镧改性生物炭高效去除水中磷酸盐特征与机理分析

作     者：程福龙 张祚 胡雯雯 冉沿莹 王文锑 李安芹 卢增辉 赵嫦欣 潘杰 CHENG Fulong;ZHANG Zuo;HU Wenwen;RAN Yanying;WANG Wenti;LI Anqin;LU Zenghui;ZHAO Changxin;PAN Jie

作者机构：重庆三峡学院三峡库区水环境演变与污染防治重庆市级重点试验室重庆404100 重庆市万州生态环境监测站重庆404100 

基　　金：重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202201206 KJQN202301205) 三峡库区水环境演变与污染防治重庆市重点实验室开放基金项目(WEPKL2019YB-03) 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2024年第40卷第4期

页      码：235-244页

摘      要：生物炭(biochar,BC)应用于水体中磷的去除不仅有助于缓解水体富营养化,还有利于解决固体废物处理问题,达到以废治废的目的。然而,吸附性能较差严重限制了生物炭在水体除磷方面的应用。因此,该研究采用热解-水热法成功合成了一种镧(La)改性生物炭(La-modified biochar,LBC)除磷吸附剂,考察了制备参数(包括La与BC质量比、水热时间和水热温度)、吸附时间、初始磷浓度、pH值、共存离子对LBC吸附磷酸盐性能的影响,并分析了饱和吸附磷酸盐的LBC在水中的磷酸盐缓释性能。此外,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征技术研究了LBC对磷酸盐的吸附机理。试验结果表明,LBC对磷酸盐的吸附能在1 h内快速达到平衡,由Langmuir模型拟合得到的最大吸附量可达136.4 mg/g,吸附速率和吸附量优于大多数已报道的镧改性生物炭吸附剂,这可能主要是因为LBC表面的镧物种呈球状多孔结构,能够提供丰富的磷酸盐吸附位点。此外,LBC在pH值为3~7范围能保持稳定的磷酸盐吸附性能,而在碱性环境下会受到抑制。LBC在含有常见共存阴离子的溶液中,对磷酸盐表现出较高的选择性。XRD、FTIR和XPS表征结果证实,LBC对磷酸盐的吸附机理包括静电吸引、LaPO_(4)沉淀和La-O-P内球络合。饱和吸附磷酸盐的LBC在15 d内可以有效进行连续的磷酸盐释放,且La浸出量可忽略不计。该研究可为农林业废物资源化利用、富营养化水体缓解和高效镧改性生物炭除磷吸附材料的合成设计提供新的思路。

主 题 词：生物炭 水体 富营养化 镧 磷酸盐 吸附 

学科分类：083002[083002] 0830[工学-生物工程类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.11975/j.issn.1002-6819.202310210

馆 藏 号：203127398...