Production of Wood Biochar From Municipal Green Wastes and Adsorption of Ammonium Nitrogen From Aque

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城市绿化在带来生态效益和景观美学的同时,也导致了城市周边园林垃圾的大量产生。随着城市园林垃圾数量的逐年上升,它们的处理已经成为近年来的一个巨大挑战,目前最常用处理技术是的燃烧/焚烧和土地填埋两种,这种传统的处理技术不仅对环境有较多的负面影响,而且焚烧的条件因其操作难度大面临很多的挑战,填埋处理也面临着空间缺乏的困境,所以政府正在寻找合适的技术来解决它们的处理和处置问题。  同时,伴随着城市的发展,越来越多的水体收到了氨氮污染。大多数氨氮污染源来自于工业废水、城市污水处理厂的废水和雨水径流等。氨氮污染造成了一系列的水环境和生态问题,其中包括水体富营养化、鱼类等水生生物大量死亡、增大了饮用水的净化难度等。因此,迫切需要对水体氨氮污染进行进一步研究,探寻出可行的处理水中氨氮污染的方法。  在此研究中,慢速热解作为一种环境友好型技术,将木材废料、城市园林垃圾的一部分转化为生物炭。生物炭表面具有发达的多孔结构,这种碳材料,可用于吸附水溶液中氨氮。在生物炭的制备过程中,热解温度是关键参数,本次实验为了获得一个理想的生物炭的产量,分别设置了300℃,450℃,600℃的热解温度。在吸附实验,分别研究了各个热解温度下生物炭的吸附性能。通过控制氨氮初始浓度,吸附剂用量,溶液的初始pH以及吸附时间来研究生物炭对氨氮的吸附效果,并利用吸附等温线和吸附动力学模型来分析探究生物炭对氨氮的吸附机制。  结果表明,在热解温度为300℃,450℃和600℃条件下,生物炭的产率分别为53.16%,36.65%和31.46%,呈降低趋势。此外,随着热解温度从300到600℃升高,所有的生物炭的pH均呈碱性,从7.3增加到8.1。在吸附实验中,生物炭符合Freundlich模型(R2>0.96),这表明,生物炭表面上的异质性在吸附过程占主导作用。与300℃和600℃热解得到的生物炭相比,WB450热解得到的生物炭对氨氮具有较高的吸附能力,在拟合Freundlich模型时,其Kf最大,Kf=0.27;而朗格缪尔模型中,其拥有较大的q0=2.347mg/g。当pH值范围为6至8时,生物炭对溶液中氨氮拥有最佳的吸附能力。此外,随着氨氮初始浓度和生物炭用量的增加,生物炭对氨氮的吸附能力和去除率均增大。实验中还发现,吸附过程在反应的第240分钟达到吸附平衡,并且通过使用WB450热解得到的生物炭吸附溶液中的氨氮发现,生物炭对氨氮的吸附过程较好的符合拟二阶动力学模型(R2=0.999),可预测吸附过程是由化学吸附为主。  这项研究表明,从城市园林垃圾中产生的木材废料可以作为制备生物炭的原料,能有效地去除水溶液中的氨氮。即园林垃圾可作为一种廉价的原料,结合慢速热解的环境友好型技术来制备成碳材料,不仅解决了园林绿化垃圾的处置问题,也为水体氨氮污染的处理寻找到一个合适的技术。本次研究的结果可作为未来项目研究的基础参考数据。
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