PDF《花生壳生物炭对硝态氮的吸附机制研究》

国家科技支撑计划 中南城郊环保型资源高 效农业模式研究与示范 (2014BAD14B05) ;

农业部项目 引进国际先进农业科学技术 (2015-Z7) 作者简介: 王荣荣 (1990―) , 女, 山西临汾人, 硕士研究生, 主要研究方向为土壤碳氮循环及生态效应.E-mail: [email protected] * 通信作者: 常泓E-mail: [email protected];

张贵龙 E-mail: [email protected] 圆园16,

35 (9) :1727-1734

2016 年9月农业环境科学学报允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥鄄耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻 王荣荣, 赖欣, 李洁, 等. 花生壳生物炭对硝态氮的吸附机制研究[J]. 农业环境科学学报, 2016,

35 (9) : 1727-1734. WANG Rong-rong, LAI Xin, LI Jie, et al. Adsorption of nitrate nitrogen by peanut shell biochar[J]. 允燥怎则灶葬造 燥枣 粤早则燥-耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 杂糟蚤藻灶糟藻, 2016,

35 (9) :1727- 1734. 农业环境科学学报 第35 卷第

9 期 生物炭是生物质材料在低氧环境下高温热解产 生的一种富碳类固态物质, 其孔隙结构发达、 比表面 积大、 芳香化程度高, 且表面含有大量的含氧、 含硫、 含氮等官能团[1-2] , 是一种备受广泛关注的多功能环境 修复或吸附材料. 研究表明, 施用生物炭显著改善土壤 的物理化学性状[3] , 吸附土壤中的离子, 降低 NH+

4 -N 和NO-

3 -N、 Ca、 P、 Mn、 Zn 等淋失[4-6] .周志红等[7] 研究表明,

50 t ・ hm-2 和100 t ・ hm-2 的生物炭施用量降低黑钙土氮 素淋失分别达 29%和74%, 减少紫色土氮素淋失分别 达41%和78%.关于生物炭对氮素的吸附, 有研究认 为生物炭表面覆盖大量无机离子,通过离子交换作 用, 使NH+

4 -N 或NO-

3 -N 在其表面富集, 此外, 生物炭 表面含有-O-、 -OH、 -COOH、 -C=O、 C-O 等含氧官能 团, 可能通过静电引力、 形成氢键或 仔 共轭等作用吸 附NH+

4 -N 或NO-

3 -N 等离子.生物炭可利用发达的孔 隙结构, 滞留水分, 进而阻控或载负氮素, 减少其淋 失.目前, 生物炭对土壤氮素吸附作用的确切机制尚 未获得共识, 清晰揭示其对氮素作用特征, 对于利用 生物炭调控土壤氮素行为具有积极意义. 本研究采用花生壳为原料, 将其进行厌氧热解制 备生物炭, 并以此做吸附剂, 以NO-

3 -N 为吸附质, 设 置固液相批量吸附体系, 从热力学、 动力学等方面研 究生物炭对硝态氮 (NO-

3 -N) 的吸附特征, 考察 NO-

3 -N 在生物炭表面的吸附过程, 通过吸附等温线和动力学 曲线的定量研究,结合吸附前后红外光谱 (FTIR) 、 X 射线能谱 (XPS) 定性分析, 以期揭示生物炭对硝态氮 (NO-

3 -N) 的吸附机制, 为生物炭的农学利用提供理论 依据.

1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 吸附剂 花生壳去除浮土风干, 用去离子水清洗 2~3 次后 烘干 (105 益、

8 h) , 研磨过

2 mm 筛, 在300 益下制取 生物炭.具体操作过程为: 称取

1000 g 花生壳放入炭 化槽中, 然后放入已设置好程序的热解炉中, 炉中保 持N2 通过, 流量为 0.1 m3 ・ h-1 .热解温度控制: 启动温 度为

40 益, 以5益・min-1 升温至

170 益, 保持

30 min, 然后再按照 5益・min-1 升温至预设炭化温度 300益, 保持

3 h, 然后保持通 N2 状态冷却至室温.冷却后, 将制备 的生物炭过

2 mm 筛,用1mol ・ L-1 HCl 浸泡

24 h, 去 除漂浮物, 再用去离子水洗至 pH 值接近中性, 烘干 (105 益、