Study on the adsorption performance of Thalia dealbata Fraser biochar for nitrogen and phosphorus in water bodies

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20250216

Abstract

Abstract:

The treatment of discarded aquatic plants is crucial for enabling ecological ditches to effectively intercept agricultural non-point source pollution. Biomass carbonization is a widely adopted method for the resource utilization of straw-type waste. This study selected Thalia dealbata Fraser，a common plant in ecological ditches，as the carbonization material to investigate the adsorption characteristics of biochar prepared under different carbonization temperatures（400，500，600 ℃）and hydrochloric acid modification methods. Material characterization revealed that both increasing carbonization temperature and hydrochloric acid modification significantly promoted pore formation in the biochar. The biochar carbonized at 400 ℃ and modified with hydrochloric acid demonstrated the best adsorption performance for $\mathrm{NO}_3^{-}$-N and $\mathrm{PO}_4^{3-}$，while the biochar carbonized at 600 ℃ and modified with hydrochloric acid showed the highest adsorption capacity for $\mathrm{NH}_4^{+}$-N. The biochar derived from Thalia dealbata Fraser exhibits water purification potential，with hydrochloric acid modification proving more effective than increasing carbonization temperature in enhancing adsorption capacity. This study provides technical support for the subsequent resource utilization of aquatic plants in ecological ditches.

Key words: Thalia dealbata Fraser, biochar, nitrogen, phosphorus, adsorption performance

CLC Number:

JIANG Haoran, HUANG Yue, LI Shuai, YU Jiqian, YING Shanshan. Study on the adsorption performance of Thalia dealbata Fraser biochar for nitrogen and phosphorus in water bodies[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2026, 67(2): 488-494.

Figures/Tables 8

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生物质炭	元素含量/％									H/C（摩尔比）	O/C（摩尔比）	S_BET/（m²·g^-1）
生物质炭	C	H	O	N	Na	K	Ca	Mg	灰分	H/C（摩尔比）	O/C（摩尔比）	S_BET/（m²·g^-1）
TD	42.61	6.60	25.43	5.01	0.73	3.11	3.64	0.51	—	1.86	0.45	—
TD4	54.32	3.01	12.63	3.86	0.96	1.12	6.37	1.96	24.13	0.66	0.17	2.81
HTD4	40.67	2.41	11.79	2.62	0.45	0.69	2.47	0.86	50.28	0.71	0.22	70.73
TD5	60.14	2.05	11.34	3.16	1.41	2.98	5.83	1.44	33.67	0.41	0.14	3.26
HTD5	47.39	1.98	10.56	2.71	1.27	2.63	4.52	1.09	60.45	0.50	0.17	105.49
TD6	63.60	1.89	11.40	2.01	1.21	2.64	5.77	1.30	45.31	0.36	0.13	15.36
HTD6	50.84	1.79	10.37	1.65	0.93	2.12	5.11	0.83	74.19	0.42	0.15	110.12

生物质炭	元素含量/％									H/C（摩尔比）	O/C（摩尔比）	S_BET/（m²·g^-1）
生物质炭	C	H	O	N	Na	K	Ca	Mg	灰分	H/C（摩尔比）	O/C（摩尔比）	S_BET/（m²·g^-1）
TD	42.61	6.60	25.43	5.01	0.73	3.11	3.64	0.51	—	1.86	0.45	—
TD4	54.32	3.01	12.63	3.86	0.96	1.12	6.37	1.96	24.13	0.66	0.17	2.81
HTD4	40.67	2.41	11.79	2.62	0.45	0.69	2.47	0.86	50.28	0.71	0.22	70.73
TD5	60.14	2.05	11.34	3.16	1.41	2.98	5.83	1.44	33.67	0.41	0.14	3.26
HTD5	47.39	1.98	10.56	2.71	1.27	2.63	4.52	1.09	60.45	0.50	0.17	105.49
TD6	63.60	1.89	11.40	2.01	1.21	2.64	5.77	1.30	45.31	0.36	0.13	15.36
HTD6	50.84	1.79	10.37	1.65	0.93	2.12	5.11	0.83	74.19	0.42	0.15	110.12

生物质炭	污染物	Freundlich模型			Langmuir模型
生物质炭	污染物	k_f/ （mg·g^-1）	1/n	R²	q_m/ （mg·g^-1）	b/ （L·mg^-1）	R²
TD4	NO₃ -N	0.205	0.685	0.954	10.023	0.009	0.935
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.248	0.651	0.971	9.210	0.011	0.943
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.440	0.392	0.983	3.030	0.048	0.968
HTD4	NO₃ -N	0.718	0.705	0.985	29.409	0.014	0.990
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.558	0.745	0.978	32.585	0.010	0.962
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.393	0.867	0.987	79.436	0.004	0.990
TD5	NO₃ -N	0.422	0.535	0.969	7.276	0.019	0.933
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.376	0.572	0.948	7.822	0.017	0.894
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.652	0.341	0.965	3.567	0.051	0.944
HTD5	NO₃ -N	1.217	0.590	0.982	27.594	0.018	0.986
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.812	0.688	0.974	37.989	0.010	0.962
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.483	0.835	0.976	62.352	0.005	0.985
TD6	NO₃ -N	0.228	0.682	0.967	9.531	0.011	0.966
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.197	0.717	0.991	10.885	0.009	0.981
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.787	0.336	0.951	4.157	0.057	0.936
HTD6	$\mathrm{NO}_3^{-}$-N	1.370	0.557	0.990	26.238	0.019	0.981
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.375	0.825	0.985	44.536	0.006	0.989
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.780	0.781	0.951	73.559	0.006	0.993

生物质炭	污染物	Freundlich模型			Langmuir模型
生物质炭	污染物	k_f/ （mg·g^-1）	1/n	R²	q_m/ （mg·g^-1）	b/ （L·mg^-1）	R²
TD4	NO₃ -N	0.205	0.685	0.954	10.023	0.009	0.935
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.248	0.651	0.971	9.210	0.011	0.943
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.440	0.392	0.983	3.030	0.048	0.968
HTD4	NO₃ -N	0.718	0.705	0.985	29.409	0.014	0.990
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.558	0.745	0.978	32.585	0.010	0.962
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.393	0.867	0.987	79.436	0.004	0.990
TD5	NO₃ -N	0.422	0.535	0.969	7.276	0.019	0.933
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.376	0.572	0.948	7.822	0.017	0.894
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.652	0.341	0.965	3.567	0.051	0.944
HTD5	NO₃ -N	1.217	0.590	0.982	27.594	0.018	0.986
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.812	0.688	0.974	37.989	0.010	0.962
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.483	0.835	0.976	62.352	0.005	0.985
TD6	NO₃ -N	0.228	0.682	0.967	9.531	0.011	0.966
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.197	0.717	0.991	10.885	0.009	0.981
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.787	0.336	0.951	4.157	0.057	0.936
HTD6	$\mathrm{NO}_3^{-}$-N	1.370	0.557	0.990	26.238	0.019	0.981
	$\mathrm{NH}_4^{+}$-N	0.375	0.825	0.985	44.536	0.006	0.989
	$\mathrm{PO}_4^{3-}$	0.780	0.781	0.951	73.559	0.006	0.993