铁改进型蓝藻生物炭的制备及对地表水中磷的协同吸附机制

来源：环境科学杂志2023年第1期北京时间：

作者：韩杰,黄鑫,杨昆仑,宋超凡,缪恒锋

单位：江南大学环境与土木工程学院, 无锡 214122,江南大学环境与土木工程学院, 无锡 214122,江南大学环境与土木工程学院, 无锡 214122,江南大学环境与土木工程学院, 无锡 214122,江南大学环境与土木工程学院, 无锡 214122,江苏省厌氧生物技术重点实验室, 无锡 214122,江苏省生物质能源与减碳技术工程实验室, 无锡 214122

摘要：为缓解水体富营养化以及蓝藻堆积问题，采用经过聚合硫酸铁（PFS）脱水后的蓝藻制备生物炭吸附水体中的磷酸盐，其中生物炭经过水蒸气活化调节孔隙结构.通过响应面法对蓝藻生物炭的制备条件进行优化.当PFS投加量为458 mg·L-1、碳化温度为433℃和生物炭前体物与水蒸气的质量比为1：11.选取不加PFS生物炭（F₀H₁₁-433）与加PFS生物炭（F₄₅₈H₁₁-43）进行X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、Zeta电位和拉曼光谱（Raman）表征，来研究蓝藻生物炭与PFS对磷酸盐的去除是否具有协同效应.结果表明，与F₀H₁₁-433相比，F₄₅₈H₁₁-433表面出现铁氧化物，零电荷点（pH_pzc）从4.41提高到6.19，生物炭的无序、缺陷程度得到提高.准二级动力学模型和Langmuir模型适用于描述F₄₅₈H₁₁-433的吸附除磷过程，饱和吸附容量为31.97 mg·g-1.F₄₅₈H₁₁-433对实际湖水具有优良的除磷性能，出水磷酸盐残余量低于0.025 mg·L-1；在几种常见阴离子共存的情况下，仍然表现出了优异的选择性吸附；5次循环后F₄₅₈H₁₁-433对磷酸盐的去除仍能达到75.78%，表明F₄₅₈H₁₁-433具有可再生的特性.结合吸附前后材料的表征结果，F₄₅₈H₁₁-433的除磷机制主要涉及静电吸引和配体交换.

关键词：富营养化,蓝藻生物炭,水蒸气活化,聚合硫酸铁,磷酸盐,