具有氮磷吸附性能的粉煤灰基土壤调理剂的制备及其应用研究

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水系统中磷酸盐和铵盐的过量会导致富营养化,给水环境带来了严重的生态污染,土壤的严重退化会导致农作物减产减量,这些环境问题引起了人们广泛关注。本论文以低成本的固体废弃物粉煤灰(FA)为原料来制备了一种具有优异氮磷吸附性能的FA基土壤调理剂,研究了其对氮磷的吸附性能及去除机理,并研究了FA基土壤调理剂对红壤土土壤质量的改良和对西红柿的农艺性状、产量、品质的影响。具体研究结果如下:(1)采用FA制备的介孔托贝莫来石(TFA)可有效去除水中的磷酸盐和铵盐。TFA的理化性质通过X射线荧光(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜-能量色散光谱(SEM-EDS)进行表征。结果表明TFA具有更大的比表面积、孔容和平均孔径,从FA的22.05 m~2/g、0.04589 cm~3/g和8.323 nm增加到TFA的84.17 m~2/g、0.2668 cm~3/g和12.68 nm。对磷酸盐和铵盐的去除效率从FA的26.57%和14.40%增加到TFA的54.40%和19.53%。磷酸盐和铵盐在FA和TFA上的吸附动力学数据更符合拟二级模型。TFA对磷酸盐的去除机制是由于静电引力和生成Ca HPO4·2H2O沉淀。同时,TFA通过吸附和与TFA中的-OH相互作用生成NH3·H2O去除铵盐。因此,TFA可以作为一种高效且经济的吸附剂用于水中磷酸盐和铵盐的吸附,并且吸附氮磷后的TFA可作为有效的氮磷缓释肥料。(2)FA基土壤调理剂对红壤土的理化特性均有着良好的改善:土壤容重降低了4.84%,土壤孔隙度、含水量和保水性能分别提升了11.44%、17.93%和58.41%,优化了土壤的耕层结构;土壤p H值和土壤有机质含量也有所提高,尤其是土壤有效硅含量增长显著,提高了165.19%,说明土壤肥力明显增强;且土壤中Cr、As、Cd、Pb等重金属离子含量均远远低于农用地土壤污染风险筛选值。同时,西红柿的株高和茎粗分别提高了48.26%和33.69%;果实的横径、纵径、座果数、单果重分别提高了21.31%、22.71%、81.08%、49.26%。结果表明,FA基土壤调理剂对西红柿植株在苗期就展现出良好的生长优势,且一直保持到生长后期。适量施用粉煤灰基土壤调理剂能显著提升西红柿果实的可溶性糖、可溶性蛋白质、维生素C、硝酸盐含量等品质,且西红柿中Cr、As、Cd、Hg、Pb等重金属元素含量远远低于相应国家标准限值。本研究将为粉煤灰的高值资源化利用、红壤土种植地的土壤改良和西红柿单产水平的提高提供一定的理论和技术依据。
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