农林废弃物生物炭的制备及其吸附性能.pdf

第 57 卷第 4 期2023 年 7 月生 物 质 化 学 工 程Biomass Chemical EngineeringVol.57 No.4July 2023 收稿日期:2022-08-04 基金项目:福建省自然科学基金资助项目(2021J01497);农业科技专项自由探索科技创新项目(ZYTS2021009)作者简介:吴晓梅(1988),女,福建三明人,硕士生,主要从事农业废弃物资源化利用研究 通讯作者:林代炎,研究员,研究领域:农业废弃物资源化利用;E-mail:。doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2023.04.003研究报告 生物质材料农林废弃物生物炭的制备及其吸附性能吴晓梅1,2,叶美锋1,吴飞龙1,徐庆贤1,李章汀1,林代炎1(1.福建省农业科学院 农业工程技术研究所,福建 福州 350003;2.福建农林大学,材料工程学院,福建 福州 350002)摘 要:为了探寻农林废弃物高值化利用方式,以常见的玉米秸秆、稻草秸秆、大豆秸秆、松树枝条、青竹枝条和沼渣6 种农林废弃物为原料,采用真空管式炉限氧控温炭化法制备生物炭。利用比表面积测定仪、扫描电镜和红外光谱等分析生物炭的理化性质及结构特点,并探究生物炭对养殖废水氨氮和总磷的吸附效果。研究结果表明:6 种生物炭均呈碱性,沼渣炭碱性强于植物源生物炭;6 种生物炭其产率大小排列顺序:沼渣炭(64.84%)大豆秸秆炭(57.22%)水稻秸秆炭(48.80%)玉米秸秆炭(46.87%)青竹炭(41.42%)松树枝炭(40.01%),其中,大豆秸秆炭比表面积(5.84 m2/g)较大,孔隙发达;6 种生物炭表面均含有丰富的含氧官能团,化学稳定性较强的 CH 和芳环,均具有较强的稳定性;6 种生物炭对养殖废水中氨氮和总磷均有一定的吸附作用,其相应吸附容量分别为 20.00 31.00 和 4.00 6.69 mg/g;大豆秸秆炭对氨氮、总磷的吸附效果最好,饱和吸附量分别为 31.00 和 6.69 mg/g。关键词:农林废弃物;生物炭;养殖废水;氨氮;总磷中图分类号:TQ35文献标志码:A 文章编号:1673-5854(2023)04-0027-07引文格式:吴晓梅,叶美锋,吴飞龙,等.农林废弃物生物炭的制备及其吸附性能J.生物质化学工程,2023,57(4):27 33.P Pr re ep pa ar ra at ti io on n a an nd d A Ad ds so or rp pt ti iv ve e A Ab bi il li it ty y o of f B Bi io oc ch ha ar r C Ca ar rb bo on n f fr ro om m A Ag gr ri ic cu ul lt tu ur ra al l a an nd dF Fo or re es st tr ry y WWa as st te es sWU Xiaomei1,2,YE Meifeng1,WU Feilong1,XU Qingxian1,LI Zhangting1,LIN Daiyan1(1.Aricultural-Engineering Institute,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350003,China;2.College of Material Engineering,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)Abstract:In order to explore the high-value utilization of agricultural and forestry waste,six common types of agricultural andforestry waste,including corn stalks,rice straw,soybean stalks,pine branches,bamboo branches,and biogas residue,wereused as raw materials