CO_(2)气氛热解与硝酸改性的生物炭Pb^(2+)吸附性能对比

作     者：江豪 陈瑞芝 朱自洋 王琳 段文焱 陈芳媛 JIANG Hao;CHEN Rui-zhi;ZHU Zi-yang;WANG Lin;DUAN Wen-yan;CHEN Fang-yuan

作者机构：昆明理工大学环境科学与工程学院云南省土壤固碳与污染控制重点实验室昆明650092 

出 版 物：《环境科学》 (Environmental Science)

年 卷 期：2024年第45卷第1期

页      面：606-616页

核心收录：

学科分类：083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(41961134002) 国家自然科学基金项目(41807377,42267003) 昆明理工大学分析测试基金项目(2021M20202207076) 

主　　题：生物炭 二氧化碳(CO_(2)) HNO3改性 重金属 吸附 矿物 

摘      要：酸改性处理常被用于生物炭的改性过程,但也存在酸消耗量大、废液处理难和成本高等问题.利用热解过程直接改性提高生物炭重金属的去除效果、降低改性成本,是未来实现改性生物炭广泛使用的重要前提.为评估CO_(2)气氛热解法在生物炭制备和应用方面的优势和潜力,对CO_(2)气氛热解与HNO3改性生物炭对Pb^(2+)的去除性能进行对比分析.采用元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对生物炭的元素组成和结构特性进行表征.结果表明,500℃热解条件下,HNO_(3)改性的生物炭产生了较多的C=O和O=C—O—等羧基类官能团,并引入了—NO_(2(asy))和—NO_(2(sym))基团,提高了生物炭的表面活性和络合能力.CO_(2)气氛制备生物炭中含有较多的金属碳酸盐,可通过离子交换和共沉淀作用吸附去除Pb^(2+).此外,CO_(2)改性生物炭具有较大的比表面积和更优的微孔结构,有利于Pb^(2+)传质扩散,促进表面吸附,W500CO_(2)和W700CO_(2)对Pb^(2+)的吸附容量提升显著,达到60.14mg·g^(-1)和71.69 mg·g^(-1).而HNO_(3)改性生物炭W500N_(2)-A和W700N_(2)-A对Pb^(2+)的最大吸附容量较低,分别为42.26 mg·g^(-1)和68.3mg·g^(-1).CO_(2)改性生物炭吸附容量优于HNO_(3)改性生物炭,是由于比表面积和官能团的双重作用.因此,CO_(2)气氛直接热解相比于HNO3改性生物炭具有成本低、环境友好和重金属去除效率高等优点,是一种值得推广应用的生物炭改性方法.