牛糞生物炭對(duì)磷的吸附特性及其影響因素研究

馬鋒鋒，趙保衛(wèi)，鐘金魁，刁靜茹，張 藝 （蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

牛糞生物炭對(duì)磷的吸附特性及其影響因素研究

馬鋒鋒，趙保衛(wèi)*，鐘金魁，刁靜茹，張 藝 （蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

以牛糞生物炭為吸附劑，采用平衡吸附法研究了牛糞生物炭對(duì)磷的吸附特征.研究了pH值、共存離子、反應(yīng)溫度、投加量、熱解溫度等對(duì)牛糞生物炭吸附磷的影響.結(jié)果表明，牛糞生物炭吸附磷的最佳初始pH值為7.0；共存離子的存在對(duì)生物炭吸附磷的影響有限；反應(yīng)溫度升高不利于磷的吸附；當(dāng)投加量為0.1g時(shí)，對(duì)磷的去除率較為理想；熱解溫度升高不利于對(duì)磷的吸附.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線及熱力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)牛糞生物炭對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)符合擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程，Langmuir-Freundlich（R2=0.9705）和Temkin（R2=0.9556）方程能很好地描述磷在牛糞生物炭上的吸附行為.熱力學(xué)分析結(jié)果顯示25，35，45℃下的吉布斯自由能變化（ΔG0）分別為-17.43，-15.98，-15.89kJ/mol，表明牛糞生物炭對(duì)磷的吸附是自發(fā)的過程.

生物炭；牛糞；吸附；磷

磷是絕大多數(shù)湖泊和淡水體系富營養(yǎng)化的控制因子，當(dāng)水體中的總磷濃度超過一定范圍時(shí)，會(huì)引起水體富營養(yǎng)化，造成水體功能失效并進(jìn)一步影響經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展［1-2］.因此，尋找有效的去除水中磷的方法迫在眉睫.目前常用的除磷方法主要為化學(xué)沉淀法［3］、生物法［4］和吸附法［5］.其中吸附法因其高效、操作簡單、無二次污染等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注［5］.對(duì)于吸附法而言，吸附劑的選擇是決定除磷效果的關(guān)鍵.目前研究吸附磷的材料主要為粉煤灰［6］、鋼渣［7］、活性氧化鋁［8］等.然而這些原材料價(jià)格較高且磷難以脫附，鋼渣、粉煤灰雖然價(jià)格低廉，但這些工業(yè)廢料會(huì)向水中溶出有害離子［9］.

生物炭是生物質(zhì)（秸稈、畜禽糞便等農(nóng)林廢棄物）在限氧條件下，在相對(duì)較低溫度（＜700℃）下熱解后得到的富碳產(chǎn)物.生物炭作為一種多孔材料，其本身具有發(fā)達(dá)的比表面積，是一種很好的吸附材料，作為吸附劑應(yīng)用在水體處理方面引起研究者越來越多的關(guān)注.然而目前關(guān)于生物炭對(duì)水體中重金屬［10-11］、有機(jī)物［12］的吸附研究報(bào)道較多，對(duì)水體中磷的吸附研究很少［13］.我國具有豐富的生物炭原材料，將這些農(nóng)林廢棄物加以利用可達(dá)到“以廢治廢”的目的.同時(shí)，生物炭本來就是一種良好的土壤改良劑［12］，因此利用吸附磷后的生物炭進(jìn)行土壤還田，具有增加土壤肥料和土壤改良的雙重功效.

基于以上問題，本文選擇牛糞作為原料在不同溫度下熱解制備生物炭，以磷為目標(biāo)污染物，系統(tǒng)研究磷在生物炭上的吸附特性及影響因素，為實(shí)現(xiàn)生物炭在含磷廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行初步探索，同時(shí)，可為揭示生物炭在土壤中對(duì)磷的滯留作用機(jī)制提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

牛糞采自武威市某養(yǎng)殖場(chǎng).將采集的牛糞風(fēng)干后破碎至粒徑小于20目，撿出其中的石塊等雜物，將其置于已知質(zhì)量的坩堝內(nèi)，置于一定溫度的馬弗爐中炭化6h，經(jīng)冷卻至室溫后取出，分別過40，60，80目篩；制得的炭化物用1mol/LHCl洗滌5次，去除灰分；過濾后用去離子水洗至中性，于70～80℃溫度下烘干裝于棕色瓶中待用.制得的生物炭分別標(biāo)記為DMBC200， DMBC300，DMBC400，其中DMBC表示牛糞生物炭，數(shù)字表示炭化溫度.生物炭灰分含量及元素組成、BET-N2比表面積等列于表1.