to prepare biochar by limiting oxygen and temperature controlling carbonization in vacuum tube furnace.The physicochemical properties and structural characteristics of biochar were analyzed by surface area analyzer,scanning electronmicroscope and Fourier transform infrared spectroscopy,and the adsorption capacity of biomass carbon on ammonia nitrogen andtotal phosphorus in swine wastewater was investigated.The results showed that six kinds of biomass carbons were alkaline,andthe alkalinity of biogas residue biochar was stronger than that of plant biochar.The yield order of six kinds of biochar was asfollowing:biogas residue biochar(64.83%)soybean stalk biochar(57.22%)rice straw biochar(48.80%)corn stalkbiochar(46.87%)bamboo biochar(41.42%)pine branch biochar(40.01%).Among them,the soybean stalk biochar hada larger specific surface area(5.84 m2/g)and developed pores.All six kinds of biochar contained abundant oxygen-containingfunctional groups on their surfaces,and both chemically stable CH and benzene rings had strong stability.The six kinds ofbiochar had certain adsorption effects on ammonia nitrogen and total phosphorus in aquaculture wastewater,with correspondingadsorption capacities ranging from 20.00 to 31.00 mg/g and 4.00 to 6.69 mg/g,respectively.Soybean stalk biochar had thebest adsorption effect on ammonia nitrogen and total phosphorus,with a saturated adsorption capacity of 31.00 mg/g and6.69 mg/g,respectively.28 生 物 质 化 学 工 程第 57 卷Key word:agricultural and forestry wastes;biochar;swine wastewater;ammonia nitrogen;total phosphorus随着经济的增长,人们对猪肉食品的需求量逐年增加,在需求刺激供给作用下,生猪养殖业发展迅速。当前我国不仅是农业大国,也是生猪养殖大国,生猪养殖规模在世界稳居前列。2021 年,我国生猪存栏约 4.39 亿头1,且养猪业生产规模仍以集约化、现代化模式在不断扩大。与此同时,猪粪、猪尿和饲养场地冲洗水等养猪废水的产生量与排放量日渐增加,其含有丰富的氮磷元素,是一种高浓度有机废水2。