基于光谱分析探讨磷酸与焦磷酸改性生物炭的磷素形态

摘要：

通过磷酸(H3 PO4)和焦磷酸(H4 P2 O7)对生物炭改性能够使其更适于农业应用.探明H3 PO4和H4 P2 O7改性生物炭的P赋存形态与结合方式,将有助于揭示其表面P的生物有效性.以麦秆生物炭(WBC)与棉秆生物炭(CBC)为原料,分别通过H3 PO4和H4 P2 O7制备了H3 PO4改性生物炭(P-WBC和P-CBC)和H4P2O7改性生物炭(PA-WBC和PA-CBC).利用拉曼光谱(Raman)与扫描电镜能谱(SEM-EDS)对改性生物炭结构与P分布变化进行表征,采用傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究改性生物炭表面P结合方式,并结合Hedley磷分级方法与可见分光光度法,定量分析改性前后生物炭中P形态及含量变化.结果表明,H3 PO4和H4 P2 O7改性后生物炭IG/ID值增大,石墨化结构增强,形成了含P颗粒状结构.H3 PO4和H4 P2 O7改性促进了生物炭表面羧基(—COO H)、P—O—P和P—H等酸性官能团与含P基团的形成,且H3 PO4改性生物炭和H4 P2 O7改性生物炭表面官能团种类相似.XPS结果显示,与WBC和CBC相比,改性处理中的O(1s)峰相对含量显著增加了13.15％ ～32.44％,P(2s)峰相对含量显著增加了18.54％ ～27.02％(p<0.05).反褶积分峰将P(2s)与O(1s)分为C—P—O,C—O—P,O=P-O,C=O与(或)P=O,C—O—C与(或)P—O—C和P—O—P六类.较H3 PO4改性而言,H4 P2 O7改性能够促进更多C—O—P,O=P-O,C—O—C与(或)P—O—C和P—O—P键的形成.改性也使得生物炭中总P含量显著增加,且PA-WBC和PA-CBC中P含量显著高于P-WBC和P-CBC.与WBC和CBC相比,改性处理中活性P含量显著提高2.36～14.77 g·kg-1,稳定态P含量显著降低0.06～0.17 g·kg-1(p<0.05).与P-WBC和P-CBC相比,PA-WBC和PA-CBC的活性P、中等活性P分别显著增加了5.27～15.66和0.53～0.64 g·kg-1,稳定态P含量减少了0.03～0.34 g·kg-1(p<0.05).H3 PO4和H4 P2 O7改性改变了P在生物炭表面的结合方式,同时增加了P的活性.H3 PO4和H4 P2 O7改性生物炭间,不同形态P含量和结合方式的差异对进一步探究P的生物有效性具有重要意义.

关键词：生物炭、改性、磷形态、光谱分析

所属期刊栏目：42

分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：3084-3090