改性生物质炭在沼液净化中的应用研究

The Effects of Modified Biochar on the Purificaiton of Biogas Slurry

摘要: 本研究以竹屑、松木两种不同的农林废弃物为原料制备生物质炭，并利用酸、碱、氧化、超声及氯化铁等改性方法对生物质炭进行改性，以比对研究各种不同生物质炭对沼液的净化能力。同时，采用元素分析、扫描电镜和傅立叶红外光谱等分析方法对不同改性生物质炭进行表征。结果表明：竹屑生物质炭的芳香性优于松木生物质炭，改性后的生物质炭不仅表面更加粗糙，而且改变了官能团的簇度以及红外吸收峰的强度。通过对模拟沼液进行静态吸附实验，对比分析各改性生物质炭对沼液中氨氮、总磷和化学需氧量的吸附效果及其机理。结合等温吸附实验研究其吸附性能，等温吸附实验结果表明各生物质炭对氨氮、总磷、COD均符合Langmuir等温吸附方程，且净化效果均比未改性炭有不同程度的提高。

Abstract: In this study, two raw materials namely bamboo bits and pine sawdust were employed to manu-facture biochar, followed by different modifications in terms of acidification, alkalization, oxidation, ultrasonic and ferric chloride, in an attempt to compare the purification capacity of these biochars. Meanwhile, such advanced analytical techniques as elemental analysis, scanning electronic microscopy and Fourier infrared spectrometer were used to characterize the surface properties of these biochars. The results showed that aromaticity of bamboo biochar were higher than pine biochar. All modification processes led to a coarser surface and changed the cluster density of functional group thereon as well as the relevant peak areas of infrared absorption. The adsorption capacity of the unmodified or modified biochar toward the ammonia-N, total P and COD were testi-fied via bench adsorption experiment of biogas slurry, in combination with the isothermal adsorp-tion tests. The outcomes showed that the modification of biochar could significantly improve their maximum capacity of biochar to the ammonia-N, total P and COD and their isothermal adsorptions were well fitted by Langmuir equation.

1. 引言

随着我国资源危机以及环境污染问题的日益严重，作为可再生能源之一的沼气得到了日益广泛的关注。然而，随着沼气技术的普及，大量发酵残留物沼液成为制约沼气进一步推广发展的一个重要因素 [1]。农林废弃物经厌氧发酵形成的沼液中往往保留了原有的大部分氮磷等物质 [2]，如果未经处理排放，会导致周边水体的出现富营养化，严重影响水环境质量。土地处置是一个沼液资源化的有效途径之一，施用沼液不仅能够使土壤中有效微生物菌群显著增加，而且有助于改善土壤和提高作物的产量质量 [3]。但是，长期使用沼液也会对周边水体及地下水造成二次污染，进而影响农业食品质量与安全 [4]。因此，采取低成本、高效率的工艺措施对沼液进行净化处理，是实现沼液无害化和资源化的先决条件。

生物质炭是由生物质在缺氧或无氧的条件下经高温裂解等热力学变化后形成的高碳高芳香烃固态物质，具有较好的孔隙度、较大的比表面积、较高的热稳定性与阳离子交换量(CEC)、较强的吸附和抗分解能力 [5]，是一种有效的土壤改良剂和重金属污染修复材料，施用生物质炭也对土壤碳汇有增效作用。生物质炭具有很强的吸附能力，因此在水体净化方面也有广泛的应用。李飞跃等 [6] 研究发现高温制备稻壳生物质炭对水中氨氮的最大吸附量可达6.51 mg/g。Yao等 [7] 以甜菜废渣为原料制备生物质炭用于吸附去除水体中的磷酸盐，结果显示甜菜生物质炭能去除73%的可溶性磷酸盐。究其机理，生物质炭主要通过孔隙填充、离子交换、物理吸附、静电相互作用、共沉淀、络合等多种机制来完成目标污染物的净化 [8]。由此可见，作为新型环保功能材料的生物质炭，有望为沼液妥善处置提供新的解决路径 [9]。