2020 年我国畜禽养殖业排放的总氮(TN)59.63 万吨、总磷(TP)11.97 万吨,分别占农业源水污染排放量的 42.14%和 56.46%3,若能从养殖废水中回收氮和磷,不仅可以净化养殖废水水质,还能解决我国复合缓释肥料缺乏等问题,其环境效益和社会效益十分显著4。农林废弃物是农业和林业生产过程中产生的副产品,是一种重要的生物质和可再生资源5。每年我国农作物秸秆和林业三剩物(采伐剩余物、造材剩余物和加工剩余物)资源量分别约为 9 亿吨和 3 亿吨6-7。先将农林废弃物制备的生物炭用于养殖废水中氮磷的回收处理,再将吸附氮磷后的生物炭作为炭基肥施用于农田,实现资源的再生利用,不仅有利于环境保护,还可促进生态农业的循环发展,是实现碳中和、碳达峰的有效技术途径之一。有研究8-9表明生物炭对氨氮、总磷及有机污染物等具有一定吸附能力,然而大部分研究均为生物炭制备条件的优化与改性,对于不同材料制备生物炭的特性与吸附性能差异的比较分析鲜见报道。生物炭的原料大致可以分为秸秆、壳类、木质、粪污和污泥五大类。不同类型的生物质因其自身生长环境、化学组成等方面的差异,制成生物炭的物理化学性质10-14各不相同。因此,本研究以玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆、松树枝、青竹枝和沼渣为原料,利用真空管式炉限氧控温炭化法制备生物炭,对其产物进行结构表征,并探究所制备生物炭对养殖废水中氨氮和总磷的吸附能力,以期为农林废弃物基生物炭作为农田炭基肥奠定理论基础,为养殖废水处理、农林废弃物再生资源提供循环利用途径。1 材料与方法1.1 材料、试剂和仪器养殖废水采自福建省福州市某生猪养殖场氧化塘,水样取回后经静置处理,其上清液测水质:pH值 7.89,氨氮 169.00 mg/L,总磷 31.80 mg/L。玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆、松树枝条(园林修剪残枝)、青竹枝条(园林修剪残枝)和沼渣,由福建省农业科学院提供,上述材料统一收集,用自来水清洗干净后,烘干,研磨粉碎至粒径600 m 后置于自封袋中,干燥保存备用。浓硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、氯化铵、磷酸二氢钾、碘化钾、氢氧化钾、钼酸铵、酒石酸锑钾、过硫酸钾和抗坏血酸,均为市售分析纯。DSK-60A 管式真空气氛电阻炉,东莞市谱标实验器材科技有限公司;Nicolet iS 10 傅里叶变换红外光谱仪,美国尼高利仪器公司;CE-440 元素分析仪,美国 EAI 公司;ASAP2460 比表面积及孔径分析仪,美国麦克公司;ZEISS Sigma 300 扫描电子显微镜,德国蔡司公司;扫描电镜-能谱分析仪,牛津仪器科技(上海)有限公司。1.2 生物炭的制备采用真空管式炉进行热解实验,称取70 g 样品放置在石英舟中,通入高纯度氮气(99.99%)作为保护气体,以 10 /min 升温至350,保持1 h,然后在氮气环境下自然冷却至室温,取出样品称质量,并计算样品产率。样品分别记作:玉米秸秆炭(CC)、水稻秸秆炭(RC)、大豆秸秆炭(BC)、松树枝炭(SC)、青竹炭(ZC)和沼渣炭(BSC)。用网筛筛取粒径600 m 的生物炭,备用。1.3 静态吸附试验取 0.20 g 生物炭与 100 mL 生猪养殖废水混合,25 的条件下以 150 r/min 充分振荡直至吸附达到平衡,期间分别于 0.5、1、2、4、6、8、10、16 和 24 h 取样,分析生物炭对养殖废水中氨氮和总磷的去除效果及相应时刻废水 pH 值。去除率(,%)和吸附量(Q,mg/g)分别用式(1)和式(2)计算。第 4 期吴晓梅,等:农林废弃物生物炭的制备及其吸附性能29 =C0-CtC0 100%(1)Q=C0-Cem V(2)式中:C0溶液中氨氮(总磷)的初始质量浓度,mg/L;Ce吸附平衡后氨氮(总磷)质量浓度,mg/L;Ct吸附 t 时间溶液中氨氮(总磷)的质量浓度,mg/L;m吸附剂的质量,g;V溶液的体积,L。1.4 测试与表征1.4.1 灰分测定 生物炭灰分测定参照马弗炉法15:称取粒度 0.2 mm 的生物炭样品 1.00 g,均匀地摊平在预先灼烧至质量恒定的瓷坩埚上,将瓷坩埚送入马弗炉中,关上炉门,逐渐升温到 800,并在此温度下灼烧 4 h,冷却至室温,称质量。