改性污泥基生物炭的制備及其對Cd 2+ 的吸附特性研究
發(fā)布時間：2020-12-24 08:48
為了提高廢水中Cd2+的去除效率并獲得高效、低成本吸附劑,以市政污泥為原料,在300℃和500℃條件下限氧熱解制備生物炭（BC300和BC500）并用NaOH進行改性（NC300和NC500）。通過元素分析、掃描電鏡和傅里葉紅外光譜等方法對污泥基生物炭進行表征,運用吸附動力學(xué)和吸附等溫線系統(tǒng)研究了改性前后污泥基生物炭對Cd2+的吸附特性。結(jié)果表明:與未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的極性降低,疏水性增強;堿改性炭表面具有更多的-CH2-,C=O和C-O等官能團,有利于水體中Cd2+的吸附; 4種污泥基生物炭對Cd2+的吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程和Freundlich等溫吸附模型,NC300和NC500對于Cd2+的最大平衡吸附量較改性前分別提高了2倍和1.1倍。
【文章來源】：能源環(huán)境保護. 2020年04期
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
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圖
準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動力學(xué)擬合參數(shù)如表2所示。準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)模型假定吸附過程以物理擴散為主，準(zhǔn)二級反應(yīng)動力學(xué)模型假定吸附過程包括兩個部分:物理擴散過程和化學(xué)吸附過程[33]。四種污泥基生物炭的準(zhǔn)二級動力學(xué)方程的擬合相關(guān)系數(shù)R2均大于準(zhǔn)一級動力學(xué)方程的R2，同時由準(zhǔn)二級動力學(xué)方程計算出的Cd2+的理論平衡吸附量更接近實際平衡吸附量。因此，準(zhǔn)二級動力學(xué)擬合效果更佳。說明污泥基生物炭的吸附過程以化學(xué)吸附為主要控制步驟。戴亮等[34]研究表明，準(zhǔn)二級動力學(xué)方程包括了外部液膜擴散、表面吸附和粒子的內(nèi)部擴散等吸附的所有過程，能夠全面的反映污泥基生物炭對于Cd2+的吸附動力學(xué)機制。2.4.2 吸附等溫線
利用FTIR對改性前后污泥基生物炭的表面官能團進行分析，結(jié)果如圖2所示。在3 650～3 200 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)的是O-H伸縮振動的特征峰，可以作為判斷酚類、醇類和有機酸類是否存在的重要依據(jù)[23]。改性前后污泥基生物炭在3 436 cm-1附近都有明顯寬闊而強烈的吸收峰，說明污泥基生物炭具有較明顯的O-H基官能團，有利于發(fā)生離子交換吸附[24]。在2 925 cm-1處吸收峰為飽和烴CH2反對稱伸縮振動[25]。若有電負(fù)性的原子與CH2基團連接時，CH2的伸縮振動會移動到高頻。在2 928 cm-1的范圍內(nèi)，NC500的吸收峰數(shù)量明顯多于BC500。在1 700 cm-1和1 636 cm-1附近的峰為-COOH中C=O的伸縮振動峰，NC500的吸收峰較BC500更尖銳，表明在500℃下堿改性后C=O增多，容易和Cd2+發(fā)生絡(luò)合作用[26]。在1 500～1 400 cm-1范圍內(nèi)，是由芳環(huán)的C=C伸縮振動引起的，說明生物炭具有較高的芳香性和穩(wěn)定性。在1 300～1 000 cm-1范圍內(nèi)表示C-O的伸縮振動，改性后C-O的峰值增加[27]。隨著溫度的升高，600 cm-1處的C-H苯環(huán)衍生物峰的位置和強度都發(fā)生了變化，這表明隨著溫度的升高，污泥基生物炭中的芳香C-H結(jié)構(gòu)的存在形態(tài)和含量發(fā)生了改變。Chen[28]等人的研究發(fā)現(xiàn)作為電子供體的芳香結(jié)構(gòu)與溶液中的Cd2+產(chǎn)生陽離子-π的配鍵作用有利于Cd2+的吸附。2.4 吸附實驗結(jié)果
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談水中重金屬的污染來源和危害及去除方法[J]. 侯秀娟. 飲料工業(yè). 2019(05)
[2]生物炭的主要改性方法及其在污染物去除方面的應(yīng)用[J]. 孫越,嚴(yán)曉菊,張延,杜薇,魯金鳳. 當(dāng)代化工. 2019(08)
[3]污泥衍生生物炭研究進展[J]. 范皓翔,院士杰,戴曉虎. 凈水技術(shù). 2019 (03)
[4]兩種木材生物炭對銅離子的吸附特性及其機制[J]. 毛明翠,劉暢,曹靜,劉寶康,張志東. 環(huán)境與發(fā)展. 2019(01)
[5]我國城鎮(zhèn)污泥處理處置產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀、發(fā)展及激勵政策需求[J]. 薛重華,孔祥娟,王勝,薛茂,魏亮亮,趙冠舒,宋旭剛. 凈水技術(shù). 2018(12)
[6]改性生物炭對水體中頭孢噻肟的吸附機制[J]. 吳鴻偉,陳萌,黃賢金,蘇宗杰,孫泰龍,譚曉燕,馮啟言. 中國環(huán)境科學(xué). 2018(07)
[7]不同熱解溫度下污泥基生物炭的性質(zhì)及對Cd2+的吸附特性[J]. 戴亮,任珺,陶玲,陳琛. 環(huán)境工程學(xué)報. 2017(07)
