不同构型富氮生物炭对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的作用机制

为了明确不同构型富氮生物炭对重金属的作用机理,本研究以玉米秸秆为生物质,通过尿素改性结合高温热解制备了3种不同氮构型的富氮生物炭(以吡咯氮为主的Pr-NBC、吡啶氮为主的Pd-NBC和石墨氮为主的Gp-NBC),考察其对典型重金属的作用行为.吸附动力学和吸附等温线等实验结果显示:富氮生物炭对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附均以化学吸附为主,且存在明显的差异;对Pb(Ⅱ)的吸附容量与溶液离子强度成正比,吸附可能以形成内层络合物为主,对Cr(Ⅵ)的作用则包含吸附和还原两个过程;对两种重金属的吸附容量受pH影响较大,静电吸引作用可能是主要驱动力.吸附前后的材料表征显示:富氮生物炭主要通过静电吸引作用、阳离子交换、沉淀作用和阳离子-π键作用吸附Pb(Ⅱ),通过静电吸引作用吸附Cr(Ⅵ),同时能将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ).不同构型氮与重金属作用机理存在差异,其中,石墨氮主要通过与Pb(Ⅱ)形成阳离子-π键作用促进吸附,吡咯氮和吡啶氮具有还原性,可将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ),实现减毒.因此,在考察自然环境中富氮生物炭对重金属的作用机制时,应当充分考虑氮构型的影响.