1.4.2 元素分析 称取 100 mg 粒径为 0.15 mm 的生物炭样品,采用 CE-440 元素分析仪测定 C、H、N和 O 含量。1.4.3pH 值测定将生物炭与去离子水按照固液比 1 2(gmL)混合,在室温下以 150 r/min 振荡24 h,以转速 5 000 r/min 离心 20 min 后用雷磁 pH 计测定上清液的 pH 值。1.4.4 比表面积及孔径分布分析采用比表面积及孔径分析仪对样品进行分析。氮气等温吸附-脱附曲线在 77 K 下进行测试;利用 BET 法计算生物炭的比表面积;平均孔径由 HK 理论计算得出。1.4.5 扫描电镜与能谱分析 取约 10 mg 生物炭样品均匀地平铺在测试板上,使用扫描电镜-能谱分析仪观察生物炭的形状、结构和表面性状。分析观测条件:电压 15.0 kV,放大倍数为 10 000 倍。1.4.6 傅里叶红外光谱分析 取适量干燥样品以质量比 1 200 与无水 KBr 混合,在玛瑙研钵中研磨均匀混合,压片后用傅里叶变换红外光谱仪在波数范围 4 000 400 cm-1、温度 25、相对湿度 40%45%条件下测定红外光谱。1.4.7 溶液中氨氮的测定 采用纳氏试剂分光光度法测定溶液中氨氮的含量16。吸取适量上清液于50 mL 比色管中,加水至标线,加入 1 mL 酒石酸钾钠溶液,摇匀,加入纳氏试剂 1 mL,摇匀,放置10 min,以蒸馏水作参比,在波长 420 nm 处测量其吸光度。1.4.8 溶液中总磷的测定采用钼锑抗比色法测定溶液中总磷的含量16。吸取 25 mL 上清液于50 mL比色管中,加入 4 mL 过硫酸钾,盖紧比色管,扎好纱布,在压力 108 kPa、温度 120 的高压锅中消解 30 min。然后取出自然冷却,用去离子水稀释至标线。加入 1 mL 抗坏血酸溶液混匀,30 s 后加入2 mL钼锑抗试剂,摇匀放置 30 min 后以空白溶液为参比在波长 700 nm 处测量其吸光度。2 结果与分析2.1 生物炭理化性质分析6 类生物质在 350 条件下热解所制备的生物炭的产率、pH 值、灰分和主要元素含量等基本理化性质如表1 所示。表1 显示,6 种农林废弃物原料热解炭化后的炭产率在40.01%64.84%,平均值为49.86%。其中沼渣炭(BSC)产率最高 64.84%,其次是秸秆类生物炭,大豆秸秆炭(BC)57.22%、水稻秸秆炭(RC)48.80%、玉米秸秆炭(CC)46.87%,产炭率较低的是木质类生物炭,青竹炭(ZC)41.42%和松树枝炭(SC)40.01%。沼渣是生猪养殖场沼气工程的产物之一,其热值和含碳量低于植物源材料,灰分含量较高,因此在相同热解条件下,沼渣炭产率较高。由表1 可知,生物炭 pH 值都大于7.0,均为碱性。这是因为生物炭中无机矿物和表面的羧基、羟基等含氧官能团对 pH 值均有一定贡献,其中无机矿物占主要因素。6 种原料中 BSC 的 pH 值最大为8.53,ZC 次之,RC 最小为 7.78,说明 ZC 和 BSC 表面含有更丰富的碱性阳离子(K+、Ca2+、Na+和 Mg2+等)。此外,与其他植物源生物炭相比,BSC 灰分含量更高,灰分中一般含有碳酸钙等水溶性碱性矿物质,这也是 BSC 具有较强碱性的原因。30 生 物 质 化 学 工 程第 57 卷表 1 生物炭的基本理化性质Table 1 Basic physicochemical properties of biochar样品1)sample产率/%yieldpH 值pH value元素分析 elementary analysis/%CHNO灰分/%ash原子比 atomic ration(H)/n(C)n(O)/n(C)(n(O)+n(N)/n(C)CC46.877.9672.812.051.5522.8913.150.340.310.34RC48.807.7870.072.110.8423.3810.160.360.330.34BC57.228.1872.832.641.6422.2910.190.430.310.33SC40.018.3277.103.240.1619.500.640.500.250.25ZC41.428.4273.244.080.1423.1511.280.670.320.32BSC64.848.5335.5910.7829.8522.1229.583.630.621.461)CC:玉米秸秆炭 