0 引言

秸秆是农作物的重要副产品，主要用作饲料和肥料等。但是依然有大量的秸秆直接就地焚烧，造成了资源的浪费与环境的污染。生物质炭是在限氧或隔绝氧的环境条件下，通过高温裂解，将小薪柴、农作物秸秆和杂草等生物质经炭化而形成的一种难熔的、稳定的、高度芳香化的和碳含量极其丰富的材料。近年来，国内外不少学者利用秸秆制备成生物质炭作为吸附剂，研究后发现它除了孔隙结构较为发达，比表面积较大，表面官能团丰富等优点外，还兼具稳定的化学性质和很强的再生能力，因此对氨氮等一些有机物具有较高的吸附能力，从而提高水的化学安全性。

研究表明，生物质炭在制备过程中会产生固态的无机盐、液态的焦油以及气态的一氧化碳、二氧化碳、甲烷等副产物，这些灰分会影响生物质炭的吸附性能，降低其比表面积，而用酸或碱对生物质炭进行改性，可以很大程度上减少灰分含量，从而增加生物质炭的比表面积，进而提高其对氨氮的吸附能力。常用的改性剂主要有NaOH、KOH、HNO3和H2SO4等，不同的改性剂对生物质炭的孔结构及表面官能团的改变也不同。本文以稻草秸秆生物质炭作为研究对象，探讨与比较酸与碱改性处理后生物质炭的吸附特性，以寻求最佳的处理方式，为生物质炭在水处理上的应用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

试剂：氢氧化钠、硝酸、酒石酸钾钠、氯化铵等均为分析纯。材料：稻草秸秆取自江苏省连云港市东海县，洗涤、干燥、粉碎，过60目筛备用。主要仪器：GZX-9140MBE电热鼓风干燥箱，HJ-5多功能搅拌器；ZD-85恒温振荡器；SX-12-10箱式电阻炉；Quanta200环境扫描电子显微镜等；傅里叶红外光谱分析仪，VERTEX80V，布鲁克，德国。

1.2 实验方法

1.2.1 生物质炭的制备及改性处理

取适量稻草秸秆（0.5cm左右草纤维，即为煅烧前生物质炭J-1，置于坩埚中，装满并压实，盖好后放入箱式电阻炉中，以10℃/min的速率升温至550℃后保持2h，冷却后过60目筛，即为煅烧后未改性生物质炭J-2。在烧杯中配制好100ml的6mol/L浓硝酸溶液和100ml的6mol/L氢氧化钠溶液，将2份10g生物质炭分别倒入已配好的酸溶液与碱溶液中搅拌均匀。浸渍24h后，将已经浸泡好的生物质炭用清水清洗3~4遍后，再用去离子水淋洗至中性，放入120℃的烘箱中连续烘干24h。最后将得到的酸、碱改性后的生物质炭分别记为：J-acid和J-alkali，即为吸附剂。

1.2.2 生物质炭表征

采用扫描电镜（SEM）分析秸秆生物质炭样品的表面形貌特征，采用傅里叶红外光谱分析仪（FTIR）分析秸秆生物质炭的表面官能团，将生物质炭样品研磨成粉状，以溴化钾作为载体压片，扫描波数范围4000~400cm-1。

1.2.3 生物质炭对水样的吸附试验

（1）水样的配制

将3.819g氯化铵在100℃下干燥2h，然后将其溶于超纯水中，转移至1L的容量瓶中，并且稀释至标线。实验时通过移取一定体积的氨氮贮备溶液，用去离子水定容于容量瓶中，即得到一定浓度的氨氮水样。水样pH值采用滴加0.1mol/LHCI和0.1mol/LNaOH调节。

（2）吸附试验

将配好的水样置于锥形瓶中，将pH调节至7左右，同时在锥形瓶中加入一定质量的生物质炭并放入恒温振荡器，将振荡频率调整至预定的数值，振荡至预定的时间。用0.45μm的滤头过滤，并且稀释至预定的浓度，用纳氏试剂比色法测定滤液中氨氮的剩余浓度。按公式（1）和（2）计算氨氮的去除率和吸附容量。