添加改性生物炭对黑土氮素吸附及淋溶特性的影响

【目的】探究金属离子改性生物炭对黑土氮素吸附和迁移特性的影响。【方法】以玉米秸秆为原材料,在450℃煅烧1.5 h条件下制备生物炭(BC),分别用KCl、ZnCl_(2)、FeCl_(3)溶液对其进行金属离子负载改性(分别命名为K-BC、Zn-BC和Fe-BC),并进行表征分析和氮素吸附试验,筛选出最佳改性生物炭;然后在黑土中添加质量分数0.3%的最佳改性生物炭(TB),以黑土作为对照(CK),探究这2个吸附体系的氮素吸附和迁移特性。【结果】Fe-BC对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附量分别为24632.79和5253.68 mg/kg,确定Fe-BC为最佳金属离子改性生物炭。Fe-BC的比表面积和平均孔径较BC提升了9.35和6.67倍。CK和TB在pH为3时对NO_(3)^(-)-N的吸附量最大,CK在pH为9时对NH_(4)^(+)-N的吸附量最大,TB在pH为5时对NH_(4)^(+)-N的吸附量最大。相较于准二级动力学方程,Elovich方程均能更好地描述CK、TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附动力学特征;相较于Freundlich方程,Langmuir方程均能更好地描述CK、TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附等温线;CK、TB对NO_(3)^(-)-N的吸附反应是自发、放热且无序的,对NH_(4)^(+)-N的吸附反应是自发、吸热且无序的。在氮素迁移试验中,TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的累积淋失量分别比CK减少53.19%和30.54%。【结论】黑土中添加Fe-BC可以有效增加对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附量,降低黑土中NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的淋失量,从而有效减少黑土中氮素的流失。

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g^(-1)和17.60 mg·g^(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。

河床底泥中氮素的迁移与积累特性试验研究

基于含氮污水在汾河典型断面河床底泥土柱中的渗透和运移试验,分析了河床底泥全氮含量随时间的变化过程和底泥质地对氮素含量及分布的影响。研究结果表明:在河道污水向底泥入渗的非饱和入渗和饱和入渗阶段,底泥全氮含量随时间的增加而增加。通透性好的底泥入渗水分通量大,底泥吸附能力低,溶质的吸附和机械弥散过程在非饱和入渗阶段基本完成;而通透性差的底泥入渗水分通量很小,溶质的吸附和机械弥散过程在非饱和入渗阶段不能全部完成;底泥胶粒表面带有负电荷的有限性决定了氮素吸附的有限性,底泥的结构又决定了机械弥散的有限性,无论底泥的通透性好与否,入渗达到一定时间后,氮素在其底泥中运动时,对流机理将起主导作用,即入渗水所携带的氮素随水分通过底泥孔隙向深层运移或排泄。