近日,BIOCHAR发表了江南大学环境与土木工程学院李秀芬教授课题组的研究成果“Analysis of the simultaneous adsorption mechanism of ammonium and phosphate on magnesium-modified biochar and the slow release effect of fertiliser”(He et al., Biochar, 2022, 4: 25),论文第一作者为博士生何青山,通讯作者为李秀芬教授。
生物炭是一种环境友好型碳吸附材料,常用于环境污染物的去除,包括氨氮(NH4+-N)和磷酸盐(PO43-)。然而,传统生物炭对NH4+-N和PO43-同步吸附的能力较弱,通过改善生物炭的表面性质和结构,可有效提高其对NH4+-N和PO43-的同步吸附能力。本研究以玉米秸秆为原料,以氯化镁(MgCl2·6H2O)为改性剂,制备了镁改性生物炭(MgB)吸附材料,研究了其对NH4+-N和PO43-的共吸附的效果与机理,探讨了吸附后镁改性生物炭(MgB-A)的缓释性能及对作物生长效应的影响。结果表明,炭化温度和Mg2+含量对MgB理化性质和吸附容量具有显著影响,炭化温度为450℃和Mg2+含量为2.4 g/L时,NH4+-N和PO43-的吸附量最大,达37.72和73.29mg/g;吸附过程符合Langmuir-Freundlich和伪二阶动力学模型;XRD、SEM-EDS、FTIR和XPS分析表明,鸟粪石结晶形成是去除NH4+-N和PO43-的主要机制,离子交换、表面沉淀或静电吸附等作用也参与了NH4+-N和PO43-的吸附;同时,通过长效淋溶和盆栽实验证实了MgB-A具有良好的NH4+-N和PO43-缓释性能,其释放过程受鸟粪石结晶和Mg-P扩散和溶解速率共同控制;MgB-A良好的NH4+-N和PO43-缓释效应和富Mg2+特征,完美匹配和促进了作物生长。本研究证实,MgB可以实现鸟粪石生物炭基肥生产和废水资源化回收的双赢效果。