热空气氧化改性生物炭对镉的吸附特性研究

• 作者: 肖光莉 郭新欣 韩熙 张坤 朱双 勾琪立 徐强 黄化刚
• 来源期刊: 西南农业学报
• 学科: 化学
• 关键词: 生物炭 氧化改性 Cd2+ 吸附
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 园艺·农业生态环境|HORTICULTURE·AGRICULTURAL ECO-ENVIRONMENT
• 页码范围: 2765-2774
• 页数: 10页
• 分类号: O614.242
• 语种: 中文
• DOI: 10.16213/j.cnki.scjas.2021.12.029

摘要

[目的]探究改性生物炭对重金属元素镉(Cd)的吸附机理,以期为治理Cd污染和改性生物炭工业化生产提供参考.[方法]以工业化生产的竹屑生物炭(BB)和烟杆生物炭(TB)为原料,在300℃的低温限氧条件下进行氧化改性30 min,冷却至室温后制成两种改性生物炭(分别记为BB300和TB300).通过X射线衍射技术对改性前后的生物炭矿物组分进行分析,结合吸附实验对其吸附溶液中Cd2的吸附特征进行研究.[结果]BB300和TB300产率高,分别达70％和65％.4种生物炭(BB、BB300、TB和TB300)的饱和吸附量分别为7.57、15.97、120.48和166.67 mg/g,TB和TB300相较于BB和BB300,吸附性能更好,但改性效果较差.对比Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型,Langmuir吸附模型能更好的拟合四种生物炭的等温吸附过程,表明这4种生物炭表面具有有限的吸附位点,吸附机制主要是单分子层吸附.对比准一级动力学吸附模型和准二级动力学模型,4种生物炭对溶液中Cd2+的吸附过程更符合准二级动力学吸附特征,物理吸附与化学吸附同时发生.对比吸附速率k2,氧化改性能提升吸附速率.改性生物炭混土材料吸附Cd2+实验表明,改性生物炭对土壤Cd2+的吸附特征更符合Langmuir吸附模型,改性生物炭加入土壤能提升土壤对Cd2+的吸附能力,同时土壤的理化性质也影响生物炭的吸附能力,pH值较高和CEC更高的紫色土能吸附更多Cd2+.生物炭添加量对土壤Cd2+吸附有正向的影响.[结论]利用热空气氧化方法改性的生物炭产率较高且无化学试剂带入,具备工业化生产的前景.改性后的生物炭能够有效提升生物炭对Cd2+的吸附能力,对土壤Cd污染具有较优的钝化能力,为提升生物炭钝化土壤重金属能力和规模化生产应用提供了参考.