此外，也有研究表明在不同环境条件下，生物质炭的应用中存在局限性，如；而改性生物质炭则可以有效解决这个问题，以提高不同场合条件下生物质炭对目标污染物的吸附效果 [10]。常用的改性方法包括化学改性和物理改性，能够改变生物质炭表面孔状结构，增加表面积，引入含氧基团，改善生物质炭的应用性能 [10]。柳富杰等 [11] 比较了甘蔗渣炭在氯化铁改性前后对于水体中氨氮的去除效果，发现氯化铁改性后的生物质炭对氨氮吸附效果提升了54.9%。

本文以毛竹屑和马尾松木屑为原材料，通过自制的热解炉生产生物质炭，然后分别采用酸化、碱化、氧化、氯化铁、超声等多种化学和物理方法对其进行改性，研究由上述两种农林废弃物原料制成的生物质炭经过改性后对沼液中氮磷以及化学需氧量的吸附效果，以遴选出效果最佳的生物质炭并优化吸附条件；并借助仪器分析和扫描电镜等手段对其机理进行诠释，为实现沼液高效处置提供科学参考。

2. 材料与方法

2.1. 实验材料

2.1.1. 供试原料

制备生物质炭的原料毛竹屑与马尾松木屑，均购于江苏省东海县白塔埠镇长远秸秆加工厂。

2.1.2. 试剂与仪器

本研究主要试剂包括：氢氧化钾、30%双氧水、氯化铁六水合物、65%硝酸、五水硫酸铜、硫酸锌一水合物等，均为分析纯(AR)。

实验所用的主要仪器：箱式气氛炉(上海Micro-X公司，AF-1200-30型)、循环水式真空泵(上海力辰邦西仪器科技有限公司，SHZ-D(III)型)、电感耦合等离子体ICP-OES (美国Leeman公司，Prodigy 7型)等。

2.2. 实验方法

2.2.1. 常规生物质炭制备及改性

先将毛竹屑与松木屑先用自来水冲洗三次，再用去离子水淋洗三次，然后放置于恒温干燥箱内在105℃的条件下烘干至恒重，冷却后再使用植物粉碎机进行粉碎，过60目筛后备用。

常规生物质炭的制备：

将备好的毛竹屑与松木屑分别放入AF-1200-30型箱式气氛炉，使用高纯氮气作为载气，以10℃/min的升温速率缓慢上升至500℃后停留2 h，所得的固体残渣分别为竹炭(Z-0)和松木炭(S-0)。将其用去离子水冲洗，洗至pH值保持不变，烘干后备用。

生物质炭的改性：

硝酸改性生物质炭：将制备好的Z-0、S-0各称取1 g分别置于具塞锥形瓶中，加入65%的硝酸以1 g:40 ml比例混合，然后用恒温水浴锅60℃恒温加热1 h，反应结束后进行抽滤，再用去离子水洗涤生物质炭直到滤液的pH恒定。即可将滤渣同滤纸放到蒸发皿中，80℃烘7~8 h，烘干备用。酸改性后的竹炭与松木炭编号分别为Z-S、S-S。

KOH活化法改性生物质炭：将制备好的Z-0、S-0各称取1 g分别置于具塞锥形瓶中，加入2 mol/L的KOH溶液20 mL混合，放入恒温水浴振荡器中于70℃下反应2 h，反应完之后置于35℃、120 r/min恒温水浴振荡器中反应24 h，反应结束后进行抽滤，再用去离子水洗涤生物质炭直到滤液的pH恒定，即可将滤渣同滤纸放到蒸发皿中，80℃烘7~8 h，烘干备用。碱改性后的竹炭与松木炭编号分别为Z-J、S-J。

