不同温度制备的水稻废弃物生物炭吸附铅的机理研究及环境应用探索

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:a75838928
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热解温度显著影响生物炭的性质,进而影响对重金属的去除方式。本研究分别在300℃、500℃和700℃的温度下制备了水稻秸秆生物炭(RSB300、RSB500和RSB700)和稻壳生物炭(RHB300、RHB500和RHB700)。通过批量吸附试验、微观表征分析和连续提取试验,研究了热解温度对水稻秸秆生物炭和稻壳生物炭吸附铅的效果和方式的影响,分析了不同温度制备的两类生物炭吸附铅的稳定性及环境应用方向。主要结果如下:(1)在较高的热解温度下制备的水稻秸秆生物炭的pH值(RSB300、RSB500、RSB700分别为7.89、10.40、10.68)和比表面积(分别为6.766、22.383、115.465m2/g)较高,因此,其对铅的吸附能力较强(最大吸附量Qmax分别为100.27、164.62、198.18mg/g)。生物炭上的官能团(比如,O-H、C=O、C-H)随热解温度的升高而减少,生物炭的芳香化程度提高。等温线拟合结果表明:RSB300、RSB500对铅的吸附与Langmuir模型拟合度较高,是均相单分子层吸附。Freundlich模型能更好地拟合RSB700的等温线数据,是非均相多分子层吸附。动力学结果均符合拟二级动力学方程,表明吸附反应主要以化学吸附为主。XRD、FTIR结果表明,水稻秸秆生物炭可通过表面沉淀来吸附铅,RSB300上生成草酸铅,RSB500和RSB700上生成碱式碳酸铅。连续提取实验结果显示,RSB300上吸附的铅有11.34%属于可交换态;而RSB500和RSB700吸附的可交换态铅均不到1%,99%以上的铅属于酸可溶态和非生物可利用部分。因此,RSB500和RSB700相比于RSB300更适合用于铅污染土壤的修复。(2)随着热解温度从300℃上升至700℃,稻壳生物炭的比表面积(RHB300、RHB500、RHB700分别为0.632、45.274、193.149m2/g)和pH值(7.13、9.46、9.80)显著增加,而官能团(如羧基)的数量减少。对铅的最大吸附量(Qmax),RHB300(14.1mg/g)<RHB500(21.7mg/g)<RHB700(26.7mg/g)。三种生物炭对铅的吸附等温线数据与Freundlich模型的拟合程度较高,属于非均相多分子层吸附;动力学数据与拟二级动力学方程的拟合度更高,稻壳生物炭的吸附反应也主要为化学吸附。XRD、FTIR结果表明,稻壳生物炭可通过表面沉淀的方式去除铅,三种稻壳生物炭上均生成了磷氯铅矿类化合物,RHB300上还生成硒化铅,RHB500和RHB700上还生成碱式碳酸铅。虽然RHB300的Qmax值最小,但其可交换态铅含量最大(RHB300、RHB500和RHB700分别是2.61、0.223、0.377mg/g,占各自吸附总量的21.8%、1.80%、0.94%),因此,RHB300吸附的铅易于分离,生物炭可以循环使用,适用于铅污染水的处理,且经6次吸附-解吸后,吸附效率约为原RHB300的1/4;而吸附在RHB500和RHB700上的铅主要为酸可溶态和非生物可利用部分,其对环境的潜在危害较小,可能适用于固定土壤中的铅。
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