废弃藻类与污泥的生物炭制备及其重金属吸附性能研究

• 作 者: 赵宁
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 生物炭 重金属 吸附 共存离子 改性

近年来,随着我国经济的快速发展,重金属需求量日益增加,但基于其工业生产的大量使用也引发了一系列环境问题,造成了严重的重金属水环境污染问题,因而去除水环境中的重金属尤为迫切。去除重金属方法有很多,包括化学沉淀法、离子交换法、氧化还原法、吸附法等。其中吸附法由于成本低、吸附效率高,吸附剂来源广泛而被使用。生物炭是一种比较常见的吸附剂,且具有致密的微孔结构、巨大的比表面积,具有良好的吸附性能。因此,研究以生物炭为吸附剂去除废水中重金属,具有重要研究意义和实用价值。本研究以浒苔、废弃海带、污泥为基质制备生物炭,并对其进行NaOH浸渍和重金属捕捉剂（TMT-102）涂覆处理,以探究材料孔隙有无是否影响两种改性方法。通过SEM、FTIR、BET等表征方法对制备的生物炭原炭和经改性的生物炭进行分析。同时探究了吸附时间、初始Cd²⁺浓度、吸附剂投加量、初始溶液pH、吸附温度、共存离子等因素对改性生物炭的Cd²⁺吸附影响。实验结果表明:海带生物炭具有比浒苔和污泥生物炭更高的孔隙结构和更多的含氧官能团。NaOH浸渍和TMT-102涂覆可以有效增加材料的比表面积,且NaOH浸渍可以增加孔形貌。改性和吸附后材料的官能团峰值均发生了偏移。海带生物炭经TMT-102涂覆,其表面的多孔结构被破坏,并且涂覆后的生物炭吸附效果要低于原炭,而浒苔生物炭和污泥生物炭经过此种方法改性后其吸附重金属的能力增加,因此TMT-102硅源化改性方法仅适用于无孔结构的基质。吸附动力学表明,浒苔生物炭和污泥生物炭吸附Cd²⁺更符合伪二级动力学模型,而海带生物炭吸附Cd²⁺、Cr³⁺既符合伪一级动力学模型又符合伪二级吸附动力学模型。吸附等温线表明,三种基质生物炭吸附的拟合与Langmuir模型一致,属于均匀的单层化学吸附。生物炭随着溶液温度的升高对金属离子的吸附量逐渐增加,说明吸附是吸热过程。浒苔生物炭和污泥生物炭吸附Cd²⁺的最适pH在6之后,而海带生物炭在溶液pH在4之后时就显示出对Cr³⁺的高吸附量。生物炭吸附金属离子的最佳用量为0.8 g/L。Ca²⁺和Mg²⁺的存在抑制重金属离子吸附,K⁺和Na⁺几乎不影响。而共存阴离子中,C₅H₇O₅COO^-、CH₃COO^-、PO₄^3-和SO₄^2-对金属离子吸附均存在不同程度的抑制作用。经济分析表明,海带属一种经济型有机质,制备成本较高,而对于浒苔、污泥生物炭,尽管其吸附量不及海带生物炭,但是在吸附重金属方面仍具有较好潜力,且更具经济可行性。