凹凸棒石改性污泥生物炭对模拟水体中重金属的吸附

陶玲; 肖易燃; 任汉儒; 李云梦; 母旭日; 朱睿; 童彩丽; 高敏; 任珺

文章摘要

陶玲,肖易燃,任汉儒,李云梦,母旭日,朱睿,童彩丽,高敏,任珺.凹凸棒石改性污泥生物炭对模拟水体中重金属的吸附[J].农业环境科学学报,2026,45(1):189-198.

凹凸棒石改性污泥生物炭对模拟水体中重金属的吸附

Adsorption study of heavy metals in simulated water by sludge biochar modified with attapulgite materials

投稿时间：2024-12-24

DOI：10.11654/jaes.2024-1129

中文关键词: 污泥生物炭凹凸棒石碱改性重金属

英文关键词: sludge biochar attapulgite alkali modification heavy metals

基金项目:甘肃省教育厅：高校科研创新平台重大培育项目（2024CXPT-14）；甘肃省教育厅产业支撑计划项目（2021CYZC-31）；甘肃省科技厅科技计划项目（22CX3GA076）；甘肃省科技专员专项（23CXGA0082）；宁夏自然科学基金项目（2024AAC03319）

作者	单位	E-mail
陶玲	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070 寒旱地区水资源综合利用教育部工程研究中心, 兰州 730070 甘肃省黄河水环境重点实验室, 兰州交通大学, 兰州 730070 甘肃瀚兴环保科技有限公司, 兰州 730070
肖易燃	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
任汉儒	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070 甘肃瀚兴环保科技有限公司, 兰州 730070
李云梦	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
母旭日	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
朱睿	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
童彩丽	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070
高敏	宁夏师范大学, 宁夏固原 756099
任珺	兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070 寒旱地区水资源综合利用教育部工程研究中心, 兰州 730070 甘肃省黄河水环境重点实验室, 兰州交通大学, 兰州 730070 甘肃瀚兴环保科技有限公司, 兰州 730070	renjun@mail.lzjtu.cn

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中文摘要:

为了正确处理城市污泥并提高生物炭吸附剂对多种重金属吸附的性能，利用污泥与凹凸棒石黏土为原料热解制备凹凸棒石黏土改性污泥生物炭材料，并研究了改性材料对模拟水体中Cd²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺和Ni²⁺的吸附性能。结果表明：在pH=5、添加量为1 g·L-1、重金属浓度均为10.0 mg·L-1条件下，污泥/凹凸棒石黏土质量比为2∶1的改性材料对Cd²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺和Ni²⁺的去除率分别为83%、87%、89%和88%。改性材料对Cd²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺和Ni²⁺吸附过程均遵循准一级动力学模型和Langmuir模型。通过扫描电镜、X射线衍射分析及红外光谱等表征手段确定了改性材料对重金属的吸附机理。其主要包括孔隙填充、含氧官能团的络合、重金属-π电子作用、Na⁺的离子交换作用、硅酸盐和CO₃^2-的共沉淀作用。本研究制备的凹凸棒石黏土改性污泥生物炭对多种重金属的去除展现出优异吸附性，为水体中多种重金属同步去除的研究和污泥利用提供了新思路。

英文摘要:

To properly treat municipal sludge and improve the performance of biochar adsorbent for the adsorption of various heavy metals. Sludge biochar modified with attapulgite materials was prepared by pyrolysis using sludge and attapulgite as raw materials. The adsorption performance of the modified materials for Cd²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺ and Ni²⁺ in simulated water was investigated. The results showed that when the mass ratio of sludge biochar to attapulgite was 2∶1, pH was 5, the addition amount was 1 g·L^-1, and the concentration of the four heavy metals of 10.0 mg·L-1, the removal of Cd²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺ and Ni²⁺ by the modified material was 83%, 87%, 89% and 88%, respectively. The adsorption processes of Cd²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺ and Ni²⁺ by modified materials followed the quasi first order kinetic model and Langmuir model. The adsorption mechanism of the modified materials on heavy metals was determined by characterization means such as scanning electron microscope, X-ray diffraction and infrared spectroscopy. It mainly consists of pore filling, complexation of oxygen-containing functional groups, heavy metal-π electronic interactions, ion-exchange of Na⁺ and co-precipitation of silicates and CO₃^2-. In this study, the sludge biochar modified with attapulgite prepared presented excellent adsorption for the removal of multiple heavy metals, which provides a new idea for the study of simultaneous removal of multiple heavy metals in water bodies and the utilization of sludge.

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