玉米秸秆生物炭对氮磷的吸附特性及其对土壤氮磷吸附特性的影响

发布时间：2017-09-13 06:27

  本文关键词：玉米秸秆生物炭对氮磷的吸附特性及其对土壤氮磷吸附特性的影响

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【摘要】：生物炭在提高土壤肥力及控制氮磷面源污染方面具有重要作用。本研究以玉米秸秆为生物质材料,分别在250℃、350℃和450℃碳化温度下制备了三种玉米秸秆生物炭(B250、B350和B450),利用红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其结构和表面形貌进行了表征,通过实验室模拟研究了三种玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附性能,同时研究了吸附液不同pH对其吸附特性的影响。将B450玉米秸秆生物炭按不同比例(玉米秸秆生物炭所占质量比分别为0、0.5%、1%、2%)与暗棕壤及黑土混合进行培养30天后取样,进行基本理化性质测定和模拟吸附实验,研究玉米秸秆生物炭对土壤氮、磷吸附特征的影响。研究结果如下:(1)不同碳化温度条件下制备的玉米秸秆生物炭的理化性质存在差异。随碳化温度升高,玉米秸秆生物炭pH增大,且均呈偏碱性;全氮、全磷含量相近,但存在形态有所差异。扫描电镜和红外光谱分析结果表明,随碳化温度升高,玉米秸秆生物炭表面的微孔形变程度加剧,有利于提高其吸附性能;玉米秸秆生物炭的芳构程度增强,稳定性提高。(2)不同碳化温度条件下制备的玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附动力学和热力学实验结果表明:B250玉米秸秆生物炭具有较强的磷释放能力,对磷呈现显著负吸附。可用Lagergren准二级动力学方程较好的描述玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附动力学过程。对磷的吸附速率快慢顺序为:B450B350;对氮的吸附速率快慢顺序为:B450B350B250。可用Langmuir方程描述玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附热力学过程,对氮、磷的饱和吸附量高低顺序均为:B450B350B250,对氮的饱和吸附量依次为15.04、14.11、13.11 mg/g,对磷的饱和吸附量依次为2.33、2.03、1.07×10-6 mg/g。在相同条件下,玉米秸秆生物炭对氮的饱和吸附量高于磷。(3)吸附液不同pH条件下玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附动力学和热力学实验结果表明:Lagergren准一级动力学方程能较好的描述玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附动力学过程。当吸附液pH在8-10范围内,玉米秸秆生物炭对磷的吸附速率最快。当吸附液pH在4-8范围内,玉米秸秆生物炭对氮的吸附过程达到平衡所需时间均比磷的平衡时间短。Langmuir方程能较好的描述玉米秸秆生物炭对氮、磷的吸附热力学过程。当吸附液pH在8-10范围内,玉米秸秆生物炭对磷的饱和吸附量最大(5.30 mg/g),吸附液pH在6-8范围内时次之,吸附液pH在4-6范围内时最小。当吸附液pH在8-10范围内玉米秸秆生物炭对氮的饱和吸附量最高,为9.90 mg/g,高于对磷的饱和吸附量。(4)玉米秸秆生物炭可以加深土壤颜色,提高土壤有机质、全氮、全磷以及有效氮、速效磷的含量。相较于黑土,暗棕壤的pH及全氮、全磷、有效氮、速效磷含量较低,添加生物炭后升高更明显。(5)暗棕壤及黑土对氮、磷的吸附动力学和热力学实验结果表明:可用Lagergren准一级动力学方程拟合土壤对氮、磷的吸附动力学过程,随玉米秸秆生物炭添加量增大,暗棕壤对氮、磷的吸附速率增大;添加玉米秸秆生物炭能提高黑土的吸附速率,但随玉米秸秆生物炭添加量增大,吸附速率增加不明显。