改性污泥基生物炭的制备及其对Cd 2+ 的吸附特性研究
发布时间：2020-12-24 08:48
为了提高废水中Cd2+的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭（BC300和BC500）并用NaOH进行改性（NC300和NC500）。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd2+的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd2+的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd2+的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd2+的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。
【文章来源】：能源环境保护. 2020年04期
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
污泥基生物炭(BC300(a)、BC500(b))和改性污泥基生物炭(NC300(c)、NC500(d))的SEM图
准一级和准二级动力学拟合参数如表2所示。准一级反应动力学模型假定吸附过程以物理扩散为主，准二级反应动力学模型假定吸附过程包括两个部分:物理扩散过程和化学吸附过程[33]。四种污泥基生物炭的准二级动力学方程的拟合相关系数R2均大于准一级动力学方程的R2，同时由准二级动力学方程计算出的Cd2+的理论平衡吸附量更接近实际平衡吸附量。因此，准二级动力学拟合效果更佳。说明污泥基生物炭的吸附过程以化学吸附为主要控制步骤。戴亮等[34]研究表明，准二级动力学方程包括了外部液膜扩散、表面吸附和粒子的内部扩散等吸附的所有过程，能够全面的反映污泥基生物炭对于Cd2+的吸附动力学机制。2.4.2 吸附等温线
利用FTIR对改性前后污泥基生物炭的表面官能团进行分析，结果如图2所示。在3 650～3 200 cm-1范围内出现的是O-H伸缩振动的特征峰，可以作为判断酚类、醇类和有机酸类是否存在的重要依据[23]。改性前后污泥基生物炭在3 436 cm-1附近都有明显宽阔而强烈的吸收峰，说明污泥基生物炭具有较明显的O-H基官能团，有利于发生离子交换吸附[24]。在2 925 cm-1处吸收峰为饱和烃CH2反对称伸缩振动[25]。若有电负性的原子与CH2基团连接时，CH2的伸缩振动会移动到高频。在2 928 cm-1的范围内，NC500的吸收峰数量明显多于BC500。在1 700 cm-1和1 636 cm-1附近的峰为-COOH中C=O的伸缩振动峰，NC500的吸收峰较BC500更尖锐，表明在500℃下碱改性后C=O增多，容易和Cd2+发生络合作用[26]。在1 500～1 400 cm-1范围内，是由芳环的C=C伸缩振动引起的，说明生物炭具有较高的芳香性和稳定性。在1 300～1 000 cm-1范围内表示C-O的伸缩振动，改性后C-O的峰值增加[27]。随着温度的升高，600 cm-1处的C-H苯环衍生物峰的位置和强度都发生了变化，这表明随着温度的升高，污泥基生物炭中的芳香C-H结构的存在形态和含量发生了改变。Chen[28]等人的研究发现作为电子供体的芳香结构与溶液中的Cd2+产生阳离子-π的配键作用有利于Cd2+的吸附。2.4 吸附实验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈水中重金属的污染来源和危害及去除方法[J]. 侯秀娟. 饮料工业. 2019(05)
[2]生物炭的主要改性方法及其在污染物去除方面的应用[J]. 孙越,严晓菊,张延,杜薇,鲁金凤. 当代化工. 2019(08)
[3]污泥衍生生物炭研究进展[J]. 范皓翔,院士杰,戴晓虎. 净水技术. 2019 (03)
[4]两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制[J]. 毛明翠,刘畅,曹静,刘宝康,张志东. 环境与发展. 2019(01)
[5]我国城镇污泥处理处置产业化现状、发展及激励政策需求[J]. 薛重华,孔祥娟,王胜,薛茂,魏亮亮,赵冠舒,宋旭刚. 净水技术. 2018(12)
[6]改性生物炭对水体中头孢噻肟的吸附机制[J]. 吴鸿伟,陈萌,黄贤金,苏宗杰,孙泰龙,谭晓燕,冯启言. 中国环境科学. 2018(07)
[7]不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd2+的吸附特性[J]. 戴亮,任珺,陶玲,陈琛. 环境工程学报. 2017(07)
[8]水污染防治行动计划[J]. 周宏春. 绿色中国. 2017(08)
