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农业废弃物基生物炭对水溶液中镉的吸附效果与机制

文献类型: 中文期刊

作者: 龚沛云 1 ; 孙丽娟 2 ; 宋科 2 ; 孙雅菲 2 ; 秦秦 2 ; 周斌 2 ; 薛永 1 ;

作者机构: 1.上海海洋大学海洋生态与环境学院

2.上海市农业科学院生态环境保护研究所

关键词: 生物炭;吸附;镉(Cd);畜禽粪便;作物秸秆

期刊名称: 环境科学

ISSN: 0250-3301

年卷期: 2022 年 006 期

页码: 3211-3220

收录情况: 北大核心 ; CSCD

摘要: 以畜禽粪便(牛粪、鸡粪、猪粪)为原料分别在300℃和700℃下制备生物炭,以作物秸秆(小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆)为原料分别在300℃和500℃下制备生物炭,利用比表面积和孔径分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪和CHN分析仪等对农业废弃物基生物炭的理化性质、表面结构和元素组成进行表征,研究生物炭理化性质差异和其对镉吸附效果和机制.结果表明,不同农业废弃物基生物炭对Cd2+的等温吸附符合Langmiur方程,拟合结果发现随着热解温度的升高,牛粪、鸡粪和猪粪基生物炭对Cd2+的最大吸附量分别从83.40、19.65和96.74 mg·g-1增加至106.54、 268.89和164.53 mg·g-1;而不同热解温度下制备的秸秆基生物炭对Cd2+的最大吸附量差异不显著.农业废弃物基生物炭呈碱性,除牛粪生物炭外,灰分含量随热解温度上升而增加.随着热解温度的上升,生物炭孔隙结构变丰富,含氧官能团增加,出现芳香结构.通过定量分析,发现生物炭Cd2+总吸附量中离子交换贡献率为12%~52%,化学沉淀为27%~79%,络合作用为1%~8%,阳离子-π作用为1%~28%.随着热解温度的升高,阳离子-π作用贡献率增大(从1%~13%增加到8%~30%),但化学沉淀和离子交换贡献率依旧较高(达70%~93%).因此,离子交换和化学沉淀仍是农业废弃物基生物炭吸附Cd2+的主要机制.

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