通过向的Fe-N_x-P化学吸收结合,延缓从改性生物炭中释放的释放

科学领域:

• 环境科学 环境科学
• 农业化学 农业化学
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 肥料排放造成的非点农业 (P) 污染严重威胁水生生态系统.
• 生物炭可以为肥料提供受控释放特性,但通过化学修饰优化释放动力学需要进一步了解.
• 调节释放动力学与改性生物炭中的化学键能之间的关系尚未得到充分证实.

研究的目的:

• 设计和评估一种新型的Fe-Nx-P键介导的同氧化生物炭 (P-CB),用于在土壤中平衡P释放.
• 阐明控制P释放动学的机制及其与化学键能量的相关性.
• 评估使用P-CB作为缓释肥料对农业和环境的影响.

主要方法:

• 生物炭与含P的前体的共同热解,以产生Fe-Nx-P键.
• 生物炭性质的表征包括表面积,晶体结构,化学键 (XPS) 和表面元素.
• 在体外P释放实验,密度函数理论 (DFT) 计算,Mantle测试中孔吸附和博尔兹曼分布分析.
• 与传统封装肥料 (P-EF) 相比,评估豆生物质产量的实验.

主要成果:

• 在初始阶段,P-CB的P释放量减少 (36.3%),在后期阶段释放量增加 (25.8%),与作物需求相比,P-EF更好地符合作物需求.
• 鉴定证实了从物理溶解到Fe-Nx-P化学溶解的过渡,Fe-Nx.增加了12.7%.
• DFT计算显示Fe-Nx-P键比物理吸附强2.3倍,证实其在缓释动力学中的作用.
• 盆栽实验表明,与P-EF相比,P-CB的豆生物量增加了63%.
• 该研究发现了理论结合能和实验分区系数 (kd) 之间的相关性,证实了NP键在缓慢释放中的作用.

结论:

• 新型Fe-Nx-P键介导生物炭 (P-CB) 通过一种涉及加强化学键的机制有效控制定量P释放.
• P-CB为减少农业非点污染和提高肥料使用效率提供了一个有希望的战略.
• 这些发现为调节生物炭基肥料中的P释放动力学提供了一种新方法.