双氧水改性生物质炭：将制备好的Z-0、S-0各称取1 g分别置于具塞锥形瓶中，加入双氧水以1 g:40 ml比例混合，并在室温下氧化2 h，反应结束后进行抽滤，再用去离子水洗涤生物质炭直到滤液的pH恒定。即可将滤渣同滤纸放到蒸发皿中，80℃烘7~8 h，烘干备用。氧化改性后的竹炭与松木炭编号分别为Z-Y、S-Y。

超声改性生物质炭：将制备好的Z-0、S-0各称取1 g分别置于具塞锥形瓶中，加入超纯水以1 g:200 ml比例混合，搅拌均匀，将混合液放入超声仪中改性40 min，控制超声条件为温度25℃和功率100 W。超声完成后进行抽滤，再用去离子水洗涤生物质炭，将滤渣同滤纸放到蒸发皿中，烘干备用。超声改性后的竹炭与松木炭编号分别为Z-C、S-C。

铁改性生物质炭：将制备好的Z-0、S-0各称取10 g分别置于具塞锥形瓶中，加入0.1 mol/L氯化铁溶液100 ml搅拌均匀，将混合液放入超声仪中，在25℃，100 W的条件下超声1 h使其混合均匀。超声完成后进行抽滤，再用去离子水洗涤生物质炭，将滤渣同滤纸放到蒸发皿中，烘干备用。铁改性后的竹炭与松木炭编号分别为Z-Fe，S-Fe。

2.2.2. 理化性质和表面特征的测定

表面官能团分析：将1~2 mg生物质炭样品与200 mg无水KBr研细混合，研磨到粒度小于2 μm，在油压机上压成均匀的透明薄片，利用傅立叶红外光谱仪(FTIR)分析生物质炭的表面官能团。

元素含量分析：利用元素分析仪来分析测定各生物质炭改性前后C、H、N、S等元素含量的变化情况。

比表面积：生物质炭的比表面积利用全自动氮比表面积分析仪进行测定。

扫描电镜：利用TM3030扫描电镜对生物质炭进行放大3000倍拍摄生物质炭的表面特征。

2.2.3. 氮磷及COD溶液配制

分别称取氯化铵、磷酸二氢钾、邻苯二甲酸氢钾溶于去离子水中，分别定容配置成500 mg/L的氨氮储备液、50 mg/L的磷储备液、1000 mg/L的COD储备液，后续根据具体试验条件将储备液稀释至不同浓度使用。

2.2.4. 氮磷及COD溶液吸附实验

称取这12种不同的生物质炭0.1000 g ± 0.0005 g于50 mL离心管中，分别加入20 mL的上述的三种溶液，在180 r/min、25℃的条件下振荡18 h后，再用离心机中以3000 r/min离心20 min，过滤得到吸附液。用纳氏试剂分光光度法测定吸附液中的氨氮含量，用钼酸铵分光光度法测定吸附液中的含磷化合物含量，用COD测定仪测定吸附液中的COD含量。

2.2.5. 氮磷及COD溶液等温吸附实验

称取0.1000 g ± 0.0005 g吸附实验中吸附能力较优的生物质炭于50 mL离心管中，分别加入20 mL的50、100、250、500、1000 mg/L的氨氮溶液；100、250、500、1000、2000 mg/L的COD溶液；5、10、25、50、100 mg/L的磷溶液。在180 r/min、25℃的条件下振荡18 h后，再用离心机中以3000 r/min离心20 min，过滤得到吸附液。用纳氏试剂分光光度法测定吸附液中的氨氮含量，用钼酸铵分光光度法测定吸附液中的含磷化合物含量，用COD测定仪测定吸附液中的COD含量。

等温吸附模型分别采用了Langmuir线性方程(1)和Freundlich线性方程(2) [12] 来拟合各生物质炭对不同污染物质的等温吸附过程。

$C_e/q_e=1/\left(q_{m}b\right)+C_e/q_m$ (1)

$\lg q_e=\lg /K_f+1/\left(n\lg C_e\right)$ (2)

