鐵改性秸稈生物炭對水體中氮素的吸附特征.pdf

1、生物炭作為一種新興的炭材料，在生產(chǎn)生活中的應用越來越廣泛。本實驗以水稻秸稈作為原材料來制作生物炭，采用FeCl3溶液對生物炭進行改性負載鐵處理，得到鐵改性水稻秸稈生物炭，研究鐵改性水稻秸稈生物炭對氮素的吸附效果。
　　實驗通過設(shè)置不同的制備溫度(200℃、400℃、600℃)來探究不同處理的水稻秸稈生物炭的特性，通過熱重分析、掃描電鏡分析、紅外官能團分析等性質(zhì)分析方法來探究不同處理的水稻秸稈生物炭在不同制備溫度下的理化性質(zhì)。然后以

2、不同處理的水稻秸稈生物炭為吸附材料，進一步研究鐵改性水稻秸稈生物炭在不同濃度梯度和不同生物炭添加量下對硝氮、銨氮和尿素的吸附影響。結(jié)果表明:
　　(1)水稻秸稈生物炭具有清晰的孔隙結(jié)構(gòu)，因其高度扭曲和緊密堆積的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)而形成穩(wěn)定的碳環(huán)，從而使得生物炭具有很好的穩(wěn)定性。生物炭在熱解碳化過程中會保留生物質(zhì)原有的孔隙結(jié)構(gòu)，生物炭在碳化后會形成很多微小孔洞，導致生物炭具有多孔、較大的比表面積。生物炭表面有著豐富的含氧官能團，官能團組成上

3、主要包含脂肪族和芳香族化合物以及羧基、酚羥基、苯環(huán)、羰基、脂族雙鍵等芳香性高的官能團。隨著制備溫度的增加，水稻秸稈生物炭在400℃時能夠完全炭化，400℃和600℃下制備的水稻秸稈生物炭性質(zhì)比較接近。水稻稈莖生物炭和水稻葉鞘生物炭的特性有所差別，但是差異不是很明顯。FeCl3溶液改性的水稻秸稈生物炭其吸附性能要優(yōu)于未改性的水稻秸稈生物炭。
　　(2)鐵改性水稻秸稈生物炭對硝氮的吸附效果優(yōu)于未改性水稻秸稈生物炭，高效吸附水體中硝氮的

4、水稻秸稈生物炭的最優(yōu)制備條件為:熱解溫度在400℃至600℃;鐵改性生物炭的最優(yōu)條件是pH為7，1mol/L的FeCl3溶液，振蕩時間3h;生物炭吸附最優(yōu)條件為:硝態(tài)氮溶液濃度為20g/L，2g的生物炭添加量。生物炭對硝氮的吸附符合Freundlich吸附方程，R2值總體上大于0.9，很好的擬合了吸附方程，說明鐵改性極大的提高了秸稈生物炭的吸附性能。
　　(3)發(fā)現(xiàn)鐵改性水稻秸稈生物炭對銨態(tài)氮的吸附效果要優(yōu)于未改性水稻秸稈生物炭，

5、高效吸附水體中銨態(tài)氮的秸稈生物炭的最優(yōu)制備條件為:熱解溫度在400℃至600℃;鐵改性生物炭的最優(yōu)條件是pH為7，1mol/L的FeCl3溶液，振蕩時間3h;生物炭吸附最優(yōu)條件為:銨態(tài)氮溶液濃度為2.5g/L，2g的生物炭添加量。生物炭吸附銨態(tài)氮的過程更加符合Freundlich吸附方程，大于0.9的R2值表明吸附過程很好的擬合了吸附方程，同時三價鐵的改性提高了生物炭對銨態(tài)氮的吸附性能。
　　(4)鐵改性水稻秸稈生物炭對尿素的吸附

6、效果要優(yōu)于未改性水稻秸稈生物炭，高效吸附水體中尿素的秸稈生物炭的最優(yōu)制備條件為:熱解溫度在400℃至600℃;鐵改性生物炭的最優(yōu)條件是pH為7，1mol/L的FeCl3溶液，振蕩時間3h;生物炭吸附最優(yōu)條件為:尿素溶液濃度為0.09g/L，2g的生物炭添加量。鐵改性生物炭對尿素的吸附符合Freundlich吸附方程，R2值大于0.9，相比于未改性生物炭，鐵改性對生物炭的吸附性能有著很好的提升效果。
　　綜上，通過研究水稻秸稈制備的

7、生物炭的理化性質(zhì)和水稻秸稈生物炭吸附硝氮、銨氮、尿素的實驗研究來看，可以選用較高制備溫度的鐵改性水稻秸稈生物炭作為吸附材料來吸附氮素。制備條件為400℃下的水稻秸稈生物炭，最適的初始溶液濃度（硝態(tài)氮溶液濃度為20g/L、銨態(tài)氮溶液濃度為2.5g/L、尿素溶液濃度為0.09g/L），吸附硝氮、銨氮、尿素的生物炭添加量小于2g，環(huán)境pH為7最為適宜。本實驗對水稻秸稈生物炭改性方法的研究不足，還需要進一步的深入探討，通過研究不同的改性方法提高