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改性生物炭吸附硝酸盐和磷酸盐研究

作　者: 李际会
导　师: 宋吉青
学　校: 中国农业科学院
专　业: 生态学
关键词: 改性生物炭 硝酸盐 磷酸盐 吸附
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在水体中，引起水体富营养化的关键营养元素是氮和磷。而在土壤中，氮和磷的淋失不仅给农业生产造成巨大损失，而且对农业生态环境带来潜在威胁。因此，去除硝酸盐和磷酸盐对水体净化有重要意义；减少氮和磷的淋失能提高肥料利用率以及改善农业生态环境。本研究以工厂大规模生产的小麦秸秆生物炭为原材料，并利用FeCl3对生物炭进行改性负载铁处理，制备成高效吸附硝酸盐和磷酸盐的改性生物炭，并应用于水体和土壤中，为含硝酸盐和磷酸盐污水的处理和减少土壤中硝态氮与有效磷的淋失以及农作物秸秆的高效利用找到新的途径。主要研究结果如下：（1）最佳改性生物炭的确定：将Fe3+与小麦秸秆生物炭以6种不同质量比进行混合，对其进行改性处理。根据不同改性炭在KNO3和KH2PO4溶液中对硝态氮和磷的吸附量，确定Fe3+与生物炭的最佳混合质量比为0.7。（2）在KNO3和KH2PO4溶液中，研究了最佳改性生物炭对硝态氮和磷的吸附特性，发现：它们对硝态氮和磷的吸附过程实验数据符合Langmuir、Freundlich、Temkin和Dubinin-Radushkevich （D-R）吸附方程；通过Langmuir吸附方程，得出吸附硝态氮和磷的理论最大吸附量分别为2.47mg·g-1和16.58mg·g-1。硝态氮和磷的去除率随着改性生物炭添加量的增加而增大，最后趋于稳定。改性生物炭的在硝态氮溶液中最适量为44g·L-1，去除率为75%；在磷溶液中的最适量为8g·L-1，去除率为99%。随着pH的升高，吸附量随之下降。改性生物炭吸附硝态氮和磷反应符合二级反应，相关系数R2值分别为0.999和0.994；颗粒内扩散和流体界膜扩散同时作用于吸附过程；首先是吸附剂周围流体界膜中吸附质的迁移（即外扩散）过程，然后是颗粒内扩散过程为速率控制步骤的平缓吸附过程。物理吸附和化学吸附两种结合方式同时存在于水体中改性生物炭吸附硝态氮和磷的过程。但是，化学吸附过程在吸附硝态氮过程中不起主导作用，在吸附磷过程中起主导作用。（3）土柱淋溶试验中，选取未改性生物炭和最佳改性生物炭添加到土壤中进行淋溶实验，得出：土柱淋溶试验表明：土壤中添加未改性生物炭对硝态氮和有效磷的淋失量无显著影响，而添加同比例的最佳改性生物炭则能显著地降低硝态氮和有效磷的淋失。土壤中添加2.5%、5%和10%的最佳改性生物炭与CK相比，分别使硝态氮的淋失量显著降低20%、43%和59%，有效磷显著降低45%、59%和75%。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 研究背景及目的意义  11-12
  1.2 研究进展  12-16
    1.2.1 生物炭吸附性在水体中的应用  13-14
    1.2.2 生物炭吸附性在土壤中的应用  14-16
  1.3 研究内容及技术路线  16-18
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 技术路线  17-18
第二章 改性生物炭的制备及优选  18-21
  2.1 材料与方法  18-19
    2.1.1 实验材料  18
    2.1.2 改性生物炭的制备  18
    2.1.3 最佳改性炭的确定  18
    2.1.4 氮和磷含量测定方法  18-19
    2.1.5 数据分析  19
  2.2 结果与分析  19-20
    2.2.1 改性生物炭对硝态氮的吸附  19
    2.2.2 改性生物炭对磷的吸附  19
    2.2.3 最佳改性生物炭的确定  19-20
  2.3 本章总结  20-21
第三章 改性生物炭对水体硝酸盐和磷酸盐的吸附  21-38
  3.1 水体中影响吸附的因素  21-23
    3.1.1 初始被吸附物浓度对吸附的影响  21-22
    3.1.2 吸附剂添加量对吸附的影响  22
    3.1.3 溶液pH对吸附的影响  22
    3.1.4 反应时间对吸附的影响  22-23
  3.2 材料与方法  23-24
    3.2.1 实验材料的制备  23
    3.2.2 改性生物炭对硝态氮和磷的吸附性能实验  23-24
  3.3 结果与分析  24-36
    3.3.1 改性生物炭对硝态氮的吸附性能  24-30
    3.3.2 改性生物炭对磷的吸附性能  30-35
    3.3.3 改性生物炭对硝态氮和磷吸附的机理讨论  35-36
  3.4 本章总结  36-38
第四章 改性生物炭对土壤硝态氮和有效磷淋失的影响  38-43
  4.1 材料与方法  38-39
    4.1.1 实验材料  38
    4.1.2 土柱淋溶试验  38-39
  4.2 结果与分析  39-41
    4.2.1 改性生物炭对土壤中硝态氮淋失的影响  39-40
    4.2.2 改性生物炭对土壤中有效磷淋失的影响  40
    4.2.3 减少硝态氮和有效磷淋失效果讨论  40-41
  4.3 本章总结  41-43
第五章 结论与展望  43-45
  5.1 结论  43-44
  5.2 展望  44-45
参考文献  45-54
致谢  54-55
作者简介  55

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 水体污染及其防治
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