【摘 要】
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污泥,作为污水的各级处理过程中产生的副产物,随着人口数量的增加和工业活动的多样化,其产量也逐渐增加。污泥本身成分复杂,组成中含有有毒有害物质,考虑到安全要求和循环经济的紧迫性,污泥的无害化和减量化是一个必须面对的环境问题。近年来,利用污泥制备污泥生物炭（SSBC）来作为水体中重金属的吸附剂已经成为一种提升污泥价值并减少其处理处置成本的资源化利用手段。但是,因为SSBC本身的官能团含量少、比表面积不
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污泥,作为污水的各级处理过程中产生的副产物,随着人口数量的增加和工业活动的多样化,其产量也逐渐增加。污泥本身成分复杂,组成中含有有毒有害物质,考虑到安全要求和循环经济的紧迫性,污泥的无害化和减量化是一个必须面对的环境问题。近年来,利用污泥制备污泥生物炭（SSBC）来作为水体中重金属的吸附剂已经成为一种提升污泥价值并减少其处理处置成本的资源化利用手段。但是,因为SSBC本身的官能团含量少、比表面积不够大,其吸附性能受限制。本研究以污泥的资源化利用为出发点,针对SSBC去除水中重金属能力有待提高的现状,以城市污水处理厂的脱水污泥为原料,通过热解法制备了SSBC,并通过共沉淀方法将羟基磷灰石（HAP）负载于SSBC上得到了羟基磷灰石改性污泥基生物炭（HAP-SSBC）,作为一种新型、高效的吸附剂用于水中Cu2+和Cd2+的吸附,具体工作和结果如下:（1）采用热解法制备了SSBC,之后用共沉淀方法制备了HAP和不同SSBC添加量的HAP-SSBC复合样品,结果表明,复合样品对Cu2+和Cd2+的吸附能力均远高于单纯的SSBC和HAP样品。且SSBC添加量为1.5 g时,HAP-SSBC样品吸附性能最高。SEM、EDS、XRD和BET表征结果显示HAP-SSBC已经被成功制备出来,且具有良好的表面特性。EDS和XRD结果表明HAP已经成功负载在SSBC上。SEM结果显示,HAP-SSBC的形貌更加地粗糙和分散。BET结果表明HAP-SSBC拥有比SSBC更大的比表面积和总孔体积,为对Cu2+和Cd2+的吸附提供了良好的场所。Zeta电位结果表明,HAP-SSBC拥有较低的零电位点,这更有利于吸附水中Cu2+和Cd2+。（2）吸附达到平衡时,HAP-SSBC的吸附量远远地高于SSBC。HAP-SSBC对100 mg/L的Cu2+的吸附量达到了88.66 mg/g,对Cd2+的吸附量达到93.33 mg/g,分别是SSBC的近15和8倍。动力学拟合结果显示,HAP-SSBC对两者的吸附主要是化学吸附过程,进一步地研究显示,液膜扩散是吸附过程的限速步骤。溶液的初始p H对Cu2+和Cd2+在HAP-SSBC上的吸附能力影响不大,升高p H还会增加HAP-SSBC对二者的吸附量,这表明HAP-SSBC拥有较广的p H适用性。（3）等温线实验表明,在15、25、35和45℃时,Langmiur等温模型最能够表达HAP-SSBC对Cu2+和Cd2+的吸附过程,说明在吸附时,HAP-SSBC的吸附是单层均匀的,重金属离子之间没有相互作用。在25℃时,HAP-SSBC对Cu2+的最大吸附量达89.93 mg/g,而对Cd2+的为114.68 mg/g,远高于一些同类型的吸附材料。热力学分析显示Cu2+和Cd2+在HAP-SSBC上的吸附过程是一种可自发进行的吸热的反应过程,温度的升高利于增强HAP-SSBC对Cu2+和Cd2+的结合。二者之间的竞争吸附实验结果表明,Cu2+和Cd2+会互相抑制对方的吸附,且在二者共存的系统中Cu2+更占优势。（4）HAP-SSBC在吸附前后的XRD、FT-IR和XPS结果揭示了HAP-SSBC吸附Cu2+和Cd2+的可能机制。表征结果显示,吸附的机理主要是离子交换,即Cu2+和Cd2+部分地或者完全地替换掉HAP-SSBC晶胞中的Ca2+。此外,Cu2+和Cd2+与HAP-SSBC表面的-OH和-COOH发生表面络合,或者与芳香性的C=C结合形成Cu-π和Cd-π也是其去除机制。HAP-SSBC表面的带负电荷的官能团也会通过静电吸引来去除水中的Cu2+和Cd2+。
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