KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理

钟来元, 廖荣骏, 刘付宇杰, 罗章奕

农业环境科学学报. 2023, 42(09): 2038-2048

农业环境科学学报 ›› 2023, Vol. 42 ›› Issue (09) : 2038-2048.

KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理

  • 钟来元, 廖荣骏, 刘付宇杰, 罗章奕
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摘要

以花生壳为原料、KOH为改性剂,考察碱改性工艺流程中的参数(热解温度、碱炭比和碱处理方式)对改性生物炭吸附盐酸四环素(TCH)的影响。通过吸附实验,以原状生物炭(BC600)为对照,探讨改性工艺参数的变化对吸附性能的影响。对生物炭进行扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、比表面积与孔径分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、pHPZC等表征,探究生物炭对TCH的吸附机理。结果表明:碳化温度600℃、碱炭比2∶1、使用碱后处理-熔融法制备的改性生物炭(Post-MBC)对TCH去除能力最强。在25℃、pH=4的环境下,0.1 g的Post-MBC对40 mL 0.06 mg·mL~(-1)的TCH去除率可达99.07%,Post-MBC对TCH的理论最大吸附量可达240.94mg·g~(-1)(45℃)。Post-MBC的比表面积和微孔体积可达863.56 m~2·g~(-1)和0.26 cm~3·g~(-1),KOH改性使生物炭的亲水性降低、表面带有负电荷,提高了对疏水性污染物和带正电荷污染物的吸附能力。生物炭的动力学模型更符合McKay方程,三种等温吸附模型的相关系数均较高。改性后的生物炭对TCH的吸附以化学吸附为主导,吸附过程吸热且自发进行。吸附机理包括孔隙填充作用、π-π相互作用、氢键作用、静电相互作用和疏水相互作用。

关键词

花生壳 / 生物炭 / KOH改性 / 盐酸四环素 / 吸附机理

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钟来元, 廖荣骏, 刘付宇杰, 罗章奕. KOH改性花生壳生物炭对盐酸四环素的吸附性能及其机理. 农业环境科学学报. 2023, 42(09): 2038-2048

基金

国家自然科学基金项目(41371316); 广东海洋大学大学生创新创业训练计划项目(S202210566072)

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