化学老化对Mg改性生物炭矿物结构及Pb^(2+)吸附的影响

为了探究老化时间对金属改性生物炭的性质及其对重金属固定效果的影响,采用60℃及90℃恒温恒湿(湿度维持在40%)的非生物老化培养方法,对MgCl_(2)浸渍改性生物炭进行为期6个月的老化试验。FT-IR结果表明,老化易在生物炭表面引入—COOH、C O等含氧官能团,提高生物炭对Pb^(2+)的螯合能力;Zeta电位结果说明老化会因为—OH等官能团发生氧化而形成大量的—COOH,从而进一步提高生物炭的电负性。吸附等温曲线拟合结果表明,Mg改性及老化后的生物炭均符合Langmuir模型。Mg改性生物炭经60℃老化后,其比表面积是改性生物炭的22倍左右,这是因为老化过程中,矿物形态发生改变,形成具有多孔结构的镁氧化物。因此,500℃及700℃制备的Mg改性生物炭经60℃老化后,其对Pb^(2+)的吸附量分别提高了54.4%、67.4%,分别为73.83 mg·g^(-1)和92.59 mg·g^(-1),但经90℃老化后,Mg改性生物炭产生较多的甲基自由基,破坏了生物炭的碳结构,使得生物炭表面孔隙结构被破坏,比表面积下降,导致90℃老化后的生物炭对重金属的吸附能力(48.26 mg·g^(-1))低于对应的60℃老化生物炭的吸附能力(62.85 mg·g^(-1))。由此可见,虽然Mg改性生物炭在短时间(60℃培养)内会提高对重金属的固定能力,但随着老化的持续进行(90℃培养),具有微孔结构的镁氧矿物最终被转化为无定型矿物,从而显著降低对Pb^(2+)的固定效果。

化学老化对Zn改性生物炭性质及吸附Pb^(2+)的影响

本文采用60及90℃非生物化学老化方法,对ZnSO_(4)浸渍改性生物炭(PRZn)进行了为期6个月的老化试验.通过元素分析仪,比表面积分析仪,X射线光电子能谱法和傅里叶红外光谱等手段明确老化后生物炭性质的变化特点,并利用等温吸附实验比较老化对Zn改性生物炭Pb^(2+)吸附性能的差异.结果表明,化学老化过程会生成活性自由基,显著增加生物炭表面含氧官能团的数量,导致500℃制备的PRZn老化后比表面积显著提高(从24.67m^(2)/g提升到85.51m^(2)/g),改性引入的Zn氧化物从晶型结构转化为有机结合态,因此,PRZn经60℃老化后,其对Pb^(2+)的吸附量从31.18mg/g提高至47.70mg/g.但经90℃老化后,700℃制备的PRZn吸附量变化不大,这主要是老化过程中产生的活性氧化物质在90℃下发生自猝灭过程,且700℃制备的PRZn碳结构相对稳定,导致老化后含氧官能团的量没有显著升高而比表面积下降.本研究结果将为改性后老化生物炭在铅污染土壤中的长期利用提供具体理论依据.