微纳米生物炭EPS冠的形成、结构与重金属吸附性能研究.pdf

摘要

摘要

微纳米生物炭进入水体环境后，易被微生物分泌的游离态胞外聚合物

EPS-EPS

（）附着，形成微纳米生物炭冠，从而影响其对重金属的吸附与累积

能力，进而导致生态毒性风险增加的可能性。本文从室内与自然水体着手，考

察微纳米生物炭-EPS冠的形成及其对重金属吸附性能及其评价，其主要研究和

内容如下：

（1）研究灌木枝生物炭（SBC）和小麦秸秆生物炭（WBC）在450℃和

650℃高温热解后制备S450、W450和W650三种微纳米生物炭，吸附大肠杆

EPS-EPSBETSEMFTIRXRD

菌提取的，形成微纳米生物炭冠，并运用、、、、

XPS等对其进行表征分析。结果表明，EPS冠的形成与材料自身的特性有很大

的相关性，同种温度下W450具有更大的孔径（39.52nm），更稳定的Zeta电

29.3mVEPSW650EPS

位（）；同种材料温度越高附着量越高，最高附着量

（286.9mg/g）。XPS表征分析表明EPS冠的形成增加了NH和CONH等

2

N相关基团，有助于重金属的吸附。

2-EPSPb2+Ni2+

（）室内实验微纳米生物炭冠极大提高了生物炭对和的吸

2+

附能力，特别是对Pb，均在90mg/g以上。在多种重金属竞争吸附时，

2+2+

W650-EPS冠显示出对Pb和Ni更高的吸附性能。XPS等分析表明，微纳米

-EPSππ

生物炭冠的重金属吸附机制主要是络合沉淀、键和静电吸引。重金属

吸附能力增加，导致了微纳米生物炭-EPS冠对水生物的毒性也随之增加，其中

2+

W650-EPS对Cd的累积毒性最高，大肠杆菌的死亡率达到了88%。

3-EPS

（）研究自然水体中微纳米生物炭冠的形成、组分特征以及其吸附

性能。结果表明，环境影响因子是通过影响游离态EPS种类成分及含量，进而

影响微纳米生物炭-EPS冠的形成，其中水体温度和COD的对其影响最为显

Mn

Pb2+Ni2+Pb2+Ni2+125.27

著；对单金属和以及多金属溶液、的吸附量分别为

mg/g、66.71mg/g、162.13mg/g和86.34mg/g，均高于室内对应的吸附量92.35

mg/g、29.65mg/g，121.86mg/g和40.69mg/g；SB-EPS形成的微纳米生物炭-

EPSPb2+Ni2+Pb2+Ni2+36.49mg/g27.42

冠对、和多金属溶液、的吸附量为