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在环境修复中,生物炭被广泛用于土壤改良。此外,生物炭具有较大的比表面积,丰富的官能团和较高的氧化还原电位,对污染物有较强的吸附能力,在污染物的化学转化过程中有很重要的影响。目前,关于生物炭处理污染的研究主要集中在对生物炭进行修饰,如负载Fe3O4纳米颗粒、零价铁颗粒等等。有关生物炭吸附去除污染物的研究很多,然而,对于生物炭在环境中影响污染物的传化的研究很少。本研究表明,生物炭在自然环境中对低浓度的Cr(Ⅵ)有较为明显的吸附去除作用,同时,环境中广泛存在的Fe(Ⅲ)离子在生物炭去除Cr(Ⅵ)的过程中可以起到电子传递体的作用,从而加强生物炭对Cr(Ⅵ)的去除。通过批量实验,本研究考察了Fe(Ⅲ)的浓度、不同热解温度制得的生物炭、初始pH、以及生物炭剂量对环境中“BC-Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅵ)”三元系去除Cr(Ⅵ)的影响。实验主要结论有:(1)核桃壳生物炭表面粗糙,遍布大小不一的微孔,内部为导管结构,呈褶皱状。其比表面积和孔体积相对较大,并随着制备过程中生物质热解温度的升高而增大,在500-700℃下热解生成的生物炭的比表面积在400 m2g-1以上。核桃壳生物炭表面具有丰富的官能团,包括-OH,-CHO,C=O,-COO-和芳香环等。不同热解温度制备的核桃壳生物炭表面的官能团种类及丰度都有区别,在较高温度下制备的生物炭表面官能团种类更多,丰度更强。Zeta电位显示,生物炭在水溶液中的等电点为2.9,即pH大于2.9时,其Zeta电位为负;通过对生物炭的表征发现,核桃壳生物炭具有较好的理化性能,适合用于去除重金属污染物;(2)Fe(Ⅲ)可有效加强生物炭对Cr(Ⅵ)的去除。在Fe(Ⅲ)存在的情况下,生物炭的去除效率要比Fe(Ⅲ)不存在时至少高20%。此外,Fe(Ⅲ)可加快生物炭对Cr(Ⅵ)的去除;(3)较高热解温度下制备的的生物炭对Cr(Ⅵ)去除效率更高。同时,Fe(Ⅲ)对较高温度下制备的生物炭去除Cr(Ⅵ)的加强作用更明显。Fe(Ⅲ)对BC300、BC400去除Cr(Ⅵ)的效率提升5%左右,而对BC500、BC600、BC700去除Cr(Ⅵ)的效率至少提升20%。在一定范围内,“生物炭-Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅵ)”对Cr(Ⅵ)的去除效率随着生物炭浓度增大而升高;当生物炭浓度过大时,去除效率则降低,可能是因为生物炭过多时会出现团聚。(4)Fe(Ⅲ)对生物炭去除Cr(Ⅵ)的促进作用随着Fe(Ⅲ)浓度的升高而升高,在Fe(Ⅲ)浓度为1000μg L-1时,在2h内,生物炭对Cr(Ⅵ)的去除率可达到60%,在12h时,去除率为80%,表明高浓度Fe(Ⅲ)可在短时间内有效降低水体中Cr(Ⅵ)浓度。(5)在酸性条件下(pH≤5.0),“生物炭-Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅵ)”三元系对铬的去除更有效,Cr(Ⅵ)的去除率随着pH的升高而降低。在中性或碱性条件下(pH≥6.0),“生物炭-Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅵ)”三元系对Cr(Ⅵ)的去除效率变化不大,可能是因为在中性或碱性条件下,Fe(Ⅲ)会形成Fe(OH)3沉淀,在生物炭去除Cr(Ⅵ)的过程中不发挥作用。(6)Fe(Ⅲ)在生物炭和Cr(Ⅵ)之间起电子传递体的作用,其对生物炭去除Cr(Ⅵ)的加强作用机制为:Fe(Ⅲ)被生物炭吸附在表面,并被还原为Fe(II)。一部分Fe(II)被释放到了溶液中,另一部分被生物炭吸附在其表面。Cr(Ⅵ)被溶液中的Fe(II)还原为Cr(Ⅲ)。同时Fe(II)被氧化为Fe(Ⅲ)。Fe(Ⅲ)可以重新被吸附到生物炭表面,并再次充当电子传递体。