式中， $q_e$ 为平衡吸附量，mg/g； $q_m$ 为最大吸附量，mg/g； $C_e$ 为平衡浓度，mg/g；b为Langmuir线性方程的吸附常数，L/mg； $K_f$ 和n为Freundlich线性方程关于吸附容量和吸附强度且只与温度有关的吸附常数。

2.2.6. 吸附量计算与数据分析

生物质炭对上述污染物的吸附量计算方法见式(3)，去除率计算方法见式(4) [12]：

$q_t=\left(C_0-C_t\right)V/m$ (3)

$\eta =100\%\times \left(C_0-C_t\right)/C_0$ (4)

式中，为某污染物初始浓度(mg/L)，为某一时刻的污染物浓度(mg/L)，m为生物质炭的添加量(mg)，V为水样体积(L)。

本研究中，每种处理有三个重复，同时每一批次样品都设有空白对照。使用Microsoft Excel和Origin Pro 2021进行数据处理分析。

3. 结果与分析

3.1. 生物质炭的表征

元素分析表明，所有生物质炭中各元素含量顺序为C > H > N > S (表1)。在5种不同的改性处理方式中，硝酸改性使得生物质炭的N元素含量有了大幅度的上升，其他改性无明显影响。硝酸改性、双氧水改性、氯化铁改性之后pH降低；而氢氧化钾改性后pH升高；超声改性因为是物理改性，对元素含量没有直接影响，改性前后pH也基本不变。生物质炭中H/C可用来反映芳香性 [13]，一般情况下H/C比值越小，芳香性程度越高。对于竹炭而言，改性之后H/C比值都有不同程度的增加，依次为Z-Y > Z-S > Z-J > Z-Fe > Z-C > Z-0，最小为Z-0，仅为0.0365。松木炭改性之后H/C比值变化趋势与竹炭大致类似，唯一例外是酸改性后H/C比值最高，其顺序为S-S > S-Y > S-J > S-Fe > S-0 > S-C，最小为S-C，为0.0389。从总体上看，竹屑生物质炭的芳香化程度，也即C=C丰度及分子缩合度，要略高于松木炭。这与王冰 [14] 所报道的研究结果相似。

Table 1. Elemental composition and pH of different biochars

表1. 不同生物质炭的元素组成和pH测定

根据改性前后生物质炭表面超微结构的比对(图1)，可以看出在未改性的情况下以竹屑为原料的生物质炭结构较为疏松且呈束管状，表面光滑且分布着微孔，这是由于竹屑具有明显的筛管结构，主要成分包括半纤维素、纤维素、木质素 [15]，在高温碳化过程中，生物质裂解导致半纤维素和纤维素发生分解，基本微晶之间的空间清除各种含碳化合物，释放挥发性物质形成孔隙形态各异的微孔 [16]。而以松木为原料的生物质炭表面光滑，少有颗粒附着；与竹屑生物质炭相比，光滑程度相似，但孔隙度明显增大。

Figure 1. SEM pictures of bamboo and pine biochars before and after modification (3000×)

图1. 竹炭和松木改性前后的SEM照片(3000倍)

经过五种方式改性后，竹屑与松木生物质炭呈瓦片状以及块状，表面的微孔数量增多，微孔形状变大，附着着不同形状的灰分颗粒以及晶体，且生物质炭表面粗糙程度加剧，能够提供更大比表面积以及吸附点位 [17]。其中，经KOH活化法改性后的生物质炭表面粗糙程度变化最为明显。