黑土对氮、磷的吸附速率高于暗棕壤。可用Langmuir方程较好的拟合土壤对氮、磷的吸附热力学过程。随玉米秸秆生物炭添加量增大,暗棕壤对氮、磷的饱和吸附量增加,对氮的饱和吸附量依次为3.34、3.83、5.25、5.28 mg/g,对磷的饱和吸附量依次为3.09、3.19、3.53、3.61 mg/g,对氮、磷的固定能力增强;黑土对氮、磷的饱和吸附量增加,随添加量进一步增大,增加趋势趋于缓慢,对氮的饱和吸附量依次为4.14、8.94、10.23、10.27 mg/g,对磷的饱和吸附量依次为6.30、7.11、7.38、7.45 mg/g。黑土对氮、磷的饱和吸附量高于暗棕壤,土壤对氮的饱和吸附量高于磷。
【关键词】：玉米秸秆生物炭 土壤 氮 磷 吸附特征
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X71;O647.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 农业面源污染的研究现状11-16
• 1.2.1 农业面源污染的成因及特点11-12
• 1.2.2 农业面源污染的危害12-13
• 1.2.3 农业面源污染的防治措施13-16
• 1.3 生物炭的性质及其应用16-19
• 1.3.1 生物炭的基本性质16
• 1.3.2 生物炭在土壤污染防控方面的应用16-19
• 1.4 研究内容19-20
• 第2章 实验材料与方法20-28
• 2.1 仪器与试剂20-21
• 2.1.1 实验仪器20-21
• 2.1.2 实验试剂21
• 2.2 供试材料21-22
• 2.3 实验方法22-26
• 2.3.1 生物炭的制备方法22
• 2.3.2 土壤的处理方法22
• 2.3.3 吸附动力学实验方法22-23
• 2.3.4 吸附热力学实验方法23
• 2.3.5 测定及表征方法23-26
• 2.4 数据处理方法26-28
• 第3章 玉米秸秆生物炭的结构性质及其对磷的吸附特征28-36
• 3.1 玉米秸秆生物炭的结构特征及基本性质28-30
• 3.1.1 玉米秸秆生物炭的红外光谱分析28-29
• 3.1.2 玉米秸秆生物炭的理化性质29
• 3.1.3 玉米秸秆生物炭的表面形貌特征29-30
• 3.2 不同温度条件下制备的玉米秸秆生物炭对磷的吸附特征30-32
• 3.2.1 对磷的吸附动力学特征30-31
• 3.2.2 对磷的吸附热力学特征31-32
• 3.3 吸附液不同PH条件下玉米秸秆生物炭对磷的吸附特征32-35
• 3.3.1 对磷的吸附动力学特征32-34
• 3.3.2 对磷的吸附热力学特征34-35
• 3.4 小结35-36
• 第4章 玉米秸秆生物炭对氮的吸附特征36-42
• 4.1 不同温度条件下制备的玉米秸秆生物炭对氮的吸附特征36-38
• 4.1.1 对氮的吸附动力学特征36-37
• 4.1.2 对氮的吸附热力学特征37-38
• 4.2 吸附液不同PH条件下玉米秸秆生物炭对氮的吸附特征38-40
• 4.2.1 对氮的吸附动力学特征38-39
• 4.2.2 对氮的吸附热力学特征39-40
• 4.3 小结40-42
• 第5章 玉米秸秆生物炭对土壤氮磷吸附特性的影响42-53
• 5.1 玉米秸秆生物炭对土壤性质的影响42-43
• 5.2 玉米秸秆生物炭对土壤氮吸附特征的影响43-47
• 5.2.1 对土壤氮吸附动力学特征的影响43-45
• 5.2.2 对土壤氮吸附热力学特征的影响45-47
• 5.3 玉米秸秆生物炭对土壤磷吸附特征的影响47-51
• 5.3.1 对土壤磷吸附动力学特征的影响47-49
• 5.3.2 对土壤磷吸附热力学特征的影响49-51
• 5.4 小结51-53
• 第6章 结论53-54
• 参考文献54-61
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果61-62
• 致谢62

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