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摘要
探讨不同原料生物炭对水体硝态氮(NO3--N)吸附量的影响及吸附机制,为生物炭的科学应用提供基本理论依据.以花生壳、玉米秸秆、杨木屑和竹屑4种不同物质为原料,在500 ℃无氧条件下热解制备生物炭,通过吸附平衡试验,结合吸附前后的电镜扫描图(SEM)、傅立叶红外光谱图(FTIR)以及 X-射线光电子能谱(XPS)等技术研究不同原料生物炭对NO3--N的吸附特性.结果表明,生物炭吸附NO3--N受pH的影响,随着pH值增大,吸附量显著降低.在溶液pH=2.00条件下,随溶液NO3--N质量浓度的升高,4种生物炭对NO3--N的吸附量显著增加,且在初始质量浓度为800 mg·L-1的体系中达到平衡,花生壳生物炭(PBC)的最大吸附量为30 mg·g-1,玉米秸秆生物炭(MBC)为44 mg·g-1,杨木屑生物炭(ABC)为18 mg·g-1,竹屑生物炭(BBC)为22 mg·g-1,吸附能力大小为MBC>PBC>BBC>ABC.PBC、MBC和BBC 3种生物炭的吸附等温线符合Langmuir模型,ABC符合Freundlich方程,吸附均可在60 min内达到平衡;伪一级动力学方程可以较好地描述生物炭对NO3--N的动力学吸附过程.对比吸附前后的FTIR和XPS图谱发现,生物炭表面分布的-OH、-C=O、-C-O-、-O-等官能团参与了其对NO3--N的吸附,且与之相连的C原子结合能发生改变.4种生物炭吸附能力差异显著,其吸附机制均与表面官能团和金属化合物的作用有关,尤其以含氧官能团作用吸附NO3--N,且吸附过程由快速反应所控制.
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