微纳米含氮秸秆生物炭对Pb^(2+)的吸附特性与机理

将玉米秸秆生物炭进行改性制备得到微纳米含氮生物炭(NBC),并与目前研究较多的铁改性生物炭(FeBC)和巯基改性生物炭(SBC)进行比较,利用扫描电镜(SEM)、BET比表面积测试法等技术对改性生物炭进行表征,通过批量吸附试验分析NBC对Pb^(2+)的吸附行为,比较吸附前后生物炭表面官能团的变化,并结合连续解吸试验探讨NBC对Pb^(2+)的吸附机制。结果表明,NBC的比表面积和总孔体积分别是未改性生物炭的6.30和2.68倍,且与未改性生物炭相比,NBC芳香性增强、亲水性和极性减弱。3种改性生物炭对Pb^(2+)的吸附能力表现为NBC>FeBC>SBC。NBC对Pb^(2+)的等温吸附过程更符合Langmuir模型,为单分子层吸附,最大吸附量为148.25 mg·g^(-1),分别是FeBC和SBC的1.68和1.93倍。NBC对Pb^(2+)的动力学吸附过程更符合准二级动力学模型(R^(2)=0.9524),表明该过程以化学吸附为主。NBC对Pb^(2+)的吸附机制主要有离子交换、络合、阳离子-π键作用以及沉淀作用等。连续解吸结果表明,NBC对Pb^(2+)的吸附较稳定,各吸附方式的贡献率表现为氢键结合(57.98%)>离子交换(29.98%)>络合(11.95%)>物理吸附(0.10%)。微纳米含氮玉米秸秆生物炭对水体中Pb^(2+)的吸附效果优于铁改性生物炭和巯基改性生物炭。

3种新型改性玉米秸秆生物炭对Cd~(2+)吸附特性的比较

为比较3种新型改性生物炭对溶液中镉(Cd)的吸附行为,以玉米秸秆生物炭为原料,制备巯基改性生物炭(S-BC)、铁改性生物炭(Fe-BC)和氮掺杂生物炭(N-BC),分析改性前后生物炭的元素组成、比表面积、表面官能团等性质的变化,通过系统的吸附试验,比较3种改性生物炭对Cd的吸附性能和作用机理。结果表明:与未改性生物炭(BC)相比,N-BC和Fe-BC比表面积分别增加了6.3和9.0倍,总孔体积分别增加了2.68和4.08倍。S-BC因改性后表面光滑,使得生物炭比表面积减小,但其表面官能团变化明显,S-BC在2 977 cm^(-1)处出现新的吸收峰对应脂肪族(C-H)的伸缩振动,而且在1 089 cm^(-1)、1 044 cm^(-1)位置出现双特征吸收峰。3种生物炭对Cd^(2+)的吸附主要为化学吸附过程为主,且Langmuir吸附等温线模型所拟合的热力学吸附优于Freundlich吸附等温模型,推测N-BC、Fe-BC、S-BC 3种生物炭对Cd^(2+)的吸附过程为单分子层物理吸附。通过Langmuir模型计算可以得到几种生物炭对Cd^(2+)最大吸附量表现为Fe-BC (69.11 mg·g^(-1))>N-BC (61.92 mg·g^(-1))>S-BC (53.85 mg·g^(-1))>BC (40.34 mg·g^(-1))。