1.2 試驗(yàn)方法

牛糞生物炭吸附磷的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn):準(zhǔn)確稱取制備的牛糞生物炭0.1g于50mL的具塞錐形瓶中，加入濃度為20mg/L的KH2PO4溶液20mL，分別在恒溫振蕩器內(nèi)振蕩一定時(shí)間后取出（溫度25℃，轉(zhuǎn)速150r/min），過0.45μm濾膜，測(cè)定溶液中磷的濃度.

表1 生物炭元素組成及比表面積Table 1 Elemental composition and BET-N2surface area for DMBC400

牛糞生物炭對(duì)磷的等溫吸附試驗(yàn):準(zhǔn)確稱取制備的牛糞生物炭0.1g于50mL的具塞錐形瓶中，加入不同濃度（10，20，30，40，50，100，150，200和250mg/L）的KH2PO4溶液20mL，分別在恒溫振蕩器內(nèi)振蕩一定時(shí)間后取出（溫度25℃，轉(zhuǎn)速150r/min），過0.45μm濾膜，測(cè)定溶液中磷的濃度.

影響因素試驗(yàn):①生物炭投加量為0.1至0.8g；②溶液pH值為2至12；③生物炭粒徑40，60，80目；④溫度25，35，45℃；⑤共存陰離子分別為NO3-和SO42-（濃度分別為0，50，100，150，200，250mg/L）.其余步驟同上.

1.3 分析及計(jì)算方法

總磷的測(cè)定采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定［14］.數(shù)據(jù)采用Origin 8.0及Excell 2007軟件進(jìn)行繪制和擬合.

生物炭對(duì)磷的吸附容量（qe）及吸附效率（η）計(jì)算方法如下:

式中: qe為生物炭對(duì)磷的吸附量， mg/g；V為溶液的體積， mL；m為生物炭的質(zhì)量， g；c0和ce分別為溶液中磷的初始濃度和平衡濃度， mg/L；η為吸附效率， %.

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附動(dòng)力學(xué)

為了研究磷在DNBC400上的吸附機(jī)理，分別用4種動(dòng)力學(xué)方程［15］［式（3）～式（6）］擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， ，擬合圖形見圖1，擬合得到的各動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)見表2和表3.

擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程:

擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程:

顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程:

Elovich方程:

式中:qt為時(shí)間t（h）時(shí)的吸附量， mg/g；qe為吸附平衡時(shí)對(duì)磷的吸附量， mg/g；K1（h-1）、K2［g/（mg·h）］、Kd［mg/（g·h1/2）］、a和b分別為上述動(dòng)力學(xué)方程的常數(shù).

圖1 DMBC400對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)（擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)， Elovich）擬合曲線和顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程擬合Fig. 1 Adsorption kinetic data and modeling （Pseudo-first-order， Pseudo-second-order， Elovich） for phosphate onto DMBC400 and kinetic plots of intra-particle diffusion model

表2 DMBC400對(duì)磷的吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 2 Adsorption kinetic parameters for phosphate onto DMBC400

表3 DMBC400對(duì)磷的顆粒內(nèi)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 3 The intra-particle diffusion kinetic parameters for phosphate onto DMBC400

DMBC400對(duì)磷的吸附量隨著時(shí)間推移的而增大，并逐漸趨于穩(wěn)定，在12h左右吸附基本達(dá)到平衡.由表2和圖1（a）所示，磷在DMBC400上的吸附動(dòng)力學(xué)與3種動(dòng)力學(xué)方程都能較好地?cái)M合，比較3種方程擬合的相關(guān)系數(shù)R2，擬合效果為擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué) ＞ Elovich ＞ 擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)，與擬二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程的擬合要優(yōu)于擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和Elovich方程.同時(shí)從擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)回歸方程得到的理論吸附容量與試驗(yàn)測(cè)得的吸附容量基本一致，說明擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能更好描述磷在DMBC400上的吸附動(dòng)力學(xué)，即化學(xué)反應(yīng)為速率控制步驟.

