机械球磨改性生物炭-沸石复合材料的磷吸附特性研究及其在水体富营养化治理中的应用

为解决水体富营养化中磷污染治理难题，研究人员通过机械球磨法（600 r/min，4 h）改性生物炭（BC）与沸石，制备了复合吸附材料。实验表明，改性沸石-花生壳生物炭（吸附量8.89 mg/g）和改性沸石-玉米秸秆生物炭（吸附量8.39 mg/g）在低浓度磷溶液中去除率达84.72%，其高比表面积（407.72 m2 /g）和丰富介孔结构（7.0025 nm）显著提升吸附性能。该研究为绿色可持续的磷污染治理提供了低成本解决方案。

　　

水体富营养化是全球环境治理的核心挑战，而磷污染是其主要驱动因素。据统计，中国超过60%的湖泊面临富营养化威胁。传统磷去除技术如化学沉淀和生物处理存在高能耗或二次污染问题，亟需开发高效、低成本的吸附材料。生物炭（BC）因其多孔结构和可再生特性成为研究热点，但单一材料吸附能力有限。为此，滨州大学等机构的研究人员创新性地采用机械球磨法改性生物炭-沸石复合材料，成果发表于《Desalination and Water Treatment》，为磷污染治理提供了新思路。

研究团队运用扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和比表面积分析（BET）等技术，系统表征材料结构；通过批量吸附实验评估性能，并优化制备参数。实验选用花生壳、玉米秸秆等农业废弃物衍生的生物炭与天然沸石为原料。

3.1 表征分析
SEM显示球磨后材料颗粒细化至纳米级，表面形成密集沟槽（图2-3）。FTIR证实改性后羟基（O-H，3486.3 cm^-1
）和羧基（COO-，1675.6 cm^-1
）数量增加（图4-5）。BET分析表明改性沸石-花生壳生物炭比表面积达407.72 m²
/g，介孔占比超90%（表1）。

3.2 吸附性能
改性后材料吸附量提升显著：花生壳生物炭从0.53 mg/g增至8.156 mg/g（图8）。复合材料的优化配比为沸石:生物炭=1:2，此时吸附量达8.89 mg/g（图9-10）。在40 mg/L磷浓度下，去除率超76%（图13），低浓度（2 mg/L）时更达84.72%（图14）。

3.3 影响因素
转速600 r/min、球磨4 h为最佳条件（图11-12）。增加投加量可提升去除率，但超过1.0 g后效果趋缓（图15），表明吸附位点接近饱和。

该研究通过绿色物理改性策略，将农业废弃物转化为高效吸附剂，避免了化学活化法的重金属污染风险。改性复合材料吸附量是传统烧结陶粒（2.513 mg/g）的3倍以上，且成本更低。其介孔主导的结构（7.0025 nm）兼具高比表面积和传质效率，为水体修复提供了可持续技术路径。未来可进一步探索材料再生性能及实际水体中的应用验证。