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本文以水葫芦为研究对象,制备成不同碳化温度的水葫芦碳,使用化学分析方法和光谱表征技术分析水葫芦碳的组成结构及物理化学性能;重点研究了水葫芦碳吸附重金属镉的性能和机理,搞清不同裂解温度生物碳对镉的快慢吸附过程;探讨了灰分对水葫芦碳吸附镉的影响。通过研究,为水葫芦碳在吸附重金属方面的应用提供了重要的理论基础。这给当前面临的两大水环境难题:水葫芦泛滥和水体重金属污染,提供了新的解决途径。主要结论如下:(1)水葫芦生物碳对镉的吸附能力:各种温度下制备所得生物碳均有较强吸附能力,去除率最高99.24%,平均94.71%。考虑节能因素,300℃制备所得水葫芦碳性价比最高。与其他生物碳(稻杆、玉米秸秆等生物碳需要500℃以上)相比,保持高去除率的前提下,水葫芦碳制备温度较低,从而有利于节能。(2)产率:WH300(WH表示水葫芦生物碳,后缀数字表示制备温度,下同)产率最高46.59%,WH700产率最低28.20%,制备温度增加,产率下降。(3)pH值:制备温度增加,pH值上升,WH300的pH值最低(7.98),WH700的pH值最高(11.54)。(4)灰分、比表面积等:WH300灰分含量最低15.89%,WH700灰分含量最高37.25%,制备温度增加,灰分含量上升;随温度升高碳的芳香性增加、极性减小、亲水性下降,比表面积和总孔体积不断增加,逐渐向微孔转化,至发达的微孔结构。(5)Cd吸附机制:对镉的吸附动力学模型属于准二级动力学模型;镉与WH300主要是与表面碱性官能团(羟基、羧基及羰基等)发生络合作用,镉与WH500及WH700主要是与矿物组分(灰分)生成沉淀化合物;当pH值逐渐增加,水葫芦碳对镉的去除率提高;对镉的等温吸附线属Langmuir型。(6)水葫芦碳不需要去除灰分:WH300、WH500和WH700的平均去除率为:94.15%、93.51%和96.46%,去灰分后,DWH300、DWH500和DWH700的平均去除率为:96.41%、53.10%和21.35%,DWH500与DWH700的去除率比去灰分前下降43.22%和77.86%。水葫芦碳吸附重金属镉具有较高的去除率,表明水葫芦碳对重金属镉有良好去除效果,并且表明在较低温度下也能够制备得到吸附性能良好的水葫芦生物碳;水葫芦碳去除灰分后去除效果下降,在实际应用中,可以省却去灰分工序,从而节约成本。