Figure 2. FTIR spectrum of modified bamboo biochars

图2. 不同改性的竹屑生物质炭的FTIR光谱

Figure 3. FTIR spectrum of modified pine biochars

图3. 不同改性的松木生物质炭的FTIR光谱

对比改性前后的FTIR光谱，松木和竹屑生物质炭的不同波数上的大部分吸收峰的位置相同，但是存在不同的表面官能团，且相同的特征吸收峰存在不同的强度(图2、图3)。竹屑生物质炭的FTIR光谱图中在3430 cm⁻¹附近的宽吸收峰是来自胺基的-NH、-NH₂基团中N-H伸缩振动区或羟基中-OH的伸缩振动吸收。2922 cm⁻¹为烷烃中C-H基团的伸缩振动吸收峰，强度较弱。2357 cm⁻¹处吸收峰呈针状，为叁键伸缩振动峰，可能是-C≡N键的伸缩振动吸收产生。1574 cm⁻¹处左右的吸收峰较强，属于C=O的伸缩振动。波数为1384 cm⁻¹的吸收峰是-CH₃对称变形振动峰。在1048 cm⁻¹的吸收峰是这一区域吸收最强峰，是由于C-O的伸缩振动产生的。879 cm⁻¹、754 cm⁻¹是属于烯烃的振动吸收峰。以上说明，竹屑生物质炭表面富含存在羧基、胺基、羟基等官能团。与竹屑生物质炭相同，松木生物质炭在波数3443 cm⁻¹、2924 cm⁻¹、2357 cm⁻¹、1598 cm⁻¹、1048 cm⁻¹处有较明显的吸收峰，说明松木生物质炭同样具有与竹屑生物质炭相似的官能团类型。对比改性前后，酸改性竹屑生物质炭在2922 cm⁻¹附近的吸收峰基本消失。和其他改性方式相比，氧化改性在3443 cm⁻¹、2357 cm⁻¹、1598 cm⁻¹处出现明显的峰值强度的增强，羟基、羰基官能团的增加可以促进氮磷络合物的产生，以此增强对污染物的吸附取出。这与王楚楚 [18] 的研究相似，通过氯化铁改性会对生物质炭的组成和表面官能团的簇度有一定的影响。

改性前后不同材料的BET比表面积大小为松木 > 竹屑(表2)，而在超声改性和氯化铁改性下，竹屑 > 松木。在相同原材料条件下的BET也有很大差别，以竹屑为原料来看，BET比表面积大小为Z-Fe > Z-C > Z-0 > Z-Y > Z-J > Z-S，最大的比表面积为303 (m²/g) (Z-Fe)，最小的为34.0 (m²/g) (Z-S)，原样(Z-0)的比表面积为246 (m²/g)，除了超声和氯化铁改性，其他改性方法的比表面积均小于Z-0。而松木的趋势又与竹屑不相同，BET比表面积大小为S-0 > S-Fe > S-Y > S-J > S-S > S-C，最大的比表面积为294 (m²/g) (S-0)，最小的为120 (m²/g) (S-C)，其他改性方法的比表面积均小于S-0。这说明不同原料的BET比表面积不同，改性方法的不同也会引起其BET比表面积的差异。王楚楚 [18] 也报道了氯化铁改性后，会Fe³⁺负载到生物质炭表面，形成铁氧化物，增强了生物质炭的比表面积，从而可提高其吸附能力。

Table 2. BET and specific surface area of original biohar and modified biochar

表2. 原生物质炭和改性生物质炭的比表面积和单点表面积

3.2. 不同生物质炭对不同污染物的吸附特征

3.2.1. 氨氮的吸附特征

以竹屑和松木为原材料改性后的生物质炭对氨氮吸附和去除率如图4所示。

Figure 4. Effects of modifications on the total adsorption of biochar toward ammonia nitrogen and its removal efficiency

