不同水分培養(yǎng)后生物質(zhì)炭表層特性及對(duì)磷吸附-解吸特征.pdf

1、本文以蘆葦制成的生物炭為研究對(duì)象，通過將生物質(zhì)炭與十五里河河口濕地土壤進(jìn)行網(wǎng)隔室內(nèi)模擬培養(yǎng)，三種水分處理為淹水、干濕交替和75％田間持水量，獲得不同培養(yǎng)周期下的生物質(zhì)炭（制備溫度：600℃和350℃，洗滌條件：洗滌和未洗滌，分兩個(gè)周期和三種水分處理，共76個(gè)樣品），運(yùn)用SEM-EDS和紅外測(cè)定等現(xiàn)代分析技術(shù)，分析揭示了不同水分條件培養(yǎng)下生物炭表層形貌、化學(xué)組成及官能團(tuán)等化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)后生物炭進(jìn)行磷素吸附-解吸實(shí)驗(yàn)，探討了

2、生物炭表層特性變化和磷的吸附-解吸動(dòng)力學(xué)特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴不同熱解溫度的生物質(zhì)炭經(jīng)不同水分培養(yǎng)后，生物質(zhì)炭表層的元素組成和官能團(tuán)變化為：不同熱解溫度的生物質(zhì)炭均有C和O的含量所占比重最大，在不同水分條件培養(yǎng)后，元素Mg、Al、Si、P、K、Ca和Fe含量逐漸增加，且溫度越高，C和O含量比重則反而越小，反之則相反。Mg、Al、Si、P、K、Ca和F e含量比重均在增加，尤其Al、Si和Fe的含量增加較快。未經(jīng)水分培養(yǎng)

3、的生物質(zhì)炭存在芳香環(huán)（C=C,C=O）結(jié)構(gòu)和醚C-O-C基團(tuán)，不同水分培養(yǎng)后的生物質(zhì)炭均存在雙鍵和芳環(huán)C=C，醚C-O-C官能團(tuán)，胺（－NH2和－NH－)和羥基（-OH）和腈類的碳氮三鍵。不同溫度和不同洗滌對(duì)生物質(zhì)炭的官能團(tuán)變化影響趨勢(shì)不明顯。⑵不同處理生物質(zhì)炭（600-S、600-WS、350-WS和350-S）對(duì)磷的吸附解吸特性的分析結(jié)果為：4種不同處理的生物質(zhì)炭的吸附量的變化較明顯，均隨著磷溶液平衡濃度的增加而增大，其中600-W

4、S的等溫吸附曲線較陡，呈急速上升的趨勢(shì)，而350-WS、350-S和350-WS的等溫曲線較緩慢。總體上，不同處理的生物質(zhì)炭對(duì)磷的吸附量表現(xiàn)為：600-WS>600-S>350-S>350-WS。用Langmuir方程和Freundlich方程進(jìn)行擬合顯示：Langmuir方程擬合的相關(guān)系數(shù)成極顯著，能更好的描述本實(shí)驗(yàn)生物質(zhì)炭對(duì)磷的吸附過程，其擬合參數(shù)顯示，600℃的K值，XM和MBC均高于350℃的各個(gè)擬合參數(shù)，表明600℃的生物質(zhì)炭

5、的吸附性能高于350℃的生物質(zhì)炭，但同一溫度不同洗滌條件下吸附參數(shù)變化規(guī)律不明顯。不同處理生物質(zhì)炭的解吸量均隨磷溶液平衡濃度的增加而增大，不同處理生物質(zhì)炭解吸率均隨磷溶液平衡濃度增加而逐漸下降。平均解吸率表現(xiàn)為600-S>600-WS>350-S>350-WS。⑶4種不同處理的生物質(zhì)炭在經(jīng)過淹水、干濕交替和75%田間持水量培養(yǎng)120天后，對(duì)磷的等溫吸附解吸特征變化表現(xiàn)為：淹水、干濕交替和75%田間持水量培養(yǎng)后的生物質(zhì)炭的吸附量均隨磷平衡

6、濃度的增加而增大，且淹水的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于75%田間持水量和干濕交替的吸附量。其中在淹水條件下，600℃的吸附量高于350℃，其他兩個(gè)水分培養(yǎng)后生物質(zhì)炭的吸附量在不同溫度和不同洗滌方式下的規(guī)律性不明顯。用Langmuir和Freundlich方程對(duì)三種水分培養(yǎng)后的生物質(zhì)炭進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)方程對(duì)淹水培養(yǎng)的生物質(zhì)炭均能很好地描述，而干濕交替和75%田間持水量用Freundlich方程擬合的效果較好。淹水培養(yǎng)的K值，MBC和Xm也均高于干濕交

7、替和75%田間持水量，說明淹水條件有利于生物質(zhì)炭對(duì)磷的吸附性能的提高。三種水分處理的解吸量均隨磷平衡濃度的增加而逐漸增大，但解吸率均隨磷溶液平衡濃度的增加而呈下降趨勢(shì)。⑷培養(yǎng)240天后的生物質(zhì)炭的吸附解吸特性表現(xiàn)為：淹水、干濕交替和75%田間持水量培養(yǎng)后的生物質(zhì)炭的吸附量均隨磷平衡濃度的增加而增大，且淹水的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于75%田間持水量和干濕交替的吸附量，其中干濕交替培養(yǎng)后600℃的吸附量高于350℃，75%田間持水量培養(yǎng)后350℃高于

8、600℃，淹水培養(yǎng)的不同溫度和不同洗滌處理的生物質(zhì)炭的變化規(guī)律不明顯。三種水分培養(yǎng)后Langmuir和Freundich方程均能很好地描述12種不同處理的生物質(zhì)炭對(duì)磷的等溫吸附過程。干濕交替和75%田間持水量各個(gè)擬合參數(shù)的變化趨勢(shì)相同，均有350℃的吸附性能高于600℃，洗滌的吸附性能高于未洗滌的。淹水培養(yǎng)的等溫?cái)M合參數(shù)變化規(guī)律不明顯，但淹水的各個(gè)擬合參數(shù)均高于干濕交替和75%田間持水量的擬合參數(shù)。三種不同水分處理后的生物質(zhì)炭解吸量均有

9、隨添加磷濃度的增大而增大，解吸率隨添加磷濃度的增加而減少。淹水的解吸量和解吸率均高于干濕交替和75%田間持水量。⑸培養(yǎng)120天和240天后生物質(zhì)炭對(duì)磷的吸附解吸特征變化較大，吸附量淹水培養(yǎng)后240天后比培養(yǎng)120天后均有所增加，75%田間持水量的均有所減少，干濕交替350-S-J和350-WS-J有所減少。Langmuir和Freundich方程的擬合參數(shù)除飽和吸附量外，各個(gè)擬合參數(shù)培養(yǎng)240天比120天均有所提高，解吸量和解吸率都有一