木质素-聚乙烯共热解生物炭对Cd(II)的吸附性能

• 作者: 秦坤 王志康 王章鸿 杨成 刘杰刚 沈德魁
• 来源期刊: 生态环境学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 木质素 聚乙烯 生物炭 共热解 Cd(Ⅱ) 吸附
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 研究论文|Research Articles
• 页码范围: 344-353
• 页数: 10页
• 分类号: X13
• 语种: 中文
• DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.02.015

摘要

为了寻求木质素的资源化利用途径和开发低廉、高效的重金属吸附材料,该研究将木质素和聚乙烯混合物在600℃下热解制备生物炭(LG/PE-600C),以单独木质素在相同条件下所制备的生物炭作对比(LG-600C),利用扫描电镜(SEM)、N2吸附/脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)和元素分析等对比分析LG-600C和LG/PE-600C在表观形貌、孔隙特性、表面官能团、物质组成等的差异,并进一步考察两种生物炭对Cd(II)的吸附性能.相对于LG-600,LG/PE-600C表面较粗糙,孔隙结构较发达.LG/PE-600C的比表面积达213.87 m2·g?1,约为LG-600的2.5倍.聚乙烯的介入,导致LG/PE-600C的O元素含量和表面含氧官能团较LG-600C有所降低.吸附结果显示,LG/PE-600C对Cd(II)的吸附性能明显优于LG-600.在一定范围内,Cd(II)初始浓度、环境温度、吸附时间、溶液pH的增加均能够促进LG/PE-600C对Cd(II)的吸附.Langmuir模型和准二级动力学模型能够很好地拟合Cd(II)的吸附过程,表明LG/PE-600C对Cd(II)的吸附为化学作用主导的单分子层吸附.基于Langmuir模型所得到的理论最大吸附量达到40.82 mg·g?1.热力学分析证实,LG/PE-600C对Cd(II)的吸附为自发的吸热反应.机理分析表明,LG/PE-600C具有优于LG-600C的吸附性能,其主要原因在于聚乙烯介入能够强化木质素的分解,促进LG/PE-600C孔隙的发育,使得LG/PE-600C表面暴露大量Cd(II)的吸附位点,如?OH、C=C、?C?O?C等.这些吸附位点能够通过配位、沉淀、离子交换等作用对Cd(II)进行吸附.由此证实,添加聚乙烯与木质素进行共热解制备生物炭用于Cd(II)的吸附可作为木质素重要的资源化利用方式.