农作物秸秆热解制备高效吸附材料及其对含氮废水的处理(2)
生物质炭是由生物质（如农作物秸秆、畜禽粪便等有机废弃物）在厌氧或缺氧的条件下经高温热解后产生的一种富碳固态产物[1, 7, 8]。生物质炭的孔隙结构发达，比表面积大，使其具有良好的吸附性能。研究表明生物质炭可以去除废水中的重金属离子[9, 10]、有机污染物[11]等，因此可作为一种吸附材料应用于废水治理，但目前利用生物质炭吸附铵态氮、治理含氮废水的研究尚少。
我国是一个农业大国，近些年农作物产量逐年增加的同时，农业废弃物也相应地增加[7]。我国每年会产生7亿吨左右的农作物秸秆，其中水稻、玉米、小麦等大宗农作物秸秆占70%左右[7, 8]，如果直接将这些农作物秸秆焚烧处理，必然会造成环境的污染，以及资源的浪费，而将它们制备成生物质炭则是一个变废为宝的好方法。因此，本课题以此为创新点，利用农作物桔秆制备生物质炭吸附剂，探讨其对废水中铵态氮的吸附性能，为实现农作物秸秆资源化利用、发展经济高效的含氮废水治理技术等提供依据。
1 材料与方法
1.1 生物质炭的制备
实验选用的稻草秸秆和玉米秸秆均取自北方，而花生秸秆取自南方。将采集的花生秸秆、稻草秸秆和玉米秸秆在室温下风干，粉碎过10目筛。将过筛的秸秆样品装进陶瓷坩埚中，填实后盖上盖子，放入马弗炉中，分别在300℃、400℃和500℃下厌氧热解2h，待冷却至室温后取出生物质炭，磨细过60目筛以备用[12, 13]。生物质炭产率的计算公式如下[13]：
1.2 溶液的配制
铵态氮标准贮备溶液[ρ(N)=200mg/L]，将0.7643g烘干的氯化铵[NH4Cl，分析纯，南京化学试剂有限公司]溶于水，定容至1L。然后一系列不同浓度的NH4Cl溶液（0.1，0.5，1.0，1.5，3.0，5.0 和10.0mmol/L）通过连续稀释制备。
1.3 吸附实验
称取生物质炭样品0.100g置于50mL康宁离心管中，分别加入20mL不同浓度（0.1，0.5，1.0，1.5，3.0，5.0 和10.0mmol/L）的NH4Cl 溶液，混合均匀[2]。悬浮液pH用HCl和NaOH溶液进行多次调节，每次调节pH后，将悬浮液置于室温下振荡2h，直至pH值稳定为6.0，平衡时间为48h。接着将悬浮液离心5min，设置离心机转速为4500r/min，将离心后的溶液过孔径为0.45μm的水系过滤器。最后采用靛酚蓝比色法测定滤液中的NH+ 4。
靛酚蓝比色法的操作步骤如下，吸取一定量的平衡溶液置于25mL的比色管中,加入适量的去离子水稀释，然后依次加入2.5mL酚溶液和2.5mL次氯酸钠碱性溶液进行显色反应，摇匀在室温下（20±5℃）静置1h后，加入0.5mL掩蔽剂以溶解可能生成的沉淀物，加去离子水定容至刻度线，摇匀，用紫外分光光度计在625nm波长处进行比色[14]。
选择沸石和活性炭作为对照材料，测定方法同上。
1.4 生物质炭CEC的测定
用改进的醋酸铵取代法测定生物质炭的CEC[13, 15]。称取0.200g生物质炭，先用20mL去离子水洗涤5次，接着用20mL 1mol/L的醋酸钠溶液（pH=7）洗涤五次，再用20mL的95%乙醇洗涤五次，以去除多余的Na+。之后，将原滤纸上的生物质炭用95%的乙醇冲洗转移至新滤纸上，最后用20mL 1mol/L醋酸铵溶液（pH=7）洗涤五次，用容量瓶收集滤液，最终定容至100mL。生物质炭的CEC根据被NH＋4取代出的Na+计算出来，滤液中的Na+用火焰光度法测定。
1.5 生物质炭改性处理
称取3g 300℃玉米秸秆生物质炭，加入20mL 10% H2O2溶液，在室温下（25±0.5℃）放置2h后，用去离子水漂洗，置于80℃的烘箱内烘干[16]。以未经处理的300℃玉米秸秆生物质炭作为对照，过300目筛。分别称取两种生物质炭0.05g于250mL的锥形瓶中，加入200mL 0.1mmol/L的NaCl溶液后，超声分散1h，摇匀分装至6支50mL康宁离心管中，分别调节pH至3.0、3.8、4.6、5.4、6.2和7.0，平衡48小时后，测定Zeta电位[10]。