氮掺杂生物炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能研究

作     者：王萍 徐荣声 孙冬 史小红 徐炜 李梅 WANG Ping;XU Rongsheng;SUN Dong;SHI Xiaohong;XU Wei;LI Mei

作者机构：北方民族大学化学与化学工程学院宁夏银川750021 北方民族大学国家民委化工技术基础重点实验室宁夏银川750021 

出 版 物：《无机盐工业》 (Inorganic Chemicals Industry)

年 卷 期：2024年第56卷第9期

页      面：117-127页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：北方民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2022XYZHG07) 

主　　题：枸杞杆 氮掺杂生物炭 尿素 吸附 亚甲基蓝 

摘      要：采用生物质枸杞杆为原料、KHCO_(3)为活化剂、尿素为氮源,制备枸杞杆氮掺杂生物炭。利用氮气吸附-脱附仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析所制生物炭的形貌、结构和表面官能团等特性,并探析其对水中亚甲基蓝(MB)的吸附行为。结果表明,KHCO_(3)活化枸杞杆的最佳条件:m(枸杞杆炭化料)∶m(KHCO_(3))=1∶2、活化温度为800℃、活化时间为1 h。在枸杞杆生物炭(LBC)表面掺杂尿素的最佳条件:LBC与尿素的负载比为1∶4(质量比),800℃下煅烧1 h,得到氮掺杂生物炭(LBC-N)。LBC和LBC-N的比表面积分别为940.29 m^(2)/g和1169.78 m^(2)/g,总孔体积分别为0.57 cm^(3)/g和0.72 cm^(3)/g,平均孔径分别为5.81 nm和3.20 nm,均是以介孔为主的生物质活性炭材料。在相应实验条件下,LBC和LBC-N对MB的吸附量分别为542.02 mg/g和639.20 mg/g。准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir等温模型能很好地描述LBC和LBC-N对MB的吸附过程。根据氮掺杂生物炭的理化性质和吸附实验,LBC-N对MB分子的吸附过程是以π-π相互作用、氢键作用、静电吸引作用等化学作用为主,孔隙填充物理吸附协同作用的结果。