造纸污泥生物炭对水中阴离子污染物的去除作用及机制

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyantong7
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生物炭是一种是由生物质在无氧或限氧的条件下经过热解制备而成的高碳含量固体,对水中重金属、有机污染物等具有较好的吸附去除能力,且成本低廉,被认为是一种高效的环境多功能材料。然而,由于生物炭固体表面具有较强的负电性,对水中阴离子污染物的吸附效果并不理想,限制其应用。研究表明,金属盐或金属氧化物改性生物炭可提升其吸附阴离子污染物的能力。本论文提出选用含金属盐的废弃生物质——造纸污泥作为原料,碳化一步法制备得到金属改性造纸污泥生物炭,以磷酸盐及六价铬作为阴离子污染物的代表,评价其对水中阴离子污染物的吸附能力,并研究其吸附机制。主要研究结论如下:(1)通过碳化一步法制备铁改性生物炭复合材料造纸污泥生物炭,能有效的去除水中的磷酸盐和六价铬,保护水环境安全。吸附动力学实验显示,造纸污泥生物炭对磷酸盐及六价铬的吸附平衡时间分别为36h和120h,均可用准二级动力学模型拟合,表明吸附过程主要受化学吸附控制;吸附等温线研究显示,造纸污泥生物炭对磷酸盐和六价铬的吸附均属于非线性吸附,可用Langmuir吸附等温模型拟合。两中污染物在造纸污泥生物炭上的最大饱和吸附量分别为25.19mg/g、13.87mg/g。此外,造纸污泥生物炭具有较强磁性,吸附污染物后可以借助外加磁场进行有效的固液分离。(2)环境条件对造纸污泥生物炭去除两种污染物的影响较大。高p H值下有利于吸附剂对磷酸盐的去除,低p H值下则有利于吸附剂对六价铬的去除。共存阴离子浓度增加抑制磷酸盐和六价铬的吸附,对于磷酸盐抑制作用大小顺序为:HCO3->NO3->Cl-;对于六价铬抑制作用大小顺序为:CO32->NO3->Cl-。两种污染物的去除效果随着环境温度的升高而增加,说明两者的吸附过程均为自发的吸热过程,环境温度升高有利于造纸污泥生物炭对磷酸盐和六价铬的吸附。(3)吸附机制研究表明:造纸污泥生物炭表面的铁氧化物可作为活性吸附位点在吸附磷酸盐和六价铬方面发挥重要作用。此外,当溶液p H<p Hpzc时,吸附剂表面的基团由于质子化作用而带正电,减少静电排斥作用,提升磷酸盐的吸附去除。
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