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生物炭是一种含碳量较高的碳质材料,可通过限氧热解等方法制得,原材料来源广泛,制备成本低廉,在缓解全球气候变暖、土壤修复和环境治理方面具有积极的大规模应用前景。本研究以林业废弃物梧桐树皮为原料,通过限氧热解的方法制备梧桐树皮生物炭。为了解其表面结构和性质,利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、表面官能团Boehm滴定分析等手段对不同热解温度及酸化处理前后的生物炭进行表征。以亚甲基蓝作为目标污染物,探讨了梧桐树皮生物炭制备时的热解温度、溶液pH和共存离子等因素对亚甲基蓝吸附性能的影响,研究了吸附动力学和吸附热力学,讨论其在梧桐树皮生物炭上的吸附行为和吸附机理。SEM电镜扫描图片分析表面形貌结果表明,梧桐树皮生物炭呈现不规则的片状,而且热解温度越高,生物炭颗粒越小,表面碳含量越高。盐酸处理梧桐树皮生物炭(biochar,BC)可去除生物炭中的灰分等无机物,得到D-BC(demineralized biochar,D-BC)。FTIR光谱分析显示,生物炭表面含有丰富的官能团,热解温度的升高会降低含氧官能团的含量,这与Boehm表面滴定结果一致。XPS分析表明,在表面官能团中,C-O键和-C=O键的含量从D-BC200(200℃热解)上的23.8%和23.3%下降到D-BC600(600℃热解)中的19.6%和17.6%,表明含氧官能团在所有官能团中的占比也随着热解温度的升高而降低。为了探讨吸附行为和吸附机理,选用BC200,D-BC200,BC600和D-BC600四种生物炭来吸附去除水中的亚甲基蓝。研究表明,随着溶液pH的升高,四种生物炭对亚甲基蓝的吸附量逐渐增大,碱性条件下吸附效果最佳。而且,D-BC200和BC200吸附量要远高于D-BC600和BC600。吸附动力学试验中,准二级动力学和Elovich动力学模型更适合描述四种生物炭的吸附过程,说明吸附过程可能为化学吸附,并存在着显著的扩散控制吸附过程。吸附热力学试验中,Langmuir模型更适合描述亚甲基蓝在四种生物炭上的吸附热力学过程,说明吸附过程在很大程度上为单分子层吸附。298 K时,D-BC200,BC200,D-BC600和BC600四种生物炭对亚甲基蓝的最大吸附量分别达到237.8,199.5,67.9和59.2 mg/g。综上,梧桐树皮生物炭在吸附去除有机污染物方面表现出优异的吸附性能,可以作为一种有效的吸附剂应用于水处理领域。