采用qt對(duì)t1/2作圖，根據(jù)顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程得到的曲線如圖1（b）所示，擬合參數(shù)如表3.由圖1（b）可以看出，在整個(gè)時(shí)間內(nèi)，圖形分為兩部分，這表明整個(gè)顆粒內(nèi)擴(kuò)散過程分為兩個(gè)步驟.第一階段（4h以內(nèi)）為磷擴(kuò)散到吸附劑表面，Kd1較大，表明邊界擴(kuò)散過程很快.第二階段直線趨于水平，Kd2較小，說明吸附劑吸附磷第二階段是控速步驟.由表2可以看出Kd1＞＞Kd2，主要是因?yàn)槿芤褐械牧诐舛冉档蛯?dǎo)致第二階段的速率明顯減小，最終達(dá)到吸附平衡狀態(tài).顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型認(rèn)為如果直線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，則速率控制步驟為顆粒內(nèi)擴(kuò)散；如果不通過原點(diǎn)，則表示顆粒內(nèi)擴(kuò)散不是唯一的控制步驟，還有其他過程控制反應(yīng)速率，這些過程共同構(gòu)成控制步驟［16］.由表3和圖1可以看出，常數(shù)C1和C2都不為0，直線未經(jīng)過原點(diǎn)，所以DMBC400吸附磷時(shí)，吸附速率可能是由表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散共同控制的.

2.2 吸附等溫線

吸附等溫線是描述體系中吸附劑表面和溶液中吸附質(zhì)數(shù)量關(guān)系的曲線.在本文中，分別用Langmuir， Freundlich， Langmuir-Freundlich和Temkin方程［式（7）-式（10）］擬合［15］，擬合曲線如圖2所示，擬合參數(shù)如表4所示.

Langmuir方程:

Freundlich方程:

Langmuir-Freundlich方程:

Temkin方程:

式中:qe為吸附平衡時(shí)對(duì)磷的吸附量， mg/g；ce為吸附平衡時(shí)磷溶液濃度， mg/L；KL為Langmuir等溫方程常數(shù)， L/mg；KF（L/mg）和n分別為Freundlich等溫方程常數(shù)；qm為理論最大吸附量（mg/g）；Kt為最大吸附量的平衡常數(shù)， L/mg；A為與吸附熱有關(guān)的常數(shù).

通過分離因子RL（也稱平衡參數(shù)）可以判斷吸附材料是否有效吸附污染物［17］，公式如下:

RL值受吸附質(zhì)起始濃度的影響，0＜RL＜1為有利吸附；RL＞1為不利吸附；RL=1為線性吸附；RL=0為不可逆吸附［17］.

圖2 DMBC400對(duì)磷的吸附等溫線及擬合曲線Fig.2 Adsorption isotherms for phosphate onto DMBC400

表4 DMBC400吸附磷的等溫方程參數(shù)Table 4 Isotherm constants for phosphate adsorption on DMBC400

可以看出，DMBC400對(duì)磷的吸附量隨著初始濃度的升高而升高，最后基本達(dá)到吸附平衡.可以看出Langmuir-Freundlich（R2=0.9705）和Temkin（R2=0.9556）方程對(duì)磷吸附的擬合要好于Langmuir（R2=0.9345）和Freundlich（R2=0.8693），也就是說，磷的吸附傾向于不規(guī)則的表面吸附.通過Langmuir方程計(jì)算得到磷的最大吸附量qm為4.7094mg/g，而通過Langmuir-Freundlich方程擬合所得的最大吸附量qm為3.2825mg/g，其結(jié)果更符合實(shí)驗(yàn)測(cè)試值.有研究以厭氧消化甜菜渣在600℃下制備的生物炭對(duì)磷的最大理論吸附量為0.1331g/mg［13］，遠(yuǎn)小于牛糞生物炭對(duì)磷的理論最大吸附量.KL值遠(yuǎn)小于1，可見DMBC對(duì)磷的吸附作用較弱.

