高含碳量铋基生物炭吸附亚甲基蓝的性能与机理研究

来源 :广西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weiyuan2009
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铋基生物炭因具有来源丰富、易制备、活性高等优点,在亚甲基蓝染料废水治理中受到广泛关注。目前,铋基生物炭的研究多集中于反应条件和铋的负载对铋基生物炭吸附亚甲基蓝能力的影响研究,对于生物炭载体自身性质对铋基生物炭吸附能力的影响研究报道较少。因此,本文提出从生物炭含碳量的角度出发,探究其对铋基生物炭吸附亚甲基蓝性能的影响,并使用高含碳量生物炭作为载体,负载氧化铋,制备高含碳量铋基生物炭用于吸附亚甲基蓝,阐明其吸附作用机理。主要结论如下:(1)以3种不同含碳量的生物炭作为载体,即榉木生物炭(WBC,含碳量82.4%)、玉米芯生物炭(CBC,含碳量60.86%)、竹炭(BBC,含碳量63.95%),将氧化铋(Bi2O3)分别负载于表面,制备成不同含碳量铋基生物炭。它们对亚甲基蓝(MB)的吸附率大小排序为:铋基榉木生物炭(Bi@WBC)>铋基竹生物炭(Bi@BBC)>铋基玉米芯生物炭(Bi@CBC)。(2)通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、X衍射光谱和比表面与孔隙度分析仪等表征手段以及相关性分析,表明生物炭载体的含碳量越高,其比表面积和孔容更大,更有利于Bi2O3的负载,进而提升对MB的吸附性能。(3)对Bi@WBC的制备条件进行优化,单因素实验表明,Bi3+与生物炭的最佳浸渍质量比为0.1:1,最佳升温速率为10℃/min,最佳热解温度为400℃。响应面法优化Bi@WBC的制备条件为热解温度为468℃,热解速率为10℃/min,浸渍质量比为Bi3+:C=0.1:1,制备的Bi@WBC生物炭对100m L、100 mg/L MB的吸附率可达94%。(4)在最佳条件下制备的Bi@WBC在pH为中性或碱性条件下对MB的吸附率最高;随着温度的升高,Bi@WBC对MB的吸附量与吸附吸附速率均有所提升。最后,Bi@WBC对阳离子染料具有很好的吸附性能。(5)吸附动力学实验中,Bi@WBC对MB的吸附过程可用拟二级动力学、Elovich、Bangham动力学模型模拟,说明Bi@WBC对MB的吸附过程是化学吸附,存在着显著的孔道扩散控制吸附过程。吸附等温线与热力学实验中,Langmuir模型更适合模拟Bi@WBC对MB的吸附过程,表明吸附过程为单分子层吸附,在298 K时,最大吸附量为259 mg/g。(6)通过对Bi@WBC吸附MB前后的样品表征分析表明,Bi@WBC对MB的吸附机制主要为化学吸附作用。通过拉曼光谱分析,Bi@WBC存在更多石墨碳结构。通过对Bi@WBC吸附MB的降解产物分析,推测Bi@WBC吸附降解MB的途径可能有两种:一种是MB去甲基化后产生大量中间产物,经过一系列降解反应后矿化成小分子量的有机物;另一种可能的途径是Bi-O官能团中的O与生物炭表面生成的OH-攻击MB生成多羟基化合物。
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