花生壳生物炭对硝态氮的吸附机制研究

Adsorption of nitrate nitrogen by peanut shell biochar

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摘要以花生壳为原料，300℃热解条件下制得生物炭。通过批量平衡吸附试验，结合吸附前后 FTIR、XPS 图谱表征分析探索硝态氮（NO-3-N）在生物炭表面的吸附机制。结果表明，生物炭对 NO-3-N 的吸附显著受溶液 pH 值影响，当 pH﹤6时有利于吸附的进行。随溶液初始 NO-3-N 浓度增加，生物炭对其吸附量逐渐增加，在初始浓度800 mg·L-1的吸附体系中，最大吸附量达40 mg·g-1， Freundlich 方程可较好地拟合（R2=0.975）生物炭对 NO-3-N 等温吸附过程，吸附为非均一的多分子层吸附；生物炭对 NO-3-N 的吸附可在30 min 达到平衡，伪二级动力学方程能够较好地描述吸附动力学过程，表明吸附以化学吸附为主。FTIR、XPS 图谱分析表明，生物炭表面分布的羟基（-OH）、芳香环羰基（-C=O）及脂肪族醚类（-O-）等官能团参与了吸附过程，且与之相连的 C 原子结合能均增加。结合生物炭表面金属离子分布状况，综合分析认为，通过氢键形成和金属桥键作用是生物炭对 NO-3-N 吸附的主要机制。

作者王荣荣 ^[1] 赖欣 ^[2] 李洁 ^[2] 常泓 ^[3] 张贵龙 ^[2] 学术成果认领

作者单位山西农业大学生命科学学院，山西太谷 030800; 农业部环境保护科研监测所/天津市农田生态与环境修复技术工程中心，天津 300191 ^[1] 农业部环境保护科研监测所/天津市农田生态与环境修复技术工程中心,天津,300191 ^[2] 山西农业大学生命科学学院,山西太谷,030800 ^[3]

关键词生物炭硝态氮吸附动力学吸附等温线 biochar nitrate nitrogen adsorption kinetics adsorption isotherm

分类号 X712

栏目名称 土壤环境

DOI 10.11654/jaes.2016-0230

发布时间 2016-10-18

基金项目

天津市自然科学基金“生物炭调控设施菜地土壤氮素过程的效应与机制”(13JCYBJC25400) 国家科技支撑计划“中南城郊环保型资源高效农业模式研究与示范”(2014BAD14B05) 农业部项目“引进国际先进农业科学技术”