油菜秸秆生物炭对水中氨氮的吸附性能及机理

以废弃油菜秸秆为原料,采用限氧热解法分别在450℃、550℃、650℃条件下制备油菜秸秆生物炭(Rape Straw Biochar,RSB)RSB_(450)、RSB_(550)、RSB_(650),对其理化性质进行了表征,通过序批试验研究了3种RSB吸附水中氨氮的影响因素,并结合动力学、等温线、热力学分析探讨了其吸附机理。结果表明,RSB的碳化、芳香化程度随着热解温度的提升而增加,比表面积、总孔容、平均孔径也随之增大。当溶液初始pH值为8,氨氮初始质量浓度为30 mg/L,RSB_(450)、RSB_(550)、RSB_(650)投加质量分别为0.7 g、0.6 g、0.4 g时,经过210 min左右达到吸附平衡,氨氮去除率均超过95%。3种RSB对氨氮的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。ΔG^(θ)<0、ΔH^(θ)>0、ΔS^(θ)>0,表明吸附是自发、吸热、熵增推动的过程。吸附机理涉及静电引力、离子交换、阳离子-π键作用、氢键作用、孔隙填充等。RSB_(650)对氨氮的理论最大吸附量为12.508~20.092 mg/g,比RSB_(450)、RSB_(550)分别提高了1.39~1.76倍、0.49~0.66倍,且具有良好的可重复利用性,可作为高效去除水中氨氮的优势吸附材料。

不同地区油菜秸秆制备的生物质炭对酸性红壤的改良效果

从江西鹰潭、安徽宣城、江苏南京和淮阴等4个地区收集油菜秸秆,在500℃下厌氧热解制备生物质炭,比较生物质炭的pH、盐基离子和碳酸盐含量的差异,并在20 g/kg加入量下考察其对安徽宣城pH 4.1的酸性红壤改良效果。结果表明,江西鹰潭油菜秸秆炭pH、盐基离子和碳酸盐含量最低,安徽宣城油菜秸秆炭次之,江苏淮阴和南京油菜秸秆炭的相应参数值最高。当用这4种油菜秸秆炭改良土壤酸度时,改良效果表现为江苏淮阴>江苏南京>安徽宣城>江西鹰潭,与生物质炭pH、盐基离子和碳酸盐含量一致。因此,利用秸秆生物质炭改良土壤酸度时,不仅需要考虑炭化条件和秸秆类型,作物的产地差异也需要进行考量。

生物炭对土壤化学性质及水稻苗期生长的影响

研究表明,采用盆栽法,在土壤中添加油菜秸秆生物炭可极显著提高土壤的pH值和有机质含量,但对土壤全氮、碱解氮含量无显著影响;添加生物炭可显著或极显著增加水稻的根系活力、总根长、总根表面积、总根体积、分蘖数、叶面积、叶片叶绿素含量以及水稻各部位(根、茎、叶)干物质量。综上,添加生物炭有利于改善土壤肥力,进而促进水稻苗期根系和地上部生长。