羊粪炭对水体氮磷吸附条件的响应面优化及吸附机理研究OA北大核心CSCDCSTPCD

为缓解水体富营养化,通过经济高效的方法降低水体氮磷含量,同时解决羊粪资源化利用问题,以羊粪球为原料在600℃下热解制备生物炭(YF600),利用Box-Behnken设计实验,研究浸渍比、pH、温度对YF600吸附水中NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(−)-N、PO_(4)^(3-)-P效果的影响,运用响应面优化法确定最佳吸附条件。用吸附等温线中的Langmuir方程、Freundlich方程和吸附动力学的准一级方程、准二级方程对3种污染物的吸附过程进行拟合,并通过BET、FTIR、SEM-EDS、XRD、元素分析仪分析其理化性质和吸附机理。结果表明,对YF600吸附NH_(4)^(+)-N、PO_(4)^(3−)-P的影响显著性大小为:浸渍比>pH>温度,吸附NO_(3)^(−)-N为:浸渍比>pH(温度影响不显著)。拟合出最佳吸附条件为浸渍比0.004,温度26.2℃,pH=6.77,此时NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(−)-N、PO_(4)^(3-)-P的单位吸附量分别为14、2.08、4.93 mg·g^(−1),实验结果与预测值基本吻合,说明YF600复合吸附氮磷效果较好,该模型具有可行性。Langmuir方程拟合更好证明其以単分子层吸附为主;准二级动力学模型能更好地反映YF600的吸附效率。表征结果为YF600比表面积达63.91 m^(2)·g^(−1),表面有大量褶皱且分布着不规则微孔,含丰富的羧基、酯基、羟基等含氧官能团和Mg、Ca、Fe、Al、Na、Si等多种元素,且Ca^(2+)、Mg^(2+)含量高,O/C高,以上理化性质使其具备良好的脱氮除磷性能,其氮磷吸附机理主要为离子交换、静电吸附和络合沉淀作用。研究结果表明,YF600复合吸附多种不同形式氮磷效果良好且工艺简单、生产成本低,对YF600氮磷吸附机理进行了解释分析,旨在为羊粪资源化利用与羊粪炭优化污水处理工艺提供理论依据。