生物炭吸附劑研制及對(duì)廢水中重金屬的吸附特性研究.pdf

1、生物炭是利用生物質(zhì)作為原料在厭氧或限氧條件下，通過(guò)熱解（一般低于700℃）而最終得到的一種固態(tài)富炭物質(zhì)。近年來(lái)，由于其制備方法簡(jiǎn)單，制備原料來(lái)源廣泛，對(duì)水溶液中重金屬離子去除效果顯著，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但由于生物炭作為一種粉末狀的固態(tài)富炭物質(zhì)，在去除水溶液中重金屬離子的過(guò)程中，存在吸附后難以從水溶液中分離的問(wèn)題。單純的賦磁，雖然能解決其從水溶液中再分離的問(wèn)題，但由于磁化后的生物炭材料，原本高效的吸附性能會(huì)由于磁化作用而降低，因而限制

2、了生物炭作為高效去吸附材料得廣泛應(yīng)用?；谏锾吭趶U水處理應(yīng)用中的問(wèn)題，本研究首先選擇來(lái)源廣泛的農(nóng)業(yè)固體廢棄物小麥秸稈、玉米骨、玉米秸稈為生物質(zhì)原料，制備與改性生物炭吸附劑，并探求了此吸附劑對(duì)重金屬Cd2+與Cu2+的吸附性能。論文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　?。?）利用玉米秸稈作為制備原料，在不同熱解溫度（300℃、400℃、500℃和700℃）下制備了生物炭并對(duì)其進(jìn)行了特征表征，其中，玉米秸稈生物炭的含碳量隨著溫度的升高而逐漸

3、降低，同時(shí)其灰分含量也伴隨著溫度的升高而顯著提高；玉米秸稈生物炭的比表面積和總孔隙體積隨著溫度的升高而增大，其pH值也隨著溫度的升高而增高；玉米秸稈生物炭的表面形態(tài)，伴隨著溫度的逐漸提升，其多層結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)愈加完善；隨著溫度的增高玉米秸稈生物炭的脂肪性C-C鍵逐漸減弱乃至消失，而芳香性C=C鍵卻逐漸增強(qiáng)；玉米秸稈中的纖維素和半纖維素會(huì)隨著溫度的逐漸升高而逐漸熱解，最終形成無(wú)定型結(jié)構(gòu)的生物炭。明確了不同溫度下制備生物炭對(duì)水溶液中銅和鎘的

4、吸附能力，其中BC700對(duì)銅和鎘的去除能力分別為117.63 mg/g、110.76 mg/g。初步制備了具有高效吸附能力的生物炭吸附劑。
　?。?）對(duì)制備的生物炭吸附機(jī)理的進(jìn)行了初步分析。生物炭對(duì)重金屬吸附前后，掃描電鏡中生物炭表面難溶物出現(xiàn)；在重金屬吸附前后，紅外光譜中芳香性的C=O鍵、O-H鍵以及芳香性C=C鍵都發(fā)生了明顯的位置變化。得出了生物炭對(duì)水溶液中重金屬的去除機(jī)理是生物炭的孔隙吸附和基于生物炭表面官能團(tuán)的共沉淀和表面

5、絡(luò)合作用。
　?。?）對(duì)高效吸附的生物炭進(jìn)行改性，通過(guò)對(duì)生物炭進(jìn)行殼聚糖和磁性鐵的包覆，制備具備高效吸附能力的磁性生物炭吸附劑，并通過(guò)化學(xué)分析方法和光譜表征技術(shù)，對(duì)原始生物炭材料和改性生物炭材料進(jìn)行了樣品的組成結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性分析，明確了材料的基本組成和基本特性，進(jìn)而探討了其吸附機(jī)理。通過(guò)對(duì)700℃下制得的生物炭進(jìn)行覆磁與殼聚糖包覆，制得了一種對(duì)水溶液中 Cd2+與Cu2+具有高效去除能力，同時(shí)方便從水溶液中回收，避免造成二次污

6、染的高效吸附劑材料生物炭-殼聚糖-鐵（CC-Fe）。對(duì)制備的吸附劑的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，其中生物炭對(duì)Cu2+的吸附等溫線更好的擬合Langmuir模型；而對(duì)于Cd2+的吸附等溫線，其數(shù)據(jù)則更好的擬合了Freundlich模型。隨著溫度的升高，其吸附數(shù)據(jù)的擬合度也隨著增高。BC700不論對(duì) Cu2+，還是對(duì)Cd2+，都具有最高的去除效率；生物炭-殼聚糖（CC）和生物炭-殼聚糖-鐵（CC-Fe）的吸附過(guò)程主要是Langmuir表面吸