图4. 不同生物质炭改性对氨氮的吸附量以及去除率的影响

由图可知，未经改性的松木生物质炭对氨氮的吸附量及去除率均大于竹屑，而经过改性后，则竹屑 > 松木。在相同原材料条件下的吸附量和去除率也有很大差别，以竹屑为原料来看，吸附量和去除率为Z-J > Z-C > Z-S > Z-Fe > Z-0 > Z-Y，吸附量最大为17,598 mg/kg (Z-J)，去除率达到10.82%，Z-C和Z-S次之，吸附量分别为15,142 mg/kg和13,505 mg/kg，改性后的生物质炭对氨氮的吸附量和去除率均大于Z-0。而松木的改性则没有收到预期效果，因为改性后氨氮的吸附量和去除率均低于未改性对照，从大到小依次排序为S-0 > S-J > S-Fe > S-Y > S-S > S-C，吸附量最大为11868.2 mg/kg (S-0)，去除率为7.30%，其他改性方法均小于S-0。经过分析可得，竹屑生物质炭的吸附效果好于松木，而其中又以碱改竹炭对氨氮的吸附效果最好；这是因为在生物质炭表面引入了羟基等多种官能团，官能团簇数增加，吸附量也随之增加 [14]。

3.2.2. 总磷的吸附特征

以竹屑和松木为原材料改性后的生物质炭对TP吸附和去除率(%)如图5所示。由图可知，无论是改性还是未改性，松木生物质炭的吸附量和去除率均大于竹屑生物质炭。不同改性条件下生物质炭的吸附量和去除率也有很大差别，以竹屑生物质炭为例，不同改性方法处理后，各生物质炭的吸附量和去除率为Z-C > Z-Fe > Z-Y > Z-0 > Z-J > Z-S，吸附量最大为1978 mg/kg (Z-C)，去除率为14.98%，Z-Fe和Z-Y次之，吸附量分别为 1065.3 mg/kg和963.9 mg/kg，改性后的吸附效果均优于Z-0。而松木的趋势又与竹屑不相同，吸附量和去除率为S-J > S-S > S-0 > S-C > S-Fe > S-Y，吸附量最大为2621.1 mg/kg (S-J)，去除率为19.84%，S-S和S-0次之；除了酸改和碱改，其余改性的吸附效果均差于S-0。经过分析可得，松木效果好于竹屑，因为松木炭具有较好吸附性能的羟基、胺基、羧基等表面官能团。

Figure 5. Effects of modifications on the total adsorption of biochar toward total phosphorus and its removal efficiency

图5. 不同生物质炭对TP的吸附量及去除率的影响

Figure 6. Effects of modifications on the total adsorption of biochar toward COD and its removal efficiency

图6. 不同生物质炭对COD的吸附量以及去除率的影响

3.2.3. COD的吸附特征

比对不同改性条件生物质炭对吸附模拟沼液中COD的去除效果，发现除了氧化改性，吸附量和去除率均为松木炭 > 竹屑炭。在相同原材料条件下的吸附量和去除率也有很大差别，以竹屑为原料来看，吸附量和去除率为Z-Y > Z-Fe > Z-C > Z-J > Z-S > Z-0，吸附量最大为8320 mg/kg (Z-Y)，Z-Fe和Z-C次之，吸附量分别为7720 mg/kg和6513 mg/kg，改性后的吸附效果均优于Z-0。而松木的趋势又与竹屑不相同，吸附量和去除率为S-Fe > S-J > S-C > S-Y > S-S > S-0，吸附量最大为10,920 mg/kg (S-Fe)，S-J和S-C次之，吸附量分别为10,370 mg/kg和9620 mg/kg，改性后的吸附效果均优于S-0。经过分析可得，松木生物质炭的吸附效果略高于竹屑，氯化铁改性效果最好。这是由于氯化铁改性松木生物质炭的BET比表面积大，H/C比值小，芳香性程度高，吸附效果好。(图6)

3.3. 不同生物质炭对不同污染物的等温吸附特征

等温吸附是指在投加量、吸附温度等条件不变的情况下，吸附量随着溶液中被吸附物的平衡浓度的变化而变化。等温吸附模型常用的是Langmuir模型及Freundlich模型。Langmuir模型主要用于描述单分子层的吸附过程，而Freundlich模型主要用于非均相体系的多分子层的物理吸附过程 [19]。

