【摘 要】
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为提高人工湿地收割植物利用率,本试验以湿地植物芦苇为生物质,制备生物炭作吸附剂,比较5种不同金属氯化物Fe Cl3、Al Cl3、La Cl3、Mg Cl2和Ca Cl2制备的改性芦苇生物炭对磷酸盐的吸附特征,以及以不同芦苇生物质粒径和加入改性物质Mg Cl2与生物质的质量比制备成9种不同性质的芦苇生物炭的除磷效果,同时探讨了水体中氨氮对镁改性生物炭（Magnesium modified bioc
【基金项目】
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中央级公益性科研院所基本科研业务专项（2016YSKY-031）
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为提高人工湿地收割植物利用率,本试验以湿地植物芦苇为生物质,制备生物炭作吸附剂,比较5种不同金属氯化物Fe Cl3、Al Cl3、La Cl3、Mg Cl2和Ca Cl2制备的改性芦苇生物炭对磷酸盐的吸附特征,以及以不同芦苇生物质粒径和加入改性物质Mg Cl2与生物质的质量比制备成9种不同性质的芦苇生物炭的除磷效果,同时探讨了水体中氨氮对镁改性生物炭（Magnesium modified biochar,Mg-BC）除磷的影响,另外,用FTIR、XRD、XPS和SEM对吸附前后生物炭进行表征和分析。研究结果表明:（1）在初始磷浓度为20 mg/L时,对未改性生物炭（Biochar,BC）和5种不同改性物质制备的改性生物炭吸附磷酸盐时达到吸附平衡所需时间排序:镧改性生物炭（Lanthanum modified biochar,La-BC）<Mg-BC≈钙改性生物炭（Calcium modified biochar,Ca-BC）<铁改性生物炭（Ferrum modified biochar,Fe-BC）<铝改性生物炭（Aluminum modified biochar,Al-BC）<BC。在初始磷浓度为1500 mg/L时,BC和Mg-BC、Al-BC、Fe-BC、Ca-BC、La-BC吸附PO43--P的平衡吸附量分别为10.8、104.6、84.8、44.4、79.5和34.7 mg/g,其中Mg-BC的平衡吸附量是BC的9.69倍,对其进行排序:Mg-BC>Al-BC>Ca-BC>Fe-BC>La-BC>BC。故用Mg Cl2处理芦苇制备改性生物炭的吸附效果优于同等摩尔量的Al Cl3、Fe Cl3、Ca Cl2和La Cl3。（2）Mg-BC对磷的吸附速率符合准一级和N级动力学模型,Ca-BC和La-BC对磷的吸附速率符合准二级和N级动力学模型,Al-BC和Fe-BC对磷的吸附速率符合N级动力学和Elovich模型。Mg-BC、Fe-BC和Ca-BC的等温吸附试验数据符合Langmuir等温吸附模型,Al-BC和La-BC则符合Freundlich和Temkin模型。5种改性生物炭对磷酸盐的最大吸附容量与它们的比表面积、总孔隙容积、平均孔径和所生成磷酸盐化合物溶解度均无显著相关关系,受多因子共同影响。（3）不同芦苇粒径（0~0.5、1~2和6~8 mm）和Mg与芦苇的质量比（0、0.012和0.12）制备成9种不同的生物炭,对其吸附PO43--P的吸附速率和平衡吸附量和排序:6~8 mm 0.12 Mg-BC>1~2 mm 0.12 Mg-BC>0~0.5 mm 0.12 Mg-BC>1~2 mm0.012 Mg-BC>6~8 mm 0.012 Mg-BC>0~0.5 mm 0.012 Mg-BC>6~8 mm BC>1~2 mm BC>0~0.5 mm BC。（4）0.12 Mg-BC对磷的吸附速率均符合准一级动力学和N级动力学模型,1~2和6~8 mm 0.012 Mg-BC则符合N级动力学模型;0.12 Mg-BC等温吸附试验数据符合Langmuir和Langmuir-Freundlich吸附等温模型,0.012 Mg-BC吸附磷酸盐的等温吸附试验数据符合Freundlich吸附模型。综合考虑,用粒径为6~8 mm的芦苇和Mg与芦苇的质量比为0.12制备成Mg-BC对磷的吸附效果优于其他8种生物炭。（5）不同氮磷摩尔比（N:P=0、5和10）和初始磷浓度（100~500 mg/L）条件下,Mg-BC、BC、BC与金属镁离子(BC+Mg2+)和Mg2+这4种处理方式对磷的去除量排序为Mg-BC>>BC+Mg2+≈Mg2+>BC,溶液中NH4+的存在促进Mg-BC吸附除磷,氮磷摩尔比越大,初始磷浓度越高,Mg-BC的磷吸附能力越强。XRD图谱分析结果表明,在Mg-BC、BC+Mg2+和Mg2+这3种处理方式中,当N:P为5、10时,NH4+与溶液中的Mg2+和PO43-发生沉淀反应,生成鸟粪石（Mg NH4PO4·6H2O）,即表明NH4+的存在促进磷的去除。
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