corn straw biochar;RC:水稻秸秆炭 rice straw biochar;BC:大豆秸秆炭 soybean straw biochar;SC:松树枝炭 pine branchbiochar;ZC:青竹炭 green bamboo biochar;BSC:沼渣炭 biogas residue biochar;下同 the same as following6 种生物炭元素含量分析表明,5 种植物源生物炭的 C、H 和 N 元素含量差异较小,但与沼渣炭差别较大,植物源生物炭含碳量在 70.07%77.10%之间。沼渣炭含碳量最低为 35.59%。利用 H 与 C的物质的量比(n(H)/n(C)来表征生物炭的芳香性17,6 种生物炭的 n(H)/n(C)最大为沼渣炭(3.63),其次为青竹生物炭(0.67)、松树枝炭(0.50),秸秆类生物炭 n(H)/n(C)最小,即大豆秸秆炭0.43、水稻秸秆炭 0.36 和玉米秸秆炭 0.34。植物源生物炭中秸秆生物炭的碳含量和 n(H)/n(C)比值均低于木质生物炭(青竹炭、松树枝炭),表明秸秆类生物炭的芳构化程度低于木质生物炭。n(O)/n(C)和(n(O)+n(N)/n(C)的原子比可作为评价生物炭芳香化程度以及极性的指标18。由表 1 可知,各生物炭(n(O)+n(N)/n(C)的趋势与 n(O)/n(C)类似,因为沼渣炭的含碳量最低,所以其 n(O)/n(C)和(n(O)+n(N)/n(C)的原子比最大分别为 0.62 和 1.46,其次是水稻秸秆炭,最小的为松树枝炭。当 n(O)/n(C)和(n(O)+n(N)/n(C)较低时,生物炭的亲水性和极性也低,对水分子的亲和力降低,进而对疏水性污染物的吸附增强。2.2 生物炭的结构表征2.2.1 比表面积及孔径分析 利用比表面积及孔径分析仪分析 6 种生物炭的比表面积和平均孔径。经测定,CC、RC、BC、SC、ZC 和 BSC 比表面积分别 4.98、5.12、5.84、4.48、4.96 和 6.38 m2/g,平均孔径为 4.30、4.27、4.15、3.81、5.04 和 8.17 nm。由数据可知,BSC 比表面积和平均孔径均最大,SC 的均最小。研究表明热解过程会使生物质的质量损失或者不相称的体积减少,形成矿物及碳骨架,但会保留原材料的基本孔隙和结构特征,因此生物质原料的结构对生物炭的物理化学性质起着决定性影响18。据此推测:在物理吸附性能上 6 种生物炭由强到弱依次为 BSC、BC、RC、CC、ZC 和 SC。与常见商业活性炭(300 1 000 m2/g)19相比,实验制备的 6 种生物炭比表面积均较小,可能是因为农林废弃物生物质在 350 热解条件下生物炭内层的中孔和内孔还没有完全打开20。松树枝炭的比表面积在6 种生物质热解炭中最小,这可能是因为松木炭的灰分含量最低,其中有大量有机物质。有机物质在高温下分解不仅会产生烟气,而且会产生许多焦油类物质,这些焦油类物质会附着于松木炭表面从而导致其多孔性结构发生堵塞。总体看来,比表面积较大且孔径较小的生物炭孔隙结构较好,可以使其具有较强的吸附能力,因此大豆秸秆炭从结构上推测具有较强的吸附能力。2.2.2 SEM 分析 6 种生物炭的微观形貌扫描电镜表征结果见图 1。对比发现,CC(图 1(a)孔隙分布相对无序,孔壁被灼烧至熔融状,结构出现不完整性,残体呈现片状,某些部位存在圆形细孔;RC(图 1(b)外表面有很多凸起部位,还具有部分碎屑物;BC(图 1(c)结构紧致,孔隙致密,孔隙排列呈堆叠状,孔隙壁均较厚,含有部分颗粒物,具有一定的机械支撑强度;SC(图 1(d)和 ZC(图 1(e)表面较为密实光滑,表面杂质颗粒较少,孔隙结构不明显,表面呈薄片状结构,而 BSC(图 1(f)有不均匀的孔隙结构,表面分布着细碎颗粒,疏松的孔隙彼此相连,孔隙壁较薄。由于沼渣原料本身成分比植物源材料复杂,通常含有机物、无机矿物和微生物等,造成这些物质因热解而特性各异,进而引起 BSC 的微观形貌与植物源生物炭存在着较大的差别。