[8]水污染防治行動計劃[J]. 周宏春. 綠色中國. 2017(08)
[9]不同熱解溫度污泥生物炭對Pb2+、Cd2+的吸附特性[J]. 鄭凱琪,王俊超,劉姝彤,薛紅波,吳繼陽,劉天宇,尹微琴,王小治. 環(huán)境工程學(xué)報. 2016(12)
[10]污泥基生物炭吸附重金屬Cd的動力學(xué)和熱力學(xué)[J]. 范世鎖,李雪,胡凱,李龍飛,張俊森. 環(huán)境工程學(xué)報. 2016(10)
本文編號：2935351
【文章來源】：能源環(huán)境保護. 2020年04期
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
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圖
準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動力學(xué)擬合參數(shù)如表2所示。準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)模型假定吸附過程以物理擴散為主，準(zhǔn)二級反應(yīng)動力學(xué)模型假定吸附過程包括兩個部分:物理擴散過程和化學(xué)吸附過程[33]。四種污泥基生物炭的準(zhǔn)二級動力學(xué)方程的擬合相關(guān)系數(shù)R2均大于準(zhǔn)一級動力學(xué)方程的R2，同時由準(zhǔn)二級動力學(xué)方程計算出的Cd2+的理論平衡吸附量更接近實際平衡吸附量。因此，準(zhǔn)二級動力學(xué)擬合效果更佳。說明污泥基生物炭的吸附過程以化學(xué)吸附為主要控制步驟。戴亮等[34]研究表明，準(zhǔn)二級動力學(xué)方程包括了外部液膜擴散、表面吸附和粒子的內(nèi)部擴散等吸附的所有過程，能夠全面的反映污泥基生物炭對于Cd2+的吸附動力學(xué)機制。2.4.2 吸附等溫線
利用FTIR對改性前后污泥基生物炭的表面官能團進行分析，結(jié)果如圖2所示。在3 650～3 200 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)的是O-H伸縮振動的特征峰，可以作為判斷酚類、醇類和有機酸類是否存在的重要依據(jù)[23]。改性前后污泥基生物炭在3 436 cm-1附近都有明顯寬闊而強烈的吸收峰，說明污泥基生物炭具有較明顯的O-H基官能團，有利于發(fā)生離子交換吸附[24]。在2 925 cm-1處吸收峰為飽和烴CH2反對稱伸縮振動[25]。若有電負(fù)性的原子與CH2基團連接時，CH2的伸縮振動會移動到高頻。在2 928 cm-1的范圍內(nèi)，NC500的吸收峰數(shù)量明顯多于BC500。在1 700 cm-1和1 636 cm-1附近的峰為-COOH中C=O的伸縮振動峰，NC500的吸收峰較BC500更尖銳，表明在500℃下堿改性后C=O增多，容易和Cd2+發(fā)生絡(luò)合作用[26]。在1 500～1 400 cm-1范圍內(nèi)，是由芳環(huán)的C=C伸縮振動引起的，說明生物炭具有較高的芳香性和穩(wěn)定性。在1 300～1 000 cm-1范圍內(nèi)表示C-O的伸縮振動，改性后C-O的峰值增加[27]。隨著溫度的升高，600 cm-1處的C-H苯環(huán)衍生物峰的位置和強度都發(fā)生了變化，這表明隨著溫度的升高，污泥基生物炭中的芳香C-H結(jié)構(gòu)的存在形態(tài)和含量發(fā)生了改變。Chen[28]等人的研究發(fā)現(xiàn)作為電子供體的芳香結(jié)構(gòu)與溶液中的Cd2+產(chǎn)生陽離子-π的配鍵作用有利于Cd2+的吸附。2.4 吸附實驗結(jié)果
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談水中重金屬的污染來源和危害及去除方法[J]. 侯秀娟. 飲料工業(yè). 2019(05)
[2]生物炭的主要改性方法及其在污染物去除方面的應(yīng)用[J]. 孫越,嚴(yán)曉菊,張延,杜薇,魯金鳳. 當(dāng)代化工. 2019(08)
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[4]兩種木材生物炭對銅離子的吸附特性及其機制[J]. 毛明翠,劉暢,曹靜,劉寶康,張志東. 環(huán)境與發(fā)展. 2019(01)
[5]我國城鎮(zhèn)污泥處理處置產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀、發(fā)展及激勵政策需求[J]. 薛重華,孔祥娟,王勝,薛茂,魏亮亮,趙冠舒,宋旭剛. 凈水技術(shù). 2018(12)
[6]改性生物炭對水體中頭孢噻肟的吸附機制[J]. 吳鴻偉,陳萌,黃賢金,蘇宗杰,孫泰龍,譚曉燕,馮啟言. 中國環(huán)境科學(xué). 2018(07)
[7]不同熱解溫度下污泥基生物炭的性質(zhì)及對Cd2+的吸附特性[J]. 戴亮,任珺,陶玲,陳琛. 環(huán)境工程學(xué)報. 2017(07)
[8]水污染防治行動計劃[J]. 周宏春. 綠色中國. 2017(08)
[9]不同熱解溫度污泥生物炭對Pb2+、Cd2+的吸附特性[J]. 鄭凱琪,王俊超,劉姝彤,薛紅波,吳繼陽,劉天宇,尹微琴,王小治. 環(huán)境工程學(xué)報. 2016(12)
[10]污泥基生物炭吸附重金屬Cd的動力學(xué)和熱力學(xué)[J]. 范世鎖,李雪,胡凱,李龍飛,張俊森. 環(huán)境工程學(xué)報. 2016(10)
本文編號：2935351
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