| 李俊杰,汪玉瑛,黄嘉琪,程凯,吕豪豪,何莉莉,俞娟.沸石改性生物炭对重金属Pb（Ⅱ）的吸附性能及其机理[J].农业环境科学学报,2025,44(12):3230-3240. |
| 沸石改性生物炭对重金属Pb（Ⅱ）的吸附性能及其机理 |
| Modified zeolite biochar for the adsorption performance and mechanism of heavy metal Pb（Ⅱ） |
| 投稿时间：2024-09-25 |
| DOI：10.11654/jaes.2024-0802 |
| 中文关键词: 沸石 生物炭 Pb（Ⅱ） 吸附性能 一步共热解法 |
| 英文关键词: zeolite biochar Pb（Ⅱ） adsorption one-step co-pyrolysis |
| 基金项目:国家自然科学基金项目（42307300） |
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| 中文摘要: |
| 为探究沸石改性生物炭对重金属Pb（Ⅱ）污染水体处理的效果及其机制，采用一步共热解法制备了不同沸石添加比例的沸石改性生物炭，并选取稻壳作为生物炭前驱体，利用比表面积（BET）、扫描电镜及能谱（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对沸石改性生物炭复合材料进行表征，并探究了在不同pH值（pH 2.0~6.0）、反应时间（0~24 h）、初始Pb（Ⅱ）浓度（10~80 mg·L-1）及离子强度（0~0.5 mol·L-1 NaCl）条件下，改性生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附行为。结果显示，沸石颗粒与生物炭复合成功，稻壳炭与沸石-生物炭复合材料在溶液pH值为6.0时对Pb（Ⅱ）的去除率最高，最优反应时间为12~24 h，最优Pb（Ⅱ）溶液初始浓度为25~65 mg·L-1。未改性生物炭（BC）、ZR1∶1、ZR1∶2和ZR2∶1对Pb（Ⅱ）的吸附过程更符合准二级动力学模型，Freundlich模型能更好地拟合ZR1∶1、ZR1∶2和ZR2∶1对Pb（Ⅱ）的吸附等温过程。电解质NaCl浓度为0和0.001 mol·L-1时，BC和ZR1∶2对Pb（Ⅱ）的去除效果最佳且无显著差异，但随着NaCl浓度增大，吸附剂对Pb（Ⅱ）的去除率呈先降后升的趋势。研究表明，沸石改性生物炭是高效的重金属Pb（Ⅱ）吸附材料，其最优质量比为1∶2，吸附性能优于未改性稻壳炭。通过优化制备条件和吸附参数，可实现Pb（Ⅱ）污染水体的有效治理。 |
| 英文摘要: |
| To investigated the remediation performance and mechanisms of zeolite-modified biochar composites for Pb（Ⅱ）-contaminated water treatment. Zeolite-biochar composites with different mass ratios were synthesized via one-step co-pyrolysis using rice husk as the biomass precursor. Comprehensive characterization was conducted employing brunauer-emmett-teller（BET）analysis, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy（SEM-EDS）, X-ray diffraction（XRD）, X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）, and Fourier-transform infrared spectroscopy（FTIR）. The adsorption behavior was evaluated under varying environmental conditions including solution pH（2.0-6.0）, contact time（0-24 h）, initial Pb（Ⅱ）concentrations（10-80 mg·L-1）, and ionic strength（0-0.5 mol·L-1 NaCl）. Experimental results demonstrated successful composite formation with optimal Pb（Ⅱ）removal efficiency observed at pH 6.0. The optimal parameters were identified as 12-24 h contact time and 25-65 mg·L-1 initial Pb（Ⅱ）concentration. Adsorption kinetics for BC, ZR1∶1, ZR1∶2, and ZR2∶1 composites followed pseudo-second-order models, while the Freundlich isotherm model best described the multilayer adsorption process. Notably, NaCl concentration exhibited a biphasic effect on Pb（ Ⅱ ） removal efficiency, showing comparable performance at 0 and 0.001 mol·L-1, followed by a characteristic decrease-increase pattern with increasing ionic strength. The 1∶2 zeolitebiochar composite demonstrated superior adsorption capacity compared to unmodified biochar. This research provides an optimized strategy for Pb（Ⅱ）contamination remediation. |
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