不同温度制备香根草生物炭对Cd<sup>2+</sup>的吸附特性与机制

邓金环; 郜礼阳; 周皖婉; 杜伟庭; 蔡昆争; 陈桂葵; 黄飞

文章摘要

邓金环,郜礼阳,周皖婉,杜伟庭,蔡昆争,陈桂葵,黄飞.不同温度制备香根草生物炭对Cd²⁺的吸附特性与机制[J].农业环境科学学报,2018,37(2):340-349.

不同温度制备香根草生物炭对Cd²⁺的吸附特性与机制

Adsorption characteristics and mechanisms of Cd²⁺ in biochar derived from vetiver grass under different pyrolysis temperatures

投稿时间：2017-08-03 修订日期：2017-09-27

DOI：10.11654/jaes.2017-1066

中文关键词: 香根草生物炭镉热解温度吸附特性

英文关键词: vetiver grass biochar cadmium pyrolysis temperatures adsorption characteristics

基金项目:国家自然科学基金项目（41501338）；国家重点研发计划项目（2017YFD0801000）；广东省自然科学基金项目（2014A030310320）；广东省科技计划项目（2016A020210036）

作者	单位	E-mail
邓金环	华南农业大学资源环境学院, 广州 510642
郜礼阳	华南农业大学资源环境学院, 广州 510642
周皖婉	华南农业大学资源环境学院, 广州 510642
杜伟庭	重庆大学城市建设与环境工程学院, 重庆 400045
蔡昆争	华南农业大学资源环境学院, 广州 510642 农业部华南热带农业环境重点实验室, 广州 510642
陈桂葵	华南农业大学资源环境学院, 广州 510642 农业部华南热带农业环境重点实验室, 广州 510642
黄飞	华南农业大学资源环境学院, 广州 510642 农业部华南热带农业环境重点实验室, 广州 510642	feihuang@scau.edu.cn

摘要点击次数: 2497

全文下载次数: 3336

中文摘要:

为探讨香根草生物炭对水溶液中Cd²⁺的吸附特性及机制，通过元素分析、BET-N₂、Zeta电位、SEM-EDS、FTIR等分析手段对不同热解温度（300、500℃和700℃）下制备的香根草生物炭特性进行表征，并研究三种生物炭（BC300、BC500和BC700）在不同初始Cd²⁺浓度和吸附时间下的吸附行为。结果表明，随着温度升高，生物炭产率下降，灰分、pH和Zeta负电荷量上升；比表面积和孔体积增大，其中BC700的比表面积为227.04 m²·g^-1，比原材料增大67.8倍。三种生物炭的吸附过程均符合Langmuir和Freundlich模型，而Freundlich拟合度相对较高（R²均大于0.98），最大吸附量顺序依次为BC700（92.65 mg·g^-1） > BC500（80.17 mg·g^-1） > BC300（76.29 mg·g^-1）。当初始Cd²⁺浓度为20 mg·L^-1时，吸附平衡时间顺序为BC700（80 min） < BC500（180 min） < BC300（240 min），均符合准二级动力学模型（R²均大于0.98），以化学吸附为主。对比吸附前后的FTIR谱图，主要有-OH、C=O、C=C、C-O等官能团参与生物炭的吸附过程。结合SEM-EDS的结果分析，生物炭主要是通过表面静电吸附和络合作用去除溶液中Cd²⁺。三种生物炭中，BC700吸附性能最佳，原因可能是其具有较大的比表面积、较多的负电荷量和较多的官能团。

英文摘要:

To explore the adsorption characteristics and mechanisms of Cd²⁺ in biochar, three biochar samples were prepared by heating vetiver grass(Vetiveria zizanioides L.) under different pyrolysis temperatures of 300, 500℃ and 700℃(BC300, BC500, and BC700) and characterized by elemental analysis, BET-N₂ surface area, zeta analysis, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy(SEM-EDS), and Fourier-transform infrared spectroscopy(FTIR). Results showed that when the pyrolysis temperature increased, yields decreased; however, the ash content, pH, zeta potential, and specific surface area increased especially for BC700(227.04 m²·g^-1), which was 67.8 times higher than that in the raw material. The Freundlich model was more suitable for describing the adsorption processes(R²> 0.98), with the adsorption capacity following a descending order of BC700(92.65 mg·g^-1) > BC500(80.17 mg·g^-1) > BC300(76.29 mg·g^-1). Adsorption kinetics showed that the equilibrium time followed an ascending order of BC700(80 min) < BC500(180 min) < BC300(240 min), which were better fitted by the pseudo-second order model(R²>0.98). SEM-EDS and FTIR analyses indicated that the adsorption mechanisms mainly included surface electrostatic adsorption and complexation. The BC700 sample, which was equipped with a larger specific surface area, and greater amounts of negative charge and functional groups, was more effective than the other biochar samples. These observations suggest that biochars derived from vetiver grass have the potential to treat Cd²⁺ in wastewater.

HTML 查看全文查看/发表评论下载PDF阅读器