S-0与Z-J对于氨氮、S-J和Z-C对于总磷以及S-Fe和Z-Y对于COD污染物的等温吸附情况，其吸附容量和平衡浓度关系如图7所示。

Figure 7. Isothermal adsorption of ammonia nitrogen, total phosphorus and COD by different biochars

图7. 不同生物质炭对氨氮、总磷、COD的等温吸附曲线

S-0与Z-J对于氨氮溶液的吸附容量和平衡浓度关系如表3所示，其等温吸附模型更符合Langmuir模型，拟合度均大于0.96，拟合程度较高，因此两种生物质炭以单分子层吸附为主。在最大吸附量方面，Z-J比S-0大，可达23,099 mg/kg。

Table 3. Fitting parameters of isothermal adsorption of ammonia nitrogen by different biochars

表3. 不同生物质炭对氨氮等温吸附拟合相关参数

S-J和Z-C对于总磷的吸附容量和平衡浓度关系如表4所示，其等温吸附模型更符合Langmuir模型，拟合度均大于0.93，可见两种生物质炭都是以单分子层吸附为主。Z-C对总磷的最大吸附量较S-J大，可达8778.3mg/g，约S-J吸附量的1.5倍，这可能与两者比表面积大小的差距有关。

Table 4. Fitting parameters of isothermal adsorption of total phosphorus by different biochars

表4. 不同生物质炭对总磷等温吸附拟合相关参数

S-Fe和Z-Y对于含COD溶液的吸附容量和平衡浓度关系如表5所示，拟合后的等温吸附曲线近似直线，可认为属于Langmuir模型，且两条曲线的拟合度都较高，R² > 0.98。Z-Y对COD最大吸附量可以达到4750 mg/kg，S-Fe的吸附量较之略低，吸附容量约4393 mg/kg。

Table 5. Fitting parameters of isothermal adsorption of COD by different biochars

表5. 不同生物质炭对COD等温吸附拟合相关参数

3.4. 吸附机理研究

经以上数据分析可得，生物质炭的吸附作用主要由其表面官能团的种类和数量、BET比表面积大小以及芳香化程度大小等特性共同作用，主要机理包括物理吸附、离子交换、沉淀、络合和氧化还原作用等，并且通常是由多种机理相互联合作用 [20]。由FTIR图谱分析可知，当生物质炭表面引入了羟基、羧基、炭基等官能团时，可以与污染物发生共沉淀或络合反应等。同时，生物质炭表面的微孔结构能够起到锁定作用，使污染物经过微孔填充被生物质炭束缚吸附 [21]，而通过不同改性方法，能够让生物质炭表面具有更丰富的孔隙结构，使生物质炭具有较大的比表面积，从而提供更多的吸附电位，吸附容量越大，因此，吸附能力也就越强。而对于不同的生物质炭所产生的效果不一。

4. 结论

通过对以上试验数据的综合分析，改性前后竹屑和松木生物质炭在相同初始浓度和吸附时间下对氨氮、总磷及COD均具有一定的吸附能力，且适当的改性方式可以增强对沼液中污染物的吸附效果。竹屑炭对氨氮、总磷、COD的最大吸附量分别为17,598 mg/kg (Z-J)、1978 mg/kg (Z-C)、8320 mg/kg (Z-Y)；松木炭对氨氮、总磷、COD的最大吸附量分别为11868.2 mg/kg (S-0)、2621.1 mg/kg (S-J)、10,920 mg/kg (S-Fe)。

不同生物质炭吸附不同溶液中的物质更符合Langmuir模型，说明炭对污染物的吸附主要以单分子层方式进行。碱改性生物质炭表面存在更多的羟基、羰基等官能团结构，以及氯化铁改性增加了竹屑炭和松木炭的比表面积和有效吸附点位。综上所述，这两种改性方式对于沼液的净化效果较优，有广阔的应用前景。

基金项目

浙江省大学生科技活动计划暨新苗人才计划资助项目(2021R412007)。

NOTES

^*通讯作者。