镁改性生物炭微球对水中氮磷的回收及其作为缓释肥的应用

开发得到的镁改性生物炭微球，在高效、同步吸附水体中NP的同时实现吸附后材料的有效回收。且吸附后的生物炭微球可作为缓释肥，兼具了作物促生、土壤性质改良和重金属污染修复的多重功能。与市售缓释肥相比，生物炭微球具有更好的溶胀、保水和磷氮缓释性能。生物炭微球在不同质地和酸碱性的土壤中均显著促进了小白菜和菠菜的生长发育。小白菜和菠菜的茎长、根长、鲜重和干重均是市售缓释肥的1.20倍以上，且其对沙土土壤的性质改良效果最佳（有效磷、氨氮、有机碳和CEC均提高了30%以上），对7种土壤中常见重金属污染物的钝化率均在40%以上。

镁改性生物炭微球对水中氮磷的回收性能及其吸附后用作缓释肥的应用探究（上）；三种土壤中，小白菜和菠菜不同肥料处理下种植90 d后的茎长和根长变化（下）。

改性生物炭微球对水体中污染物的去除性能及机理研究

传统生物储量丰富、可再生，是一种亟待高值化利用的资源，但多存在表面官能团种类和数量稀少、孔隙结构欠发达故吸附能力有限的不足。本项目采用廉价易得的农林废弃物生物炭材料，包括玉米秸秆、芦苇秸秆、蛋壳等，利用金属氧化物（镁、镧、铈、铁酸镁等）对材料进行修饰，有效提高了生物炭材料的吸附性能。并通过环境友好的海藻酸钠包埋成直径为1~2 mm的生物炭微球，改性后得到的金属修饰生物炭微球对多种污染物表现出优异的吸附性能，包括重金属污染物（Sb(Ⅴ)）、营养物质污染物、氟化物等。

改性生物炭微球对水体中污染物的吸附性能及机理研究，对氟离子的去除（上图），对磷酸盐的去除效果（下图）

铁生物炭微球的制备流程及其以蓝铁石结晶回收磷酸盐的机理研究

生物炭具有大比表面积和高孔隙率，可用作磷吸附剂和土壤改良剂，并作为载体促进铁颗粒分散。蓝铁石（Fe₃(PO₄)₂·8H₂O）是磷酸盐回收过程中产生的高价值化产物，可作为缓释肥。然而，蓝铁石易被氧化而发生相变。采用亚铁对生物炭进行改性，使用凝胶-煅烧法得到铁生物炭微球，综合芦苇生物质机械强度高及海藻酸钠易于成球的优势，优化了微球骨架结构，增强了传质性能。微球内部三维多孔芦苇炭骨架为磷的附着及蓝铁石的成核与生长提供了更多位点，在其表面和内部均得到了尺寸为40-50微米的蓝铁石结晶，在增强磷酸盐的回收性能的同时，微球内部的微域惰性环境有利于防止还原性铁颗粒和蓝铁石的氧化，且微球的大尺寸和磁性有利于材料的分离回收。

铁生物炭微球的制备流程及其以蓝铁石结晶回收磷酸盐的机理图