稻秆生物炭对水体Pb^(2+)的吸附特性及机制定量化

采用吸附等温线和动力学等方法阐明了稻秆生物炭对水体Pb^(2+)的吸附特性,并通过元素分析、BET(Brunauer-Emmet-Teller)-N_(2)比表面积分析、Zeta电位、扫描电镜-能谱仪、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱等分析手段,结合机制贡献比例计算方法,定性和定量地揭示了生物炭吸附机制。结果表明,在不同吸附温度20、30、40℃下,生物炭对Pb^(2+)的最大吸附量分别为233.48、236.00、237.50 mg/g,均符合Langmuir模型(R^(2)>0.96),属于单分子层吸附;当初始Pb^(2+)浓度为50、100、300 mg/L时,生物炭吸附平衡时间分别为30、90、360 min,均符合准二级动力学模型(R^(2)>0.95),以化学吸附为主。生物炭对Pb^(2+)吸附机制主要包括化学沉淀、离子交换、官能团络合和Cπ电子配位等4种作用,其中化学沉淀产物可能以Pb_(4)(CO_(3))_(2)(SO_(4))(OH)_(2)和PbCO_(3)为主,贡献比例为47.15%~50.81%,离子交换主要以Ca^(2+)和Mg^(2+)为主,贡献比例为32.82%~37.77%,这两者共同贡献比例范围为83.63%~84.92%,其余2种吸附机制共同占比15.03%~16.37%。生物炭对Pb^(2+)具有优良的吸附能力,可作为水体中重金属的优势吸附材料之一。