微波生物炭制备及其对铜、铅和镉吸附行为和机理研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 近年来，随着矿山开采、重金属冶炼加工、化工企业规模扩大，由重金属废水排放 而导致的水体中重金属含量超标问题越来越严重。生物炭是一种生物质在限氧环境下热 解产生的多孔炭质材料。生物炭材料来源广泛、绿色经济以及特有结构和性质对吸附去 除环境中重金属具有很大的潜力。 试验利用小麦秸秆生物质和过氧化氢（H O ）预处理小麦秸秆生物质分别制备了 2 2 WM 型微波生物炭（WM100 、WM200 、WM300 、WM400 、WM500 、WM600 ）和HPWM 型微波生物炭（HPWM100 、HPWM200 、HPWM300 、HPWM400 、HPWM500 、HPWM600 ）， 并利用制备的微波生物炭探究对 Cd2+ 、Pb2+与 Cu2+ 的吸附性能及机理。通过扫描电镜、 傅里叶红外光谱仪、孔径与比表面积分析仪、热重分析仪、X 射线衍射仪和 Beohm 滴定 + + 2+ 法对生物炭的理化性质进行了分析，考察了制备功率、金属离子(Na 、K 、Ca ) 、pH 值对生物炭吸附影响，研究了微波生物炭对 Pb2+ 、Cd2+和 Cu2+ 的吸附动力学、等温吸附 特性。试验结果表明： （1）制备 WM 型生物炭的功率越高，生物炭比表面积、最可几直径越大，孔隙结 构越发达，产率更低。HPWM 型生物炭比表面积和最可几直径要高于相同条件下制备的 WM 型生物炭，产率要低于 WM 型生物炭。随着制备功率升高，HPWM 型生物炭孔容 3 3 积（0.0018~0.1309 cm /g ）略高于WM 型生物炭（0.0015~0.0741 cm /g ），随着功率增大 而增大。 （2 ）生物炭酸性官能团总量随着制备功率升高而下降，HPWM 型生物炭不仅有 WM 型炭的羧基、羰基和醚键等含氧官能团，而且出现了较为明显羧酸盐官能团峰。 HPWM 型炭热稳定性要低于 WM 型炭；WM 型和 HPWM 型生物炭在 18~30°左右有着 纤维素 002 晶面造成的弥散峰以及在25°和 40°以后出现尖锐的无机盐类衍射峰。 （3 ）几种生物炭对重金属吸附动力学数据均较符合伪二级动力学方程 2 0 （ ），等温试验数据均符合Langmuir 等温模型（q bq C / (1=+bC ) ）； q =K q t/(1+K q t) e e e t 2 e 2 e WM 型生物炭对重金属最佳吸附容量分别为（Pb ：137.36mg/g ，Cd ：52.92mg/g ，Cu ： 30.29mg/g ），HPWM 型生物炭对重金属最佳吸附容量分别为（Pb ：68.17mg/g ，Cd ： 198.82mg/g ，Cu ：67.80mg/g ）； （4 ）pH 值对两类微波生物炭吸附重金属影响较大，Cu2+ 、Cd2+和 Pb2+ 的最佳pH 值 分别为 5、6 和 6，pH 值较低抑制生物炭吸附，pH 值较高使得重金属离子形成络合沉淀 I 山东建筑大学硕士学位论文 + + 2+ 不利于吸附；Na 、K 和 Ca 不利于生物炭对三种重金属离子吸附。 （5 ）微波生物炭吸附Pb2+ 、Cd2+和 Cu2+机理主要有静电吸引、表面络合、沉淀和阳 离子交换。络合和沉淀受生物炭表面官能团种类和数量影响较大，静电吸引和阳离子交