Page 287 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

第 5 期 熊江磊等：改性蓝藻生物炭促进生物电化学系统阴极氢自养反硝化过程研究 · 1643 ·

径较大，孔容较小；而改性的平均孔径显著减小，孔 ABC-800 的 比 表 面 积 分 别 为 1.65 、 1 040.0 和
K
4
2
容增加，说明对蓝藻生物炭的改性可以有效改善材 1 731.58 m /g，表 明 2 种改性方式可以极大地提升蓝
料表面的孔隙结构。此外，ABC-800、ABC-800N、 藻生物炭的比表面积。

图 4 种生物炭 的 N 吸附-脱附曲线和孔径分布
3
2
Fig.4 Nitrogen adsorption-desorption isotherms and pore width distribution of the three materials

2.1.3 生物炭表面的官能团组成 峰强 度 (1 600 cm ) 大 于 ABC-80 及 ABC-800K，因
−1
0
由 图 5 可见， 种生物炭 的 FTI R 谱图较为相 此在生物相容性和电子传递能力方面，ABC-800 可
N
3
似，其中 在 3 425 cm 处出现的宽带峰，是由于醇、 能优 于 ABC-80 及 ABC-800K。
−
1
0
S
酚羟基或羧基中—O H 的伸缩振动引起的； 而 2 925 2.2 生物炭 对 BE 脱氮的影响
1
−
cm 处的吸收峰多数为脂肪烃 中 C— 的伸缩振动 2.2.1 对非生物阴极脱氮的影响
H
所引起 [14] 。 在 1 600 cm 处有明显的吸收峰，应归因 2 组非生物阴 极 BE 反应器硝氮、亚硝氮浓度
1
−
S
于芳香族 中 C=C 结构的伸缩振动，以及共轭醌或 随时间的变化如 图 6 所示。由 图 6 可知，当各阴极
酮上存在的 C=O 结构的伸缩振动 [15] 。而 1 389 初始硝态氮浓度 为 100 mg/ 时，由于添加生物炭材
L
cm 处的吸收峰，则与羧基或苯酚中的—O 结构的 料的作用，从 第 1 天起各非生物阴极反应器中硝氮
1
−
H
1
−
弯曲振动相关 [16] 。 在 750 cm 处出现 了 1 个小的吸 浓度呈现不同程度的下降趋势。 第 9 天时对照组阴
收峰，可能是高温热解过程中产生的吡啶结构所引 极室内硝氮浓度 为 79.66 mg/L，而加 入 ABC-80 的
0
起的环振动 [17] 。因此，蓝藻生物炭及其改性材料拥 BE 组反应器阴极硝氮浓度仅 为 60.52 mg/L，较对
S
有丰富的官能团结构。由于共轭醌、酮结构是良好 照组硝氮脱除率提 高 112.49%。这表 明 ABC-80 的
0
的电子传递结构，既可接受电子也可释放电子；而 加入使 得 BE 阴极硝氮的脱除效率提高，其机理为
S
ABC-800 芳香类结 构 C=O 官能团所对应的吸收 阳极产生的电子经由外部的导线传递到阴极后，经
N

图 6 2 组非生物阴极硝氮、亚硝氮浓度随时间的变化
图 5 不同生物炭材料 的 FTI 谱图 Fig.6 Variation of nitrate and nitrite concentrations with time
R
Fig.5 FTIR spectra of different biochar materials in two groups of abiotic cathodes