg~(2+)Ca~(2+)Na~+K~+,與氨氮同等濃度的磷酸鹽(PO_4~(3-)-P)對(duì)LDH/SSB的氨氮吸附性能無(wú)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(duì)LDH/SSB的磷酸鹽吸附性能均無(wú)影響,LDH/SSB對(duì)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(dòng)力學(xué)和最佳吸附等溫線模型均是準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Freundlich模型。LDH/SSB吸附氨氮的過(guò)程主要是由陽(yáng)離子交換作用控制;LDH/SSB對(duì)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(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。添加N-laden LDH/SSB的實(shí)驗(yàn)組與對(duì)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(shí)驗(yàn)組與對(duì)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(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文.3 實(shí)驗(yàn)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(zhì)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(shè)定升溫速率為 5 ℃/min，在設(shè)定的最高溫度下保持恒溫 1 h。經(jīng)過(guò)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?qǐng)D 2-1 所示，設(shè)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(duì)應(yīng)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(shí)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(tuán)，因此實(shí)驗(yàn)中采用的炭化溫度是
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2619543