鑭改性生物炭高效去除水中磷酸鹽特征與機(jī)理分析

編號(hào)：CYYJ04252

篇名：鑭改性生物炭高效去除水中磷酸鹽特征與機(jī)理分析

作者：程福龍 張祚 胡雯雯 冉沿瑩 王文銻 李安芹 盧增輝 趙嫦欣 潘杰

關(guān)鍵詞： 生物炭 水體 富營(yíng)養(yǎng)化 鑭 磷酸鹽 吸附

機(jī)構(gòu)： 重慶三峽學(xué)院三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶市級(jí)重點(diǎn)試驗(yàn)室 重慶市萬(wàn)州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站

摘要： 生物炭(biochar,BC)應(yīng)用于水體中磷的去除不僅有助于緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化,還有利于解決固體廢物處理問(wèn)題,達(dá)到以廢治廢的目的。然而,吸附性能較差嚴(yán)重限制了生物炭在水體除磷方面的應(yīng)用。因此,該研究采用熱解-水熱法成功合成了一種鑭(La)改性生物炭(La-modified biochar,LBC)除磷吸附劑,考察了制備參數(shù)(包括La與BC質(zhì)量比、水熱時(shí)間和水熱溫度)、吸附時(shí)間、初始磷濃度、pH值、共存離子對(duì)LBC吸附磷酸鹽性能的影響,并分析了飽和吸附磷酸鹽的LBC在水中的磷酸鹽緩釋性能。此外,采用X射線衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征技術(shù)研究了LBC對(duì)磷酸鹽的吸附機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明,LBC對(duì)磷酸鹽的吸附能在1 h內(nèi)快速達(dá)到平衡,由Langmuir模型擬合得到的最大吸附量可達(dá)136.4 mg/g,吸附速率和吸附量?jī)?yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的鑭改性生物炭吸附劑,這可能主要是因?yàn)長(zhǎng)BC表面的鑭物種呈球狀多孔結(jié)構(gòu),能夠提供豐富的磷酸鹽吸附位點(diǎn)。此外,LBC在pH值為3~7范圍能保持穩(wěn)定的磷酸鹽吸附性能,而在堿性環(huán)境下會(huì)受到抑制。LBC在含有常見(jiàn)共存陰離子的溶液中,對(duì)磷酸鹽表現(xiàn)出較高的選擇性。XRD、FTIR和XPS表征結(jié)果證實(shí),LBC對(duì)磷酸鹽的吸附機(jī)理包括靜電吸引、LaPO4沉淀和La-O-P內(nèi)球絡(luò)合。飽和吸附磷酸鹽的LBC在15 d內(nèi)可以有效進(jìn)行連續(xù)的磷酸鹽釋放,且La浸出量可忽略不計(jì)。該研究可為農(nóng)林業(yè)廢物資源化利用、富營(yíng)養(yǎng)化水體緩解和高效鑭改性生物炭除磷吸附材料的合成設(shè)計(jì)提供新的思路。