從表4可知，RL值隨著磷初始濃度的增加而減小，說明提高初始磷濃度更有利于吸附，0＜ RL＜1進(jìn)一步說明DMBC400對(duì)磷的吸附為有利吸附，即DMBC400對(duì)磷的飽和吸附容量趨于定值.

2.3 吸附熱力學(xué)

考察了25、35和45℃時(shí)溫度對(duì)磷在DMBC400上的等溫吸附，結(jié)果見圖3（a）.在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，吸附量隨溫度升高而升高.根據(jù)式（12）～式（14）對(duì)吸附試驗(yàn)不同溫度的吉布斯自由能變化（ΔG0）、熵變（ΔS0）和焓變（ΔH0）進(jìn)行計(jì)算.

由式（12）和式（13）可得:

式中:R是氣體常數(shù)，8.314J/（mol·k）；T是開氏溫度，K；KL為Langmuir等溫方程常數(shù)，L/mol.將式中的lnKL對(duì)1/T作圖，得線性回歸方程［圖3（b）］

圖3 不同溫度下的等溫線和溫度對(duì)平衡吸附系數(shù)的影響Fig.3 Adsorption isotherm of phosphate on DMBC400at various temperature and influence of temperature on coefficients

根據(jù)擬合的范特霍夫方程所得直線斜率和截距計(jì)算ΔH0和ΔS0，再求得ΔG0值，結(jié)果如表5所示.ΔH0為負(fù)值，說明磷在DMBC400上的吸附為放熱反應(yīng).吸附熱力學(xué)計(jì)算得到的ΔG0為負(fù)值，表明吸附反應(yīng)過程是自發(fā)的過程.標(biāo)準(zhǔn)自由能負(fù)值的絕對(duì)值越大（即ΔG0越小），其吸附驅(qū)動(dòng)力越強(qiáng).ΔG0分別為-17.43，-15.98，-15.89kJ/mol，說明磷在DMBC400上的吸附在-20～0kJ/mol物理吸附范圍之內(nèi)，因此能表明DMBC400對(duì)磷的吸附主要以物理吸附為主［18］.吸附的標(biāo)準(zhǔn)熵變（ΔS0）為負(fù)值，表明DMBC400對(duì)磷的吸附的過程其固液界面的自由度降低.

表5 DMBC400對(duì)磷吸附的熱力學(xué)參數(shù)Table 5 Thermodynamic parameters for phosphate adsorption on DMBC400

2.4 DMBC400投加量對(duì)吸附磷的影響

圖4為DMBC400投加量為0.1～0.8g之間時(shí)，對(duì)20mL磷酸鹽溶液（50mg/L）的吸附量與吸附效率的影響.

圖4 DMBC400投加量對(duì)磷吸附的影響Fig.4 Effect of adsorbent dosage on phosphate adsorption onto DMBC400

可以看出，隨著吸附劑投加量的增加，吸附量逐漸下降，吸附劑從0.1g增加到0.8g時(shí)，吸附量從2.17mg/g降至0.26mg/g，吸附劑投加量從0.3g增加到0.8g時(shí)，吸附量變化幅度小，這時(shí)再增加吸附劑投加量對(duì)于吸附量不再有影響.這主要是因?yàn)殡S著吸附劑投加量的增加，其吸附活性位點(diǎn)越多，但并不是吸附劑的用量越多越好，當(dāng)吸附達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，總的吸附磷的量不變，導(dǎo)致單位吸附量下降.從節(jié)約吸附劑的方面考慮，投加量應(yīng)該選用合適的劑量.從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，無論對(duì)磷去除效率還是單位質(zhì)量吸附劑的吸附量，在投加0.1g時(shí)最高.因此合理的投加量為0.1g.

2.5 pH值對(duì)DMBC400吸附磷的影響

DMBC400對(duì)磷吸附率隨pH值的變化規(guī)律如圖5所示.可以看出，在pH=2～7之間的范圍之內(nèi)時(shí)，去除率隨著pH值的升高而逐漸增加.當(dāng)pH=7時(shí)，吸附率達(dá)到最大值17.36%；在pH=7～10之間時(shí)，吸附率隨著pH值升高而降低，當(dāng)pH=10時(shí)降到最低值12.79%；在pH=10以后，吸附率又有緩慢上升的趨勢(shì).溶液pH=7時(shí)，DMBC400對(duì)磷的吸附效果最好.因此，DMBC400對(duì)磷的吸附最佳pH中性偏酸性范圍之內(nèi).

