三种改性小麦秸秆生物炭表征及其对Cu~(2+)的吸附性能

杨婷婷, 黄艳艳, 柳维扬, 张婧旻, 杨红竹, 李建宏, 林清火

农业工程学报. 2023, 39(08): 222-230

农业工程学报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (08) : 222-230. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202210107

三种改性小麦秸秆生物炭表征及其对Cu~(2+)的吸附性能

  • 杨婷婷, 黄艳艳, 柳维扬, 张婧旻, 杨红竹, 李建宏, 林清火
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摘要

为研究改性生物炭在水溶液中对Cu~(2+)的吸附性能,利用硅酸钠溶液、氯化镁溶液、过氧化氢溶液制备了3种不同改性小麦秸秆生物炭,通过使用扫描电镜-X射线能量色散光谱(scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)和傅里叶红外光谱(Fourier infrared spectroscopy,FTIR)等技术对改性前后的生物炭进行表征分析,探究其表面形貌、官能团等性质变化。硅酸钠改性生物炭(sodium silicate modified biochar,SBC)的比表面积与孔容最大,分别为43.69 m~2/g、5.30 cm~3/g,比未改性生物炭(biochar,BC)(6.02 m~2/g、1.40 cm~3/g)分别增加了6.25、2.79倍。由SEM-EDS结果表明,改性生物炭均出现C元素质量分数下降、O元素质量分数增加的现象,其中,SBC的C元素和O元素质量分数变化最大,且SBC和氯化镁改性生物炭(magnesium chloride modified biochar,MBC)上负载了大量含Si和Mg的颗粒。FTIR结果表明,改性处理均能增强官能团的峰值,硅酸钠改性增强程度最大。另外,过氧化氢改性生物炭(hydrogen peroxide modified biochar,HBC)、BC、MBC和SBC对Cu~(2+)的吸附动力学过程更符合准一级动力学模型,BC、MBC、SBC对Cu~(2+)的等温吸附过程更符合Langmuir模型,HBC对Cu~(2+)的等温吸附过程更符合Freundlich模型。分析吸附模型参数可知,改性生物炭MBC、SBC和HBC中,SBC对Cu~(2+)的吸附能力更强,其理论吸附量可以达到230.20 mg/g,该结果可为改性生物炭对Cu~(2+)污染水体的治理提供理论依据。

关键词

生物炭 / 化学改性 / 表征技术 / 吸附特性 / 铜离子

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杨婷婷, 黄艳艳, 柳维扬, 张婧旻, 杨红竹, 李建宏, 林清火. 三种改性小麦秸秆生物炭表征及其对Cu~(2+)的吸附性能. 农业工程学报. 2023, 39(08): 222-230 https://doi.org/10.11975/j.issn.1002-6819.202210107

基金

海南省自然科学基金(321QN330); 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1630022022030); 海南省重大科技专项资助(ZDKJ2021004)

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