构树生物炭对水体中磷酸盐的吸附及其对土壤化学性质的影响

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土壤修复过程中产生的剩余生物质的污染问题是限制该技术广泛应用的瓶颈,而将剩余生物质进行资源化制备生物炭是一种有效的解决办法。生物炭是生物有机材料(生物质)在无氧或者低氧的环境下,经高温热裂解后生成的固态产物,具有对相关污染物的吸附去除能力,同时也常用作土壤改良剂。随着近年来污水超标排放和资源过量开采,我国当前面临着水体中磷酸盐含量过多引发的富营养化以及矿山开采造成的土壤破坏等问题。所以如何运用生物炭合理的解决水污染和土壤问题引起了社会的广泛关注。本研究将锰矿区收获的构树叶制备生物炭,作为吸附剂用于水体中磷酸盐的去除,探讨离子强度和不同种类电解质对吸附过程的影响,结合吸附后生物炭中不同形态磷含量的分析探究吸附机理,对水体中磷酸盐的去除以及水体富营养化的防治具有重要意义;选用湘潭锰矿土和营养土作为主要对象,将未吸附磷酸盐和吸附磷酸盐的构树生物炭作为土壤基肥添加至两种土壤中,探究两种生物炭对土壤化学性质的影响,对土壤化学性质的改良及修复具有重要意义。其主要研究内容和结果如下:1、构树生物炭具有典型的多孔隙结构和较大的比表面积;构树生物炭对磷酸盐有吸附作用;C-O、O-H和酰胺Ⅱ等官能团参与构树生物炭对磷酸盐的吸附过程;构树生物炭在水溶液中表面主要携带负电荷;构树生物炭中含有CaCO3和Ca(COO)2·H2O 晶体。(第 2 章)2、构树生物炭在中性和碱性条件下吸附性能较好;Ca2+、Na+、Cl-和NO3-可以促进吸附过程的进行;磷酸盐主要以Ex-P、Al-P和Fe-P三种磷形态与构树生物炭进行吸附结合;准二级吸附动力学模型可以更好的拟合吸附过程,化学吸附反应是吸附过程中的主要限速步骤;当温度在25℃时吸附可以更好地被Freundlich模型拟合,在35℃时吸附可以更好地被Langmuir模型拟合;35℃的理论最大吸附量为28.2 mg/g。(第3章)3、土壤pH值均随着两种构树生物炭添加量的提高而呈现上升趋势,未吸附构树生物炭对土壤pH值提高效果强于吸附后构树生物炭;两种构树生物炭的添加都可以提高土壤有机质含量;土壤碱解氮的含量随着两种构树生物炭添加量的提高呈现先上升后下降的趋势;土壤速效磷含量随着两种构树生物炭添加量的提高而呈现上升趋势,吸附磷酸盐构树生物炭对土壤速效磷的提高作用强于未吸附磷酸盐构树生物炭。(第4章)本研究将锰矿区生长的构树叶片进行资源化利用,制备出一种对磷酸盐具有较好吸附效果的构树生物炭,且构树生物炭可以有效的改善土壤化学性质。这为后续水体富营养化治理和土壤修复提供了潜在的修复材料。
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