生物质炭材料吸附亚甲基蓝和释放P的特性研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangor2008
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生物质热解炭具有发达的孔隙结构、高的比表面积和丰富的含氧表面官能团,因而具有较强的吸附能力,可用于水体有机污染物的吸附。生物质水热炭由于其富含P元素,适量施加可促进植物的生长,并且可以改善土壤质地及耕作性能。通过制备生物质热解炭,对其进行活化负载TiO2处理,研究了它们的理化性能和吸附有机物特性,筛选出最优制备条件。通过制备不同生物质水热炭,对其P的释附性能及作用机理进行探究,研究了不同生物质原料,水热温度以及水热炭颗粒度对P释放的影响的影响规律.通过常规热解方式制备油茶壳与竹子生物质热解炭,并对其利用水蒸气进行活化处理。使其作为载体负载TiO2,采用BET、SEM和XRD分析手段对其理化性质进行表征,研究载体比表面积、不同样品煅烧温度、不同负载比例下的样品对吸附降解水体有机污染物亚甲基蓝的影响。结果表明,载体的比表面积与吸附降解效果呈正向影响关系,样品1.3AC4@1TiO2-500对亚甲基蓝溶液的吸附降解量可达到24.06 mg/g。样品煅烧温度与TiO2锐钛晶型的完善程度和晶粒尺寸呈正向影响关系,因而提高煅烧温度可增强光催化反应效果,样品1.3AC4@1TiO2-700对亚甲基蓝溶液的光催化降解量可达到26.72 mg/g。活性炭负载比例与光催化反应效果呈正向影响关系,活性炭负载比例的增加可促进TiO2光生载流子的分离,增强光电流响应强度,从而提高光催化活性。通过常规水热方式制备生物质水热炭,使用富磷生物质牛骨、鸡粪与虾壳,贫磷生物质玉米秸秆、汉麻秸秆、油茶壳与生活污泥作为生物质原料。采用工业分析,矿质元素测定和热重分析手段对其理化性质进行表征,研究不同生物质原料对有效P释放效果的影响。结果表明,生物质原料P含量与有效P释放效果呈正向影响关系,富磷类生物质释放有效P效果明显优于贫磷类生物质。虾壳原料有效P释放量达到1.16 mg/g,虾壳热炭有效P释放量达到1.60 mg/g。灰分含量较高的生物质生物质原料,其中各类非金属氧化物以及硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氯化物等无机盐金属氧化物含量也更为丰富,因而有效P释放效果更优。基于上述研究结论,采用富磷生物质虾壳作为原料制备生物质水热炭。采用BET,FTIR,XRD等分析手段对样品理化性质进行表征,研究不同水热温度,样品粒径以及反应时长对样品释放有效P效果的影响。结果表明,随着水热炭化温度的提高,样品有效P释放量呈现先增加后降低的趋势。经120℃水热处理的虾壳水热炭有效P释放量相对于虾壳原料释放量提高28.3%;经140℃水热处理的虾壳水热炭有效P释放量相对于虾壳原料释放量提高22.5%,可见在高压高温的水热环境可以促使有机P转化为有效P(正磷酸盐)。样品粒径与有效P释放效果成正向关系,粒径为<38μm的虾壳水热炭有效P释放量均高于粒径为425μm-600μm的虾壳水热炭,且随着炭化温度的升高,其效果也更为显著。粒径<38μm时样品平均有效P释放量为粒径为425μm-600μm的2倍。粒径对于虾壳水热炭有效P释放效果的影响会随着样品水热炭化温度的升高而明显增加。高温下会使水热炭表明的P转化为结晶状态P,粒径更小的样品则会暴露更多内部的非结晶态P。
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