秸秆生物炭的制备改性及对水体中氮磷的吸附效能研究

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1、硕士学位论文秸秆生物炭的制备改性及对水体中氮磷的吸附效能研究STUDYONTHEPREPARATIONOFSTRAWBIOCHARANDTHEADSORPTIONEFFICIENCYOFNITROGENANDPHOSPHORUSINWHASTEWATER陶梦佳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：X703学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工学硕士学位论文秸秆生物炭的制备改性及对水体中氮磷的吸附效能研究硕士研究生：陶梦佳导师：王立教授申请学位：工学硕士学科：环境科学与工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年

2、6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703U.D.C:628.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEPREPARATIONOFSTRAWBIOCHARANDTHEADSORPTIONEFFICIENCYOFNITROGENANDPHOSPHORUSINWHASTEWATERCandidate：TaoMengjiaSupervisor：Prof.WangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineer

3、ingSpeciality：EnvironmentalSci.andEng.Affiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近些年来，农作物收割后，大量秸秆废弃物就地焚烧处置引发的大气污染问题成为环境治理领域的难题。如何有效处置大量的废弃秸秆，并实现其资源、能源化，成为了环境领域的重要研究方向。农作物秸秆在高温下热解能够生成具有一

4、定吸附效能的生物炭，这不仅能对农业废弃物进行处理，也可以实现废弃秸秆的资源化利用。氨氮和总磷都是造成水体黑臭污染的重要因素。我国目前的农村和小型城镇水体黑臭污染情况极为严峻，问题仍较为突出，需进一步寻求经济有效的技术手段以实现黑臭水体中氮磷污染的妥善处理。而生物炭所具备的多孔结构能够实现多种污染物的去除，将秸秆生物炭用于氮磷去除的过程，不仅有利于降低成本，更能够为解决黑臭水体中氮磷污染问题提供一条绿色、经济的方案。本文通过用北方常见农作物废弃物的三种农作物秸秆大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆制备成生物炭材料，并用三氯化铁溶液进行改性秸秆生

5、物炭材料的制备。并对制备的材料进行物化性质的表征。将制备出的生物炭材料作为吸附材料+3-去吸附水中铵根离子（NH4）和磷酸根离子（PO4），分析其吸附机制，优选出+3-对水中NH4和PO4吸附效果最好的生物炭材料。对制备出的三种秸秆生物炭材料和四种改性秸秆生物炭材料进行物化性质的表征。改性后，生物炭材料的结构和功能都发生了改变。秸秆生物炭材料表面均带负电荷，改性后生物炭材料表面均带正电荷，且材料内部更易发生凝结。秸秆生物炭材料具有一定量的孔隙结构，但是改性后的生物炭材料孔隙增多，对目标物吸附效果更好。+秸秆生物炭材料对NH4吸附效果最

6、好的是大豆秸秆生物炭，吸附量为7.0253-mg/g；对PO4吸附效果最好的是水稻秸秆生物炭，吸附量为4.506mg/g。改性+3-秸秆生物炭材料对NH4和PO4吸附效果最好的均是改性大豆秸秆生物炭材料，其吸附量分别为9.550mg/g和6.390mg/g。+3-将制备的生物炭作为吸附材料对水中NH4和PO4的吸附，在实验室中进行小试实验。在吸附动力学研究中，无论是秸秆生物炭材料还是改性秸秆生物炭材+3-料，对NH4（PO4）的吸附过程，均符合准二级动力学模型拟合更好且反应速+率常数小于1。等温吸附实验研究显示大豆秸秆生物炭材料对NH

7、4的吸附是固体表面的单分子层的化学吸附。水稻秸秆生物炭材料和玉米秸秆生物炭材料对-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文+NH4的吸附是介于单分子层和多分子层之间，并且吸附材料表面不均匀会对吸3-附过程有影响。而对PO4的等温吸附实验研究显示，无论是秸秆生物炭材料还2是改性秸秆生物炭材料，均符合Langmuir等温吸附模型，且R更接近于1。本文创新点为将北方常见农业废弃物大豆秸秆作为其中一种原材料与水稻秸秆、玉米秸秆制备生物炭，并用三氯化铁溶液改性，并将制备的生物炭材料用于黑臭水体的氮磷污染的处理研究中，为以后农业废弃物的资源化利用提供了

8、依据。关键词：秸秆生物炭；资源化；农业废弃物；改性；氮磷去除-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,theproblemofairpollutioncausedbyalargen