[9]不同热解温度污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性[J]. 郑凯琪,王俊超,刘姝彤,薛红波,吴继阳,刘天宇,尹微琴,王小治. 环境工程学报. 2016(12)
[10]污泥基生物炭吸附重金属Cd的动力学和热力学[J]. 范世锁,李雪,胡凯,李龙飞,张俊森. 环境工程学报. 2016(10)
本文编号：2935351
【文章来源】：能源环境保护. 2020年04期
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
污泥基生物炭(BC300(a)、BC500(b))和改性污泥基生物炭(NC300(c)、NC500(d))的SEM图
准一级和准二级动力学拟合参数如表2所示。准一级反应动力学模型假定吸附过程以物理扩散为主，准二级反应动力学模型假定吸附过程包括两个部分:物理扩散过程和化学吸附过程[33]。四种污泥基生物炭的准二级动力学方程的拟合相关系数R2均大于准一级动力学方程的R2，同时由准二级动力学方程计算出的Cd2+的理论平衡吸附量更接近实际平衡吸附量。因此，准二级动力学拟合效果更佳。说明污泥基生物炭的吸附过程以化学吸附为主要控制步骤。戴亮等[34]研究表明，准二级动力学方程包括了外部液膜扩散、表面吸附和粒子的内部扩散等吸附的所有过程，能够全面的反映污泥基生物炭对于Cd2+的吸附动力学机制。2.4.2 吸附等温线
利用FTIR对改性前后污泥基生物炭的表面官能团进行分析，结果如图2所示。在3 650～3 200 cm-1范围内出现的是O-H伸缩振动的特征峰，可以作为判断酚类、醇类和有机酸类是否存在的重要依据[23]。改性前后污泥基生物炭在3 436 cm-1附近都有明显宽阔而强烈的吸收峰，说明污泥基生物炭具有较明显的O-H基官能团，有利于发生离子交换吸附[24]。在2 925 cm-1处吸收峰为饱和烃CH2反对称伸缩振动[25]。若有电负性的原子与CH2基团连接时，CH2的伸缩振动会移动到高频。在2 928 cm-1的范围内，NC500的吸收峰数量明显多于BC500。在1 700 cm-1和1 636 cm-1附近的峰为-COOH中C=O的伸缩振动峰，NC500的吸收峰较BC500更尖锐，表明在500℃下碱改性后C=O增多，容易和Cd2+发生络合作用[26]。在1 500～1 400 cm-1范围内，是由芳环的C=C伸缩振动引起的，说明生物炭具有较高的芳香性和稳定性。在1 300～1 000 cm-1范围内表示C-O的伸缩振动，改性后C-O的峰值增加[27]。随着温度的升高，600 cm-1处的C-H苯环衍生物峰的位置和强度都发生了变化，这表明随着温度的升高，污泥基生物炭中的芳香C-H结构的存在形态和含量发生了改变。Chen[28]等人的研究发现作为电子供体的芳香结构与溶液中的Cd2+产生阳离子-π的配键作用有利于Cd2+的吸附。2.4 吸附实验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈水中重金属的污染来源和危害及去除方法[J]. 侯秀娟. 饮料工业. 2019(05)
[2]生物炭的主要改性方法及其在污染物去除方面的应用[J]. 孙越,严晓菊,张延,杜薇,鲁金凤. 当代化工. 2019(08)
[3]污泥衍生生物炭研究进展[J]. 范皓翔,院士杰,戴晓虎. 净水技术. 2019 (03)
[4]两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制[J]. 毛明翠,刘畅,曹静,刘宝康,张志东. 环境与发展. 2019(01)
[5]我国城镇污泥处理处置产业化现状、发展及激励政策需求[J]. 薛重华,孔祥娟,王胜,薛茂,魏亮亮,赵冠舒,宋旭刚. 净水技术. 2018(12)
[6]改性生物炭对水体中头孢噻肟的吸附机制[J]. 吴鸿伟,陈萌,黄贤金,苏宗杰,孙泰龙,谭晓燕,冯启言. 中国环境科学. 2018(07)
[7]不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd2+的吸附特性[J]. 戴亮,任珺,陶玲,陈琛. 环境工程学报. 2017(07)
[8]水污染防治行动计划[J]. 周宏春. 绿色中国. 2017(08)
[9]不同热解温度污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性[J]. 郑凯琪,王俊超,刘姝彤,薛红波,吴继阳,刘天宇,尹微琴,王小治. 环境工程学报. 2016(12)
[10]污泥基生物炭吸附重金属Cd的动力学和热力学[J]. 范世锁,李雪,胡凯,李龙飞,张俊森. 环境工程学报. 2016(10)
本文编号：2935351
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