【摘 要】
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外来植物入侵已成为全球性的生态环境问题,其对生物多样性、社会经济发展和人类健康构成了严重威胁。在工业活动中,含有重金属的废水排放造成了严重的水体重金属污染。由于生物炭具有丰富的表面含氧官能团、发达的孔隙结构和高比表面积等特性,能够较好吸附水体重金属,受到国内外研究者的广泛关注。利用入侵植物制备生物炭吸附污染水体中的重金属,可为入侵植物的资源化利用提供一种新途径,实现废物再利用,同时可为重金属污染水
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.U1701236); 广东省高层次人才项目
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外来植物入侵已成为全球性的生态环境问题,其对生物多样性、社会经济发展和人类健康构成了严重威胁。在工业活动中,含有重金属的废水排放造成了严重的水体重金属污染。由于生物炭具有丰富的表面含氧官能团、发达的孔隙结构和高比表面积等特性,能够较好吸附水体重金属,受到国内外研究者的广泛关注。利用入侵植物制备生物炭吸附污染水体中的重金属,可为入侵植物的资源化利用提供一种新途径,实现废物再利用,同时可为重金属污染水体治理提供技术支持。本研究以五种华南地区常见入侵植物为研究对象,分别在300℃、500℃、700℃下制备了三叶鬼针草生物炭(BBC300、BBC500、BBC700)、假臭草生物炭(EBC300、EBC500、EBC700)、五爪金龙生物炭(IBC300、IBC500、IBC700)、薇甘菊生物炭(MBC300、MBC500、MBC700)和马缨丹生物炭(LBC300、LBC500、LBC700),并通过元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)等方法研究其理化性质;对筛选出的生物炭BBC500、EBC500、IBC500、MBC500和LBC500对水溶液中Cd2+、Cu2+的吸附特性进行研究。研究结果如下:(1)热解温度对各种入侵植物源的生物炭理化性质影响差异较大。随着热解温度的升高,五种入侵植物生物炭的产率逐渐降低;灰分逐渐积累(13.35~38.26%);p H值逐渐升高且均呈碱性(7.97~12.00);O/C、H/C比值均逐渐下降;比表面积除LBC700为15.82 m~2/g外均比较小;阳离子交换量(CEC)逐渐增大,其中LBC700的CEC值最大为210.38 cmol/kg;入侵植物生物炭富含草酸盐、氯化钾、碳酸盐或碳酸氢盐等矿物晶体成分。其中MBC700的灰分(38.26%)和p H值(p H=12.00)均比较高。(2)五种入侵植物生物炭对Cd2+、Cu2+的吸附特性符合Langmuir和Freundlich模型。准二级动力学模型均能够较好的描述五种生物炭对Cd2+和Cu2+的吸附动力学过程,均以化学吸附为主。Langmuir模型能更好的描述BBC500和EBC500对Cd2+的吸附,EBC500、IBC500和MBC500对Cu2+的吸附;Freundlich模型能更好的描述IBC500、MBC500和LBC500对Cd2+的吸附,BBC500和LBC500对Cu2+的吸附。五种生物炭对Cd2+的最大吸附量顺序为BBC500>EBC500>MBC500>IBC500>LBC500;五种生物炭对Cu2+的最大吸附量顺序为BBC500>MBC500>IBC500>LBC500>EBC500。其中三叶鬼针草生物炭(BBC500)对Cd2+和Cu2+的吸附量最大(167.65 mg/g,65.55 mg/g)。因此,三叶鬼针草生物炭用于修复水溶液中Cd2+和Cu2+污染具有较大的应用潜力。
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