改性生物炭对沼液氨氮的吸附效果研究

中国农业科技导报ꎬ２０１８ꎬ２０(１１):１３５－１４４ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ收稿日期:２０１７￣１１￣０７ꎻ接受日期:２０１８￣０２￣１１基金项目:公益性行业(农业)专项(２０１５０３１３５)资助ꎮ作者简介:马艳茹ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为农业废弃物综合利用ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｍａｙａｎｒｕ１６８＠１６３.ｃｏｍꎮ∗通信作者:王黎明ꎬ教授ꎬ硕士生导师ꎬ主要从事生物质技术与装备研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｄｌｉｄｘｙ＠１６３.ｃｏｍ改性生物炭对沼液氨氮的吸附效果研究马艳茹１ꎬ２ꎬ孟海波２ꎬ沈玉君２ꎬ丁京涛２ꎬ王黎明１∗(１.黑龙江八一农垦大学工程学院ꎬ黑龙江大庆１６３３１９ꎻ２.农业农村部规划设计研究院农村能源与环保研究所ꎬ农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室ꎬ北京１００１２５)摘要:针对沼液中氮含量排放超标污染问题ꎬ为筛选出能使氮元素最大回收的有效吸附方法ꎬ以玉米秸秆、玉米芯和木屑为原料ꎬ分别于５５０℃、６００℃、６５０℃下热解成生物炭ꎬ并采用ＮａＯＨ＋微波、ＦｅＣｌ３、ＫＯＨ和ＨＮＯ３对其进行改性处理ꎬ采用扫描电镜和压汞仪对生物炭进行表征ꎬ通过吸附动力学、吸附等温线和影响因素试验考察生物炭对ＮＨ＋４￣Ｎ的吸附效果ꎮ结果表明:ＮａＯＨ＋微波改性的５５０℃玉米秸秆炭(Ａ￣５５０￣ＮａＭ)、ＫＯＨ改性的５５０℃玉米秸秆炭(Ａ￣５５０￣Ｋ)、ＮａＯＨ＋微波改性的６００℃木屑炭(Ｃ￣６００￣ＮａＭ)和ＦｅＣｌ３改性的５５０℃玉米芯炭(Ｂ￣５５０￣Ｆｅ)对ＮＨ＋４￣Ｎ的吸附平衡时间在６０~１５０ｍｉｎ之间ꎬ其平衡吸附量分别为８.５８ｍｇ/ｇ、８.３０ｍｇ/ｇ、７.９５ｍｇ/ｇ和８.０１ｍｇ/ｇꎻＬａｎｇｍｕｉｒ模型较Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ模型更适合描述Ｂ￣５５０￣Ｆｅ、Ａ￣５５０￣ＮａＭ和Ａ￣５５０￣Ｋ对ＮＨ＋４￣Ｎ的吸附行为ꎬ３种改性生物炭对ＮＨ＋４￣Ｎ的最大吸附量分别为２００.２４ｍｇ/ｇ、１０１.８６ｍｇ/ｇ和９４.８２ｍｇ/ｇꎮ关键词:改性生物炭ꎻ沼液ꎻ氨氮ꎻ吸附ｄｏｉ:１０.１３３０４/ｊ.ｎｙｋｊｄｂ.２０１７.０７６４中图分类号:Ｘ７０３ꎬＸ７１２文献标识码:Ａ文章编号:１００８￣０８６４(２０１８)１１￣０１３５￣１０ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔｏｆＡｍｍｏｎｉａ￣ｎｉｔｒｏｇｅｎｆｒｏｍＢｉｏｇａｓＳｌｕｒｒｙｂｙＭｏｄｉｆｉｅｄＢｉｏｃｈａｒＭＡＹａｎｒｕ１ꎬ２ꎬＭＥＮＧＨａｉｂｏ２ꎬＳＨＥＮＹｕｊｕｎ２ꎬＤＩＮＧＪｉｎｇｔａｏ２ꎬＷＡＮＧＬｉｍｉｎｇ１∗(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＢａｙｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＤａｑｉｎｇ１６３３１９ꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＭｏｄｅｌｆｏｒＣｙｃｌｉｃＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｆｒｏｍＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＲｕｒａｌＡｆｆａｉｒｓꎻＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｕｒａｌＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１２５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｎｉｔｒｏｇｅｎｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｂｉｏｇａｓｓｌｕｒｒｙꎬａｎｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｃｒｅｅｎｏｕｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍａｘｉｍｕｍｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎꎬｔｈｉｓｓｔｕｄｙｔｏｏｋｃｏｒｎｓｔａｌｋꎬｓｃｏｒｎｃｏｂａｎｄｓａｗｄｕｓｔａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌꎬａｎｄｐｒｏｄｕｃｅｄｂｉｏｃｈａｒｂｙｐｙｒｏｌｙｓｉｓａｔ５５０℃ꎬ６００℃ꎬ６５０℃ａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｔｈｅｍｗｉｔｈＮａＯＨ＋ｍｉｃｒｏｗａｖｅꎬＦｅＣｌ３ꎬＫＯＨａｎｄＨＮＯ３ꎬｓｅｐａｒａｔｅｌｙ.Ｔｈｅｂｉｏｃｈａｒｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｍｅｒｃｕｒｙｉｎｊｅｃｔｉｏｎ.ＴｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｂｉｏｃｈａｒｏｎＮＨ＋４￣Ｎｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓꎬａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｔｉｍｅｏｆｃｏｒｎｓｔａｌｋｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙＮａＯＨ＋ｍｉｃｒｏｗａｖｅｏｆ５５０℃(Ａ