Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

来源：中国环境科学杂志2018年第6期北京时间：

作者：王彤彤, 崔庆亮, 王丽丽, 谭连帅, 孙层层, 郑纪勇

单位：1. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西 杨凌 712100;2. 中国科学院水利部水土保持研究所, 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点试验室, 陕西 杨凌 712100;3. 中国科学院大学, 北京 100049;4. 长江水利委员会长江科学院, 重庆分院, 重庆 400026

摘要：为高效利用生物质能源，以常见农林废弃物柠条为原料，在650℃、3h条件下，采用限氧热裂解法制备生物炭，通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭，进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型）和4种吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型）以及pH值、添加量影响试验，探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时，使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质，揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理，并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明：柠条生物炭（NB）对P的吸附量很低，Al改性柠条生物炭（Al-NB）最佳改性比例为0.2：1，对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程；Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型，说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g，平衡时间为24h.随着添加量的增大，Al-NB对P的吸附量不断减小，去除率逐渐增加，2.5g/L为最佳添加量；最适pH为4～10，当pH=7时，达到最大；吸附P后，溶液的pH值向中性范围倾靠，有一定缓冲作用.吸附机理包括：静电吸附作用，配体交换（羟基），P与阴离子（NO3-）交换，颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.

关键词：生物炭,柠条,Al改性,吸附特性,磷,机制

基金资助：国家自然科学基金项目（41571225）；国家重点研发计划项目（2016YFC0501702）；科技部科技支撑计划项目（2015BAC01B01）