南荻炭生物-化学改性技术的筛选及其对Cd的吸附性能研究

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镉(Cd)污染是一个普遍存在的环境问题,严重威胁着生态环境和资源的可持续利用。生物炭因其较大的比表面积,发达的孔隙结构、丰富的表面官能团等优点,在Cd吸附应用方面极具潜力。生物炭改性能很好地提升综合品质,生物改性因改性效果好、过程简单且不会造成二次污染、能规模化改性生产等优点广受关注。本研究以生物改性为主,选用接种液体南荻菇菌种的南荻菌渣、枯草芽孢杆菌发酵菌剂腐熟的南荻腐熟质、南荻秸秆(对照)作为生物质原料,在不同热解温度下用管式炉制备出不同的改性南荻生物炭。测定了不同改性南荻炭各项理化指标,筛选出优质南荻炭改性技术。设计了改性南荻炭Cd2+吸附实验,进一步研究了不同改性南荻炭在不同热解温度、Cd2+溶液初始p H值、Cd2+溶液初始浓度条件下对Cd2+的吸附效果,并用等温吸附模型进一步分析吸附机理。主要结论如下:(1)随着改性南荻炭热解温度的升高,出炭率逐渐降低,不同改性南荻炭出炭率的平均值由350℃的37.3%下降到650℃的28%;灰分、p H逐渐增大,不同改性南荻炭灰分、p H的平均值由350℃的(15.4%,7.2)上升到650℃的(19.7%,8.7);碱性官能团数量不断增加,不同改性南荻炭碱性官能团含量的平均值由350℃的0.432 mmol/g上升到650℃的0.725 mmol/g;比表面积逐渐增大,不同改性南荻炭比表面积的平均值由350℃的2.2 m~2/g上升到650℃的169m~2/g。(2)在灰色系统分析过程中,本研究选取了8项评价指标并运用独立性权数法确定了权重系数,变幅为0.1104~0.1651,其中除了出炭率(权重0.1651)、灰分(权重0.1335)、比表面积(权重0.1257)外的其他5项指标间的差异不大;综合分析认为,650℃生物+化学改性南荻菌渣炭最接近理想指标。(3)在吸附Cd2+溶液实验过程中,随着改性南荻炭热解温度、吸附时间、Cd2+溶液初始p H、Cd2+溶液初始浓度的升高,Cd2+的吸附量显著增加。不同改性南荻炭Cd吸附量的平均值由350℃的11.8 mg/g上升到650℃的44.7 mg/g。(4)21种改性南荻炭与其Cd吸附量的线性回归分析结果表明,不同改性南荻炭的Cd吸附量与其灰分、p H值、比表面积和碱性官能团含量呈显著正相关(p<0.05),与出炭率、羧基含量、酚羟基含量、内脂基含量呈显著负相关(p<0.05)。
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