350 热解时沼渣中水分开始挥发,有机质炭化初始形成第 4 期吴晓梅,等:农林废弃物生物炭的制备及其吸附性能31 的孔隙不多,而且产生的大量生物油和灰分颗粒也会堵塞生物炭孔隙,因此其表面存在许多小颗粒且有部分细孔结构但数量较少。a.CC;b.RC;c.BC;d.SC;e.ZC;f.BSC图 1 生物炭表面的扫描电镜Fig.1 Scanning electron micrograph of biochar surface2.2.3 FT-IR 分析 红外光谱可以定性分析材料的有机官能团。6 种生物炭的红外扫描光谱如图 2所示。3 200 3 650 cm-1为分子间氢键缔合的酚羟基伸缩振动,2 843 3 000 cm-1为反对称 CH 伸图 2 生物炭的红外光谱Fig.2 Infrared spectra of biomass biochar缩振动,1 700 1 740 cm-1是羧基 CO 伸缩振动吸收,1 610 cm-1是芳香族化合物环内碳原子之间的伸缩振动引起的环的骨架振动。由图 2 可知,6 种生物炭均含有上述吸收峰,即均存在OH、烷烃、芳环、酮类或醛类。其中,BSC的 CO 吸收峰强度要比其他 5 种稍强,说明其 n(O)/n(C)比值较其他5 种生物炭高。在指纹区,1 400 cm-1附近为 CO 键的反对称缩振动,1 044 cm-1为含有醚键 COC的振动吸收。350 制备生物炭中,BSC 的 COC 吸收强度与其他 5 种生物炭不同,可推测该官能团在 BSC 中的含量不同于其他 5 种生物炭。秸秆类生物炭中 COC 峰面积大于 SC 与 ZC,可能是秸秆类生物质含纤维素的量相对较高的原因。综合上述分析可知,6 种生物炭可能均以芳环骨架为主,均含有羟基和一些含氧官能团,但吸收强度存在差异。此外,生物炭中还存在化学稳定性较强的 CH 和芳环,表明生物炭具有较强的稳定性。2.3 生物炭对养殖废水净化效果2.3.1 对水质 pH 值的影响 6 种生物炭对水质 pH 值影响如图 3(a)所示。由图可知,6 种生物炭处理养殖废水后,水质 pH 值变化趋势类似,呈先增后降然后趋于稳定趋势。试验结束后养殖废水的 pH值从初值 7.89 提高到 8.47 8.64。其中,RC 处理后水质 pH 值最高为 8.64,其次是 CC,其他生物炭处理水质 pH 值相近为 8.47 8.49。根据生物炭红外谱图可知,6 种生物炭都具有OH 官能团和一定量的灰分,生物炭净化水体,引入OH 及灰分中碱性可溶物会引起水体 pH 值升高,当生物炭中羟基与水体污染物结合,消耗部分羟基会引起后续 pH 值有所下降。不同种类的生物炭对溶液 pH 值提升能力的差异主要受生物炭原料自身灰分、碱和金属含量的影响。2.3.2 对水体氨氮的吸附效果 不同生物炭对养殖废水中氨氮的吸附效果如图 3(b)所示。由图可32 生 物 质 化 学 工 程第 57 卷知,6 种生物炭对氨氮的吸附在 8 h 时吸附容量为 19.00 22.50 mg/g,随着吸附时间的延长吸附容量呈缓慢上升趋势,24 h 时达 20.00 31.00 mg/g,其中 BC 饱和吸附容量(31.00 mg/g)最大,其次为BSC,而 CC 饱和吸附容量(20.00 mg/g)最小。6 种生物炭对养殖废水进行吸附处理后,水体中氨氮浓度均随吸附时间的延长而降低。24 h 内,0.20 g 生物炭吸附养殖废水,使氨氮浓度从 169.00 mg/L 降到 107.00 129.00 mg/L,其中 BC 对养殖废水中氨氮的去除率最高,达到 36.69%,CC 对氨氮去除率最低,仅为 23.67%。由图 3(b)可知,所制备的 6 种生物炭对养殖废水中氨氮的吸附效果较为明显,但是去除率仍不算高。一方面可能是受原材料生物炭组分影响,无机矿物组分的阳离子会对氨氮吸附有一定的限制。如CC 对养殖废水氨氮吸附效果弱于其他生物炭,是因为玉米秸秆本身灰分较高,有机质含量较低,有效吸附官能团较少导致其化学吸附较弱;另一方面有可能是生物炭材料比表面积较小(相比商业活性炭19),对氨氮化学吸附作用力较弱所致。如 SC 比表面积较小,表面孔隙度较弱,养殖废水中氨氮同SC 表面可结合的吸附位点较少,吸附效果受到影响。这 6 种生物炭中 BC 对氨氮的吸附效果最优,这可能是因为 BC 的比表面积较大,平均孔径较小,孔隙结构较好,可提供更多的吸附位点。