改性玉米秸秆水热炭对氮磷的吸附机制研究
寻求环境友好的污染水体中铵态氮和磷酸根的吸附材料，以在温和的水热条件下实现农业废弃物玉米秸秆的高值化利用。以玉米秸秆为原料，考察了KOH、FeCl3改性方法对玉米秸秆水热炭化效果的影响，并用傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜等对改性水热炭的表面官能团、结构和形貌特征进行表征，通过吸附动力学和吸附热力学试验对水中铵态氮和磷酸根的吸附机理进行了探究。主要研究结论如下： （1）改性水热炭具有发达的炭微球结构和较多的孔隙，C2（氯化铁改性水热炭）和C3（氢氧化钾改性水热炭）与未改性水热炭相比，比表面积显著提高了14.81%和42.79%。改性后的水热炭表面具有丰富的含氧官能团，主要包括（-C-O、-OH、-O-）。 （2）经过改性处理的水热炭对铵态氮的吸附符合准二级动力学方程（R2＞0.95，P＜0.05），吸附热力学最符合Langmuir方程（R2≥0.96，P＜0.05），ΔGθ小于0，ΔHθ大于0，表明不同改性水热炭对铵态氮的吸附属于自发进行的吸热反应；随着吸附温度升高和铵态氮浓度的增加，水热炭对铵态氮的吸附量都逐渐增加。吸附为单分子层吸附，且由快速反应所控制。KOH改性和FeCl3改性的水热炭均能显著提高吸附铵态氮的能力。 FeCl3改性后吸附铵态氮主要依靠孔隙填充能力，改性后水热炭的比表面积增加；KOH改性后吸附铵态氮主要依靠孔隙填充和静电吸引能力，改性后的水热炭比表面积增加显著、含氧官能团也更加丰富。KOH改性后吸附铵态氮效果优于FeCl3改性的水热炭。在45℃条件下最大吸附量为22.61mg/g。 （3）经过改性处理的水热炭对磷酸根的吸附动力学符合准二级动力学方程（R2＞0.95，P＜0.05），吸附热力学特征符合Langmuir方程（R2≥0.94，P＜0.05）；这个吸附过程是一个自发进行的吸热反应（ΔGθ小于0，ΔHθ大于0），而且是单分子层吸附，并受到快速反应的控制。通过FeCl3和KOH的改性，水热炭可以显著提高吸附磷酸根的能力。 FeCl3改性后吸附磷酸根主要是其具有良好的静电吸引能力；KOH改性后吸附磷酸根主要依靠较大的比表面积和离子交换作用。FeCl3改性的玉米秸秆水热炭具有较大的吸附量，在45℃条件下最大吸附量为2.25mg/g。
玉米秸秆;水热炭化;铵态氮;磷酸根;吸附机制
吉林农业大学
硕士
植物营养学
杨靖民
2023
中文
S216
2023-12-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）