改性生物炭的制備及其對Pb2+的吸附作用.pdf

1、近年來，生物炭的研究越來越受到人們的關(guān)注。熱裂解法是制備生物炭的一種重要方法，其特點在于操作簡便、熱解條件易于控制、原料使用廣泛等。本論文主要利用熱裂解法，以柳木屑和花生殼生物質(zhì)為原料，在一定條件下制備原始生物炭，并通過CaCl2、KMnO4改性劑預浸漬處理生物質(zhì)原料及堿液后處理原始生物炭的方法對其進行活化改性。重點考察了活化改性對生物炭結(jié)構(gòu)的影響以及對Pb2+吸附行為的影響。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.鈣改性生物炭的制備及其對P

2、b2+的吸附作用
　　以柳木屑和花生殼生物質(zhì)為原料，300℃下分別制備了原始生物炭FMC、PSC及鈣改性生物炭Ca-FMC和Ca-PSC。考察了鈣改性對生物炭結(jié)構(gòu)的影響以及對Pb2+吸附行為的影響。結(jié)果表明:(1) Ca-FMC和Ca-PSC的灰分含量及堿性基團數(shù)量增多，比表面積與芳構(gòu)化程度增大，極性降低;Ca-FMC和Ca-PSC均為無定形碳，在其結(jié)構(gòu)或孔道內(nèi)部負載有分散性的CaCO3顆粒;(2)當pH≥4時，鈣改性生物炭對Pb

3、2+的吸附率明顯大于未改性生物炭，說明鈣改性顯著提高了生物炭對Pb2+的吸附性能;(3) Ca-FMC和Ca-PSC對Pb2+的吸附均遵循準二級動力學方程，吸附過程主要受化學吸附機制控制，在25℃及pH=5.5條件下對Pb2+的吸附速率常數(shù)分別為0.01 g·mg-1·h-1和0.03 g·mg-1·h-1;(4)Ca-FMC和Ca-PSC對Pb2+的吸附均符合Langmuir等溫吸附模型，在25℃及pH=5.5條件下其對Pb2+的飽和

4、吸附量分別為54.32 mg·g-1和32.80 mg·g-1。
　　2.錳改性生物炭的制備及其對Pb2+的吸附作用
　　以柳木屑和花生殼生物質(zhì)為原料，300℃下制備了錳改性生物炭Mn-FMC和Mn-PSC?？疾炝隋i改性對生物炭結(jié)構(gòu)的影響以及對Pb2+吸附行為的影響。結(jié)果表明:(1) Mn-FMC和Mn-PSC的灰分含量及堿性基團數(shù)量增多，比表面積與芳構(gòu)化程度增大，極性降低;MnOx納米粒子負載于Mn-FMC和Mn-PSC生

5、物炭表面;(2)當pH為5.5時，Mn-FMC和Mn-PSC對Pb2+的吸附率達99％，明顯大于FMC和PSC，說明錳改性顯著提高了FMC和PSC的吸附性能;(3) Mn-FMC和Mn-PSC對Pb2+的吸附均遵循準二級動力學方程，吸附過程主要受化學吸附機制控制，在25℃及pH=5.5條件下對Pb2+的吸附速率常數(shù)分別為5.89 g·mg-1·h-1和0.77g·mg-1·h-1;(4)Mn-FMC和Mn-PSC對Pb2+的吸附均符合L

6、angmuir等溫吸附模型，在25℃及pH=5.5條件下其對 Pb2+的飽和吸附量分別為150.38 mg·g-1和208.33 mg·g-1。
　　3.堿液后處理對生物炭吸附Pb2+的影響
　　以柳木屑為生物質(zhì)原料，300℃下制備了原始生物炭FMC，通過堿液后處理FMC獲得堿改性生物炭Ly-FMC?？疾炝藟A液后處理對生物炭結(jié)構(gòu)的影響以及對Pb2+吸附行為的影響。結(jié)果表明:(1)經(jīng)0.5mol·L-1堿液處理后FMC對Pb2

7、+的去除率由13％提高到不小于98％，說明堿處理大大提高了FMC對Pb2+的吸附效果。最佳堿處理條件可確定為:常溫下堿液濃度為0.5mol·L-1;(2)FMC與Ly-FMC表面基團種類相似，但Ly-FMC的數(shù)量較多，吸附Pb2+后，兩種生物炭的特征基團峰強度均減弱，且Ly-FMC的減弱程度更大，說明Ly-FMC對Pb2+的吸附能力更強，表面含有更多的離子交換位點及陽離子-π吸附位點;(3)在pH為2-6.5范圍內(nèi)，隨pH的增大，F(xiàn)MC

8、與Ly-FMC對Pb2+的吸附率呈增大趨勢，Ly-FMC在較寬的pH(4-6.5)范圍內(nèi)保持較高的吸附率;(4) Pb2+在FMC和Ly-FMC上的吸附過程均遵循準二級動力學吸附規(guī)律，速率常數(shù)分別為1.71g·mg-1·h-1和0.95 g·mg-1·h-1，平衡吸附量分別為5.89 mg·g-1和49.83 mg·g-1;(5) Ly-FMC對Pb2+的吸附符合Langmuir等溫吸附模型，隨溫度的升高，平衡吸附量減小，且在不同溫度下