随着城市化和工业化的快速发展,大量含有重金属离子的生活污水和工业废水排入河海以及地下水中,铜作为毒性最大的重金属离子之一,过多的铜离子不仅会影响动植物的生长,而且对人体的健康产生一定的危害。农林废弃物等生物质制备的生物炭吸附剂是一种很有前途的重金属处理替代剂,同时降低了制备和运行成本。农林废弃物中核桃壳具有较大比表面积的离子交换性,不用经过加工制备成活性炭就可发生物理吸附和化学吸附,而且原始核桃壳又可以经过进一步改性提高吸附Cu2+的能力。通过等离子体改性法对原始核桃壳进行改性可以提高核桃壳对铜离子的化学吸附能力,从而有利于水中重金属铜离子的去除。本文通过对原始核桃壳在超细水雾氛围下进行介质阻挡放电低温等离子体改性,并对改性前后的核桃壳进行铜离子吸附研究,研究了不同改性时间(5、7.5、10、12.5、15、30 min),不同超细水雾流量(0.5、1.5、3 g/min),不同吸附接触时间(10、20、30、40、60、90、120 min)下改性核桃壳对铜离子的吸附能力,此外还研究了 pH、核桃壳吸附-脱附循环再生后对铜离子的吸附能力。分析铜离子在原始核桃壳和改性核桃壳上的吸附等温线模型选择Langmuir等温线模型,原始核桃壳和改性核桃壳吸附铜离子的数据符合Langmuir等温线模型(R2的值在0.927-0.994范围内),表明铜离子在原始核桃壳和改性核桃壳表面的吸附是均匀的单层吸附过程。分析铜离子在原始核桃壳和改性核桃壳上的动力学过程,建立三种动力学模型:准一级模型(Pseudo-first-order model)、准二级模型(Pseudo-second-order model)和韦伯-莫里斯模型(Weber-Morris model),由结果可知准二级模型可以充分描述吸附过程,由此可知铜离子在原始核桃壳和改性核桃壳上的吸附主要是化学吸附。对原始核桃壳和改性核桃壳进行SEM(扫描电子显微镜)分析,原始核桃壳表面粗糙;改性核桃壳表面有明显多孔结构,并被小颗粒覆盖。对原始核桃壳和改性核桃壳进行XPS(X射线光电子能谱)分析,分析结果表明C和O元素是其主要元素,改性核桃壳的O元素高于原始核桃壳的O元素,与元素分析得到的结果吻合。通过XPS分析可知,改性核桃壳相比原始核桃壳COOH官能团明显增加,吸附铜离子后改性核桃壳上COOH官能团明显减少,证明COOH官能团是有利的铜离子吸附位点。通过本研究的实验和机理分析可以得出,核桃壳改性成功添加了 COOH官能团,又因为COOH官能团是有效的铜离子吸附基团,所以超细水雾低温等离子体改性核桃壳添加COOH,有效提高了铜离子吸附能力。