酒糟生物炭材料对水中Phenanthrene(Phe)和Pb2+的吸附性能及作用机理初探

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生物炭吸附去除水体中污染物是一种经济、环保的方法,其对于吸附去除水溶液中有机或无机污染物方面的研究已有很多,但对重金属和多环芳烃混合污染物的去除机理和联合机制并不完善。因此,本文分别采用水热法和热解法制备酒糟生物炭,通过多种表征手段系统研究了不同热解方法对酒糟生物炭的理化性质和结构组成的影响,以Phenanthrene(Phe)和Pb2+分别作为典型的多环芳烃和重金属特征污染物,通过静态吸附实验研究了两种不同结构的生物炭(HC300和BC500)对Phe和Pb2+的吸附性能和联合吸附机理,探讨了污染物在吸附界面到生物炭内部的微观行为、联合去除机制。主要结论如下:(1)水热法和热解法制备生物炭在化学组成和结构特征上具有差别。生物炭外观呈块状片层堆叠。HC300和BC500比表面积分别为3.444、100.5 m2/g,HC300和BC500主要由微孔和中孔组成。HC300和BC500的表面存在-OH、C=C、C-O、C=O四种官能团,零点电位(p Hzpc)分别为4.44、3.29。(2)在单系统中,生物炭对Pb2+的吸附在3h后达到吸附平衡,吸附过程以化学吸附为主。生物炭对Pb2+的吸附分为三个阶段。颗粒内扩散并不是影响生物炭对Pb2+吸附过程的唯一限速步骤。两种生物炭对Pb2+的吸附过程以非均质的多层吸附为主。p H对Pb2+吸附的影响较大,静电作用起重要作用。(3)在单系统中,生物炭对Phe在3 h后达吸附平衡。HC300对Phe的吸附以化学吸附为主。BC500具有较大的比表面积和丰富的介孔结构,吸附过程以微孔扩散为主。在等温吸附实验中,Phe在生物炭上的吸附可能受到多种吸附机制的影响。HC300和BC500的平衡吸附量相差不大,Phe在生物炭的吸附行为主要以非均匀的多层表面吸附为主,BC500对Phe有较强的吸附强度。(4)在复合系统中,生物炭对Phe的吸附在1 h后达到吸附平衡,化学吸附在复合系统中的吸附过程中起重要作用。HC300和BC500对Phe的吸附以非均质的表面吸附和单分子层吸附为主,易发生化学吸附。复合系统中共存的Pb2+会促进HC300和BC500对Phe的吸附。
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