近年來(lái),隨著我國(guó)規(guī)�；託夤こ痰陌l(fā)展,沼液產(chǎn)生量日益增加。氮是沼液中重要的營(yíng)養(yǎng)成分,其中氨氮的含量高達(dá)80%以上,若不經(jīng)過(guò)回收利用或處理,將會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。目前,回收沼液中氮的主要技術(shù)方法有鳥糞石結(jié)晶法(MAP)、氨吹脫法等,但基本都存在去除效率低、技術(shù)成本高等問(wèn)題,而吸附法受到了越來(lái)越多的關(guān)注。吸附回收技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的吸附劑,近年來(lái)生物炭以其良好的吸附性能、固碳作用和土壤改良作用,被作為吸附材料廣泛應(yīng)用到多種領(lǐng)域,對(duì)生物炭表面改性也是研究熱點(diǎn)之一。本研究以分析不同改性生物炭對(duì)沼液氨氮的吸附機(jī)理及效果為目的,開展了改性生物炭的制備和篩選、生物炭表面特性研究以及改性生物炭對(duì)沼液氨氮的吸附特性及影響因素研究,并通過(guò)吸附柱實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析了生物炭對(duì)沼液氨氮的動(dòng)態(tài)吸附效果及影響因素,篩選出較優(yōu)的吸附工藝條件。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)以玉米秸稈、玉米芯和木屑3種農(nóng)業(yè)廢棄物為原料,在550℃、600℃、650℃熱解溫度下制備生物炭,采用氫氧化鈉和微波改性(NaOH+微波)、氯化鐵改性(FeCl_3)、氫氧化鉀改性(KOH)、硝酸改性(HNO_3)方法對(duì)生物炭進(jìn)行改性處理,通過(guò)改性生物炭對(duì)氨氮的吸附效果研究,初步篩選出4種對(duì)氨氮吸附效果較好的改性生物炭,分別是秸稈炭-550℃-NaOH+微波(A-550-NaM)、秸稈炭-550℃-KOH(A-550-K)、玉米芯炭-550℃-FeCl_3(B-550-Fe)和木屑炭-600℃-NaOH+微波(C-600-NaM)。(2)分析了改性生物炭比表面積、官能團(tuán)等表面特性,發(fā)現(xiàn)改性后的生物炭比表面積顯著增大,改性生物炭表面強(qiáng)供電基團(tuán)顯著增加,使得改性生物炭對(duì)氨氮的吸附能力明顯增強(qiáng)。改性生物炭對(duì)氨氮的吸附過(guò)程符合更二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir等溫模型,擬合得到的Langmuir單分子層最大飽和吸附量分別為:101.86、94.82、200.24和64.00 mg NH_4~+-N/g。(3)設(shè)計(jì)3級(jí)動(dòng)態(tài)吸附裝置,優(yōu)選改性生物炭A-550-NaM、A-550-K和B-550-Fe做為動(dòng)態(tài)吸附的基質(zhì),開展對(duì)沼液氨氮的動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn),優(yōu)化出對(duì)沼液氨氮吸附較優(yōu)的工藝條件是:進(jìn)液流量為5 L/h,改性生物炭B-550-Fe、A-550-K和A-550-NaM對(duì)應(yīng)的填料高度分別為30 cm、50 cm和70 cm。以優(yōu)化工藝構(gòu)成的串聯(lián)吸附工藝延長(zhǎng)了沼液氨氮的吸附穿透時(shí)間和飽和吸附時(shí)間,氨氮吸附率得到了顯著提高。
【學(xué)位單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X703;S216.4
【部分圖文】：

44623）實(shí)驗(yàn)儀器表 2-3 儀器設(shè)備Table 2-3 Instruments and equipments.儀器名稱 儀器型號(hào) 出廠單位管式爐 OTF-1200X 合肥科晶材料技術(shù)有限公司萬(wàn)用電爐 DL-1 北京中興偉業(yè)儀器有限公司pH 儀 PHS-3C 上海儀電科學(xué)儀器有限公司烘箱 101-0A 天津泰斯特儀器有限公司恒溫振蕩器 THZ-98A 上海一恒科技有限公司電子天平 CAV264C 奧豪斯儀器（上海）有限公司微波消解儀 WXJ-III 泰宏醫(yī)療器械有限公司紫外分光光度計(jì) i7 海能儀器股份有限公司.1.2 吸附材料的制備1）生物炭的制備生物炭的制備過(guò)程如圖 2-1 所示。

改性生物炭的制備及篩選將預(yù)處理后的玉米秸稈、玉米芯和木屑原料在 105℃下烘干，在管式爐中分別以 550℃600℃和 650℃下通入氮?dú)饨^氧碳化，自然降溫冷卻后取出，分別標(biāo)記，將 9 種生物炭分別粉碎過(guò) 60 目篩，備用。（2）生物炭改性方法分別配置 2 mol/L 的 NaOH、KOH、HNO3和 1.5 mol/L 的 FeCl3溶液，取預(yù)處理后的生物炭各 50g 放入 1L 燒杯中分別加入 200mL 改性溶液，70℃下反應(yīng) 2h，之后置于 35℃、120r/min 恒溫振蕩器中反應(yīng) 24h，后用去離子水反復(fù)沖洗直至中性，將 NaOH 改性后的生物炭再置于 800 W 功率下的微波消解儀中繼續(xù)改性，改性完成后將所有的改性生物炭在70℃下烘干，備用。如圖 2-2 是生物炭的改性制備過(guò)程，實(shí)驗(yàn)生物炭樣品見表 2-4。

生物炭改性及其對(duì)沼液中氮的吸附特性研究 實(shí)驗(yàn)方法吸附方法沼液中氮存在的主要形態(tài)，以氨氮為主，氨氮中離子是 NH4+，而 NH4Cl 中的氮即 NH4+，因此在針對(duì)沼液氮吸附劑篩選中，為了排除外界干擾，采用 NH4Cl 配擬改性生物炭對(duì)沼液 NH4+-N 的吸附實(shí)驗(yàn)。配置 NH4+-N 濃度為 100mg/L 的 NH4用濃度為 0.1% HCl 和 0.1% NaOH 調(diào)節(jié)溶液的 pH 至 7，取 0.3 g 生物炭于 50 mL，依次加入 30mLNH4Cl 溶液，在 25℃、轉(zhuǎn)速 150r/min 的恒溫振蕩器中振蕩 24h、過(guò)濾，測(cè)定濾液中 NH4+-N 的濃度。如圖 2-3 是生物炭吸附氨氮的過(guò)程。
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本文編號(hào)：2844580