不同改性猕猴桃枝生物炭表征及堆肥研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:java_flash
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随着我国农业补贴政策和科技兴农机制的完善,农业生产中猕猴桃产业逐渐扩展,同时也增加了猕猴桃残枝的产量。然而,如何处理日益增多的猕猴桃枝是农业可持续发展的一个重要问题。生物炭作为废弃物能源化利用的措施,利用其独特的结构和优异的理化性能被证明是一种很有前途的吸附剂和堆肥添加剂。目前,关于对猕猴桃枝资源化利用的试验研究相对较少,尤其是在改性猕猴桃枝生物炭及其堆肥成效方面。本研究通过采用碱改性、酸改性和氧化改性三种方法对猕猴桃枝进行改性生物炭制备,以获得NaOH改性(KB-NaOH)、KOH改性(KB-KOH)、HNO3改性(KB-HNO3)和FeCl3改性(KB-FeCl3)猕猴桃枝生物炭,并以未改性猕猴桃枝生物炭(KB-未改性)作为对照。通过测定猕猴桃枝生物炭相关指标及拟合等温吸附和吸附动力学曲线,分析其表征特性和吸附能力,以明确较优的生物炭制备的改性方法。此外,通过改性生物炭与牛粪沼渣和猪粪不同比例混合堆肥研究,设置CK、D1、D2、D3和D4五个处理,即猪粪:牛粪沼渣:生物炭(质量比)分别为100:0:0、100:0:2.5、75:25:2.5、50:50:2.5和25:75:2.5,明确改性生物炭对混合堆肥过程中堆肥性质的变化,以分析和优化沼渣混合堆肥方法。本研究的主要结果如下:(1)通过分析改性和未改性猕猴桃枝生物炭表征特性表明,改性猕猴桃枝生物炭较未改性猕猴桃枝生物炭增加了电导率、灰分含量、比表面积和孔容,而降低了平均孔径。KB-NaOH和KB-KOH增加了生物炭的pH值,KB-HNO3和KB-FeCl3则表现出了相反的结果。此外,KB-NaOH、KB-KOH、KB-HNO3和KB-FeCl3较KB-未改性均在2920 cm-1和2850 cm-1处明显增加了吸收峰,说明改性生物炭增加了表面的亚甲基。KB-NaOH和KB-KOH较另外三种猕猴桃枝生物炭增加了在873 cm-1处的吸收峰值,表明碱改性猕猴桃枝生物炭表面的次甲基有所增加。(2)基于猕猴桃枝生物炭的等温吸附和吸附动力学试验,以验证其对氮(铵态氮-氯化铵:NH4+-N、尿素-有机氮:TN)、磷(磷酸二氢钾:TP)、还原性物质(葡萄糖:RDS)的吸附能力。在猕猴桃枝生物炭的等温吸附过程中,由模型拟合参数相关系数R~2表明,Freundlich模型较Langmuir模型更适合描述猕猴桃枝生物炭吸附能力的变化趋势。猕猴桃枝生物炭对NH4+-N、TN、TP和RDS的吸附能力分别遵循KB-KOH>KB-NaOH>KB-FeCl3>KB-HNO3>KB-未改性、KB-KOH>KB-FeCl3>KB-NaOH>KB-HNO3>KB-未改性、KB-FeCl3>KB-KOH>KB-HNO3>KB-NaOH>KB-未改性和KB-NaOH>KB-KOH>KB-FeCl3>KB-HNO3>KB-未改性的顺序。在猕猴桃枝生物炭的吸附动力学过程中,准二级动力学方程模型较准一级动力学方程模型更适合描述猕猴桃枝生物炭的吸附动力学过程。猕猴桃枝生物炭对NH4+-N、TN、TP和RDS的吸附能力分别遵循KB-KOH>KB-NaOH>KB-FeCl3>KB-HNO3>KB-未改性、KB-KOH>KB-NaOH>KB-FeCl3>KB-HNO3>KB-未改性、KB-FeCl3>KB-KOH>KB-NaOH>KB-HNO3>KB-未改性和KB-NaOH>KB-KOH>KB-FeCl3>KB-HNO3>KB-未改性的顺序。总的来说,综合生物炭等温吸附曲线和吸附动力学曲线拟合结果表明,KB-NaOH、KB-KOH处理较其他处理能够较好地提高猕猴桃枝生物炭表面的吸附能力和吸附量。(3)将猪粪、牛粪沼渣和NaOH改性猕猴桃枝生物炭按照不同比例进行混合,通过测定混合堆肥过程中堆体的相关性质表明,添加改性生物炭可以促进堆体中有机物质的分解,并改善其理化特性。D2、D3和D4处理较CK处理不仅能够保证堆肥过程中温度、水分、pH值和EC的优异条件,而且能够快速使得堆体腐蚀,并满足有机肥的条件。此外,D2处理较D3和D4处理表现更佳,可以更有效地完成堆肥,适合在农业发展中推广应用。
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