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生物炭(biochar)具有来源广泛、廉价、能够作为缓释肥直接应用等优点,近年来受到了广泛的关注,其对缓解中国农村秸秆等废料回收压力、提升黄水氮磷资源化回收效率等都具有重要意义。本研究重点针对生物炭对氨氮的吸附性能较低,以硫酸作为改性剂,通过优化改性条件,提升生物炭对氨氮的吸附性能。对硫酸改性后的7种生物炭材料的氨氮吸附特性,研究其动力学、等温线、pH及水中离子、分子影响;从材料学角度,研究生物炭的表面形态、孔径特征、表面基团等。结论表明,改性后生物炭对氨氮吸附量相比改性前提升至1.69倍,另一方面改性后材料表面物理、化学特性发生显著变化。动力学实验表明,生物炭吸附氨氮均更符合准二级动力学方程。在pH为9.0、起始浓度为75 mg/L氨氮溶液环境下,7种条件下所制得的改性生物炭中,平衡吸附量最大为4.18 mg/g(70%硫酸改性12 h),远高于未改性组0.99 mg/g。等温曲线实验表明,曲线关于Langmuir模型的相关系数较高,改性组最大吸附量(q_m)较未改性组(11.31 mg/g)均有提高,最大可达19.12 mg/g(90%硫酸改性24 h)。氨氮吸附过程中pH发生明显变化,而较高的起始pH下,材料对氨氮的吸附量较大。分析氨氮吸附机理认为,材料表面带负电对正电铵根离子的吸引,和扩散进入微孔的氨水分子与材料表面的范德华力,是氨氮吸附的两种重要机制。材料学表征研究发现,生物炭材料经硫酸改性后,0.6~1.0 nm出现孔径分布的峰值;表面基团中含氧酸数量增加;Zeta电位等电点向低pH偏移。这也从机理角度证明,改性工艺对于材料吸附氨氮能力有提升作用。固定床吸附实验中,改性后生物炭吸附量远高于未改性生物炭样品。采用升流式、1 mL/min流速下可以得到最佳的吸附效果(100 min穿透),对所回收的氮进行产肥计算,并得到理想经济收益。生物炭吸附氨氮受到弱碱金属阳离子的影响较明显,受到强碱金属阳离子、阴离子有机物的影响较弱,这些现象与改性生物炭材料的物化特征相符合。