2.3.3 对水体总磷的吸附效果 磷是衡量水体富营养化的一个重要指标,且相对氮素而言,其去除难度更大。图 3(c)为不同生物炭对养殖废水中总磷的吸附情况,养殖废水总磷初始质量浓度为31.80 mg/L,吸附剂投加量为 0.20 g。a.pH 值 pH value;b.氨氮 ammonia nitrogen;c.总磷 total phosphorus图 3 生物炭对养殖废水净化效果Fig.3 Purification effect of biochar on aquaculture wastewater从图中可知,6 种生物炭对养殖废水中总磷的吸附容量均随吸附时间的延长而增加。在吸附 0 10 h,BC 相比其他5 种生物炭,其吸附容量增加较快;10 16 h,6 种生物炭对总磷的吸附容量在 2.79 6.56 mg/g 之间,反应结束时吸附量为 4.00 6.69 mg/g,由此可知,10 h 后,6 种生物炭对总磷的吸附容量变化不大。6 种生物炭对养殖废水总磷的去除率为 25.16%42.08%,其中 BC 对总磷吸附效果最高,其饱和吸附量为 6.69 mg/g,松树枝炭最低,但是整体而言 6 种生物炭对总磷的去除效果都不算高。可能是因为生物炭对磷的吸附主要是物理吸附,总磷的吸附量与吸附介质的孔隙度或比表面积呈一定正相关性但不显著。考虑 BC 对养殖废水氨氮和总磷的吸附处理潜力,后续研究可通过改性技术进一步提高其吸附能力并应用于养殖废水的吸附处理,回收养殖废水中氮和磷元素,并作为植物生长基质以循环利用。3 结 论3.1 以玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆、松树枝条、青竹枝条和沼渣为原料,在 350 下进行热解实验制备生物炭。研究结果显示 6 种生物炭均呈碱性,沼渣炭(BSC)碱性强于植物源原料,BSC 的产率(64.84%)最高,松树枝炭(SC)的产率(40.01%)最低。SC 灰分含量最少,BSC 含碳量最低。6 种生物炭表面均含有丰富的含氧官能团,化学稳定性较强的 CH 和芳环,具有较强稳定性。植物源生物炭第 4 期吴晓梅,等:农林废弃物生物炭的制备及其吸附性能33 中,大豆秸秆炭(BC)比表面积最大为 5.84 m2/g,存在较多微孔。3.2 6 种生物炭对生猪养殖废水吸附效果的研究结果显示:6 种生物炭能够将养殖废水的 pH 值由7.89 提高到8.47 8.64,对养殖废水中氨氮和总磷均有一定吸附作用,其相应氨氮吸附容量为 20.00 31.00 mg/g,4.00 6.69 mg/g。其中,BC 对氨氮、总磷的吸附效果最好,可能是因其发达孔隙结构占一定优势。参考文献:1中华人民共和国统计局.中国统计年鉴M.北京:中国统计出版社,2021.2牛明芬,乔诗涵,陈东岩.玉米秸秆炭对于养猪废水中氨氮和磷的吸附性能的研究J.辽宁化工,2017,46(11):1065 1069.3中华人民共和国生态环境部,国家统计局,中华人民共和国农业农村部.第二次全国污染源普查公报J.环境保护,2020,48(18):8 10.4蒋艳红,李安玉,严发,等.载镁香蕉秆基生物炭对氮磷的吸附性能研究J.农业资源与环境学报,2018,35(6):559 567.5张欣驰,董善美,王粤,等.生物质热解产物综合利用方案及经济可行性J.林产化学与工业,2021,41(1):100 106.6石祖梁,王飞,王久臣,等.我国农作物秸秆资源利用特征、技术模式及发展建议J.中国农业科技导报,2019,21(5):8 16.7张晓庆,王梓凡,参木友,等.中国农作物秸秆产量及综合利用现状分析J.中国农业大学学报,2021,26(9):30 41.8NAMASIVAYAM C,KAVITHA D.Removal of congo red from water by adsorption onto activated carbon prepared from coir pith,an agriculturalsolid wasteJ.Dyes and Pigments,2002,54(1):47 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