不同pH值條件下磷的主要存在形態(tài)有H3PO4、H2P、HP和P等4種［19］.在所研究的pH值范圍內(nèi)，磷主要是以H2P、HP兩種形態(tài)存在.pH值升高，HP-含量以數(shù)量級(jí)的倍數(shù)增加，隨著pH值的升高，膠體界面的負(fù)電量增加，雖然HP與膠體界面羥基的親和力最強(qiáng)，但是由于其電負(fù)性大于H2P，膠體界面與HP斥力增強(qiáng)，磷的吸附量有下降趨勢(shì)［20-21］.同時(shí)，溶液pH＞7時(shí)，溶液中OH-不斷增多，OH-與P形成吸附競爭，由于總的吸附位點(diǎn)是一定的，從而降低了對(duì)P的吸附.當(dāng)pH＞10時(shí)，溶液中磷酸根離子幾乎全部離解為HP，由于生物炭中含有的MgO膠質(zhì)微粒［13］，當(dāng)溶液pH值低于MgO的零點(diǎn)電位時(shí)，羥基化后的MgO能對(duì)磷酸鹽產(chǎn)生靜電吸引.Mg2+容易與溶液中的H2PO4-形成非晶體的磷酸鈣沉淀，所以，當(dāng)pH＞10時(shí)，DMBC對(duì)溶液中磷的去除率開始增加，但是MgO含量有限，與磷酸根離子之間的反應(yīng)十分有限.因此，pH值對(duì)磷吸附的影響是磷的形態(tài)和生物炭性質(zhì)綜合作用的結(jié)果.

圖5 pH值對(duì)DMBC400吸附磷的影響Fig.5 Effect of pH on phosphate adsorption onto DMBC400

2.6 共存陰離子的影響

環(huán)境水樣中存在許多陰離子通常會(huì)干擾磷酸根在吸附材料上的行為，因此通過競爭吸附試驗(yàn)研究了50mg/L含磷溶液中加入濃度為0，50， 100，150，200，250mg/L的N和S后DMBC400對(duì)磷的吸附性能影響，結(jié)果如圖6所示.

由圖6可看出，硝酸根離子和硫酸根離子的含量從50增加到250mg/L后，磷的吸附率并沒有發(fā)生明顯的變化，說明N和S等陰離子對(duì)DMBC400吸附磷的影響有限.可以推測(cè)，磷酸根與DMBC400表面具有較強(qiáng)的結(jié)合能力，在大量此類共存陰離子的影響下不會(huì)明顯發(fā)生競爭吸附的離子交換反應(yīng)，說明牛糞生物炭材料可以應(yīng)用于實(shí)際水樣中磷的去除.陰離子的存在抑制了DMBC400度磷的去除效果.對(duì)于陰離子，抑制DMBC400除磷效果順序大小為S＞N可能原因是陰離子的存在與基質(zhì)對(duì)磷酸鹽的吸附產(chǎn)生競爭，導(dǎo)致磷去除效果下降.

圖6 共存陰離子對(duì)DMBC400吸附磷的影響Fig.6 Effect of coexisting anions on phosphate adsorption onto DMBC400

2.7 DMBC400粒徑對(duì)磷吸附的影響

考察了粒徑為40、60和80目的DMBC400，在初始濃度為50mg/L時(shí)的吸附效果.粒徑對(duì)DMBC400吸附磷的效果如圖7所示.

圖7 DMBC400粒徑大小對(duì)吸附磷的影響Fig.7 Effect of adsorbent particle size on phosphate adsorption onto DMBC400

相同磷溶液濃度條件下，生物炭粒徑越小，對(duì)磷的吸附量越大，溶液濃度為50mg/L時(shí)，生物炭粒徑從40目減小到80目，DMBC400對(duì)磷的吸附量相應(yīng)地從1.07mg/g增加到2.14mg/g，增長了2倍，表明粒徑對(duì)生物炭吸附磷有較大影響，這是因?yàn)?基質(zhì)對(duì)磷的吸附能力與其比表面積大小有關(guān)系，粒徑越小，比表面積越大，對(duì)吸附越有利.

