铁锰镁离子改性生物炭对溶液硝态氮的吸附性能研究

摘要

为突破生物炭对硝态氮吸附的局限性,以花生壳为原料,在600℃条件下热解制备生物炭(BC),分别用FeCl3、MnCl2、MgCl2对其进行金属负载改性(BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg),设计批量吸附试验,结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等进行表征分析。结果表明,铁、锰、镁离子改性使生物炭的比表面积增大6.67~12.16倍,孔容增加3.30~6.00倍,并显著增强了对硝态氮(NO-3-N)的吸附性能(P<0.05),吸附量较BC增加11.5%~17.1%,BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg对NO-3-N的最大吸附量分别为41.58、39.04、39.58 mg·g-1,铁、锰、镁离子与炭的最佳质量比分别为0.80、0.20、0.20,铁离子改性效果最好;酸性条件有利于改性生物炭对NO-3-N的吸附,吸附动态符合Langmuir方程(R2=0.935~0.961),吸附过程符合准一级动力学方程(R2=0.971~0.980)。综上,通过金属离子改性,增大了生物炭的比表面积和孔容,优化了表面结构。此外,改性生物炭表面的含氧官能团和金属离子能通过形成氢键或静电作用吸附NO-3-N,进而增强对NO-3-N的吸附能力。本研究结果为生物炭吸附材料的制备及吸附性能优化提供了理论依据。