2.8 制備溫度對(duì)磷的吸附影響

以炭化溫度為參考，制備了炭化溫度為200～400℃的3組牛糞生物炭.對(duì)每種生物炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)，所得結(jié)果如圖8所示.

牛糞生物炭制備溫度對(duì)其吸附磷的效果有明顯影響.可以看出，隨著制備溫度的升高，牛糞生物炭對(duì)磷的吸附量減小.3種生物炭對(duì)磷的吸附量為DMBC200＞DMBC300＞DMBC400.分析認(rèn)為，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因可能是隨著炭化溫度的升高，生物炭中總磷而相應(yīng)增加，且磷在生物炭中主要以無機(jī)磷存在［22］.牛糞生物炭本身含有一定的磷［10］.在整個(gè)吸附過程中，生物炭本身有效磷不斷解吸，導(dǎo)致制備溫度越高，吸附量反而越?。?3］.因此，制備溫度越小，越有利于磷的吸附.

圖8 制備溫度對(duì)牛糞生物炭吸附磷的影響Fig.8 Effect of pyrolysis temperature on phosphate adsorption

3 結(jié)論

3.1 吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)能被擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程很好地描述，結(jié)合顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程擬合結(jié)果分析，DMBC400吸附磷速率是由表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散共同控制的.三參數(shù)等溫吸附方程Langmuir-Freundlich更好地?cái)M合等溫吸附過程，Langmuir擬合所得理論最大吸附量qm為4.7094mg/g.

3.2 吸附熱力學(xué)計(jì)算得到的ΔG0在25，35，45℃分別為-17.43，-15.98，-15.89kJ/mol，說明磷在DMBC400上的吸附為自發(fā)過程.ΔH0為-0.041kJ/mol，表明磷在DMBC400上的吸附為放熱反應(yīng).ΔS0為負(fù)值，表明磷在DMBC400上的吸附過程其固液界面的自由度降低.

3.3 pH值對(duì)DMBC400吸附磷的影響主要可能是由磷的形態(tài)和生物炭性質(zhì)共同作用的結(jié)果.共存陰離子的存在對(duì)DMBC400吸附磷的影響不大.牛糞生物炭制備溫度對(duì)其吸附磷影響作用明顯，制備溫度越高，對(duì)磷的吸附量越小，主要是受生物炭本身含磷影響.

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Characteristics phosphate adsorption onto biochars derived from dairy manure and its influencing factors.

MA Feng-feng， ZHAO Bao-wei*， ZHONG Jin-kui， DIAO Jing-ru， ZHANG Yi （School of Environmental and Municipal Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， China）. China Environmental Science， 2015，35（4）：1156～1163

Characteristics phosphate adsorption onto biochars derived from dairy manure was investigated by batch adsorption experiments， and the influences of pH， coexisting anions， temperature， dosage of biochar， and pyrolysis temperature on the phosphate adsorption were studied. The results indicate that the optimal initial pH value for phosphate adsorption was 7.0， and low temperature favored the adsorption of phosphate. The coexisting anions had little effect on the adsorption and the optimal dosage of biochar for removing phosphate was 0.1g. The adsorption kinetic was well described by Pseudo-second kinetic model， whereas adsorption isotherm results elucidated that Langmuir-Freundlich （R2=0.9705） and Temkin （R2=0.9556）model provided the best fit for the equilibrium data. Furthermore， with regard to thermodynamic parameters， it was found that Gibbs free energy change or adsorption energy （ΔG0）， -17.43at 25℃，-15.98at 35℃， and -15.89kJ/mol at 45℃ is negative indicating the spontaneous nature of the adsorption process.

biochar；dairy manure；adsorption；phosphate

X705

A

1000-6923（2015）04-1156-08

馬鋒鋒（1985-），男，甘肅天水人，博士研究生，主要從事污染控制化學(xué)及環(huán)境界面化學(xué)研究.發(fā)表論文10余篇.

2014-09-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21167007，21467013）；蘭州交通大學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2013015）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（20136204110003）

* 責(zé)任作者， 教授， baoweizhao@mail.lzjtu.cn