不同热解温度生物炭对Cd<sup>2+</sup>的吸附影响

doi:10.11894/iwt.2020-0786

摘要/Abstract

摘要：

分别以香蕉秸秆（BS）、木薯秸秆（CS）为原料，采用限氧热解法在不同热解温度下制备生物炭，采用元素分析、Boehm滴定、BET、FTIR、XRD等方法分析了生物炭的基本特性，研究了生物炭对Cd²⁺的吸附特性和作用机制。结果表明，热解温度能显著影响生物炭的产率、灰分、pH、孔径结构以及元素分布等性质；生物炭吸附过程符合准二级动力学；生物炭对Cd²⁺的吸附作用机制主要表现为络合作用和沉淀作用，K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺共存会影响Cd²⁺的吸附，且热解温度越低，影响作用越大。

关键词: 生物炭, 吸附, 镉

Abstract:

The biochars with different pyrolysis temperatures were prepared by oxygen-limited pyrolysis method, using banana straw(BS) and cassava straw(CS) as raw materials respectively. The basic characteristics of biochar were analyzed by elemental analysis, Boehm titration, BET, FTIR, XRD and et al., and the adsorption characteristics and mechanism of biochar for Cd²⁺ were studied. The results showed that the pyrolysis temperature could affect the yield, ash content, pH, pore structure and element distribution of the biochar significantly. The adsorption process conformed to quasi-second-order kinetics. The adsorption mechanism of Cd²⁺ by biochar was mainly complexation and precipitation. The coexistence of K⁺, Na⁺, Mg²⁺ and Ca²⁺ could affect the adsorption of Cd²⁺, and the lower the pyrolysis temperature was, the greater it influenced.

Key words: biochar, adsorption, cadmium

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2021/V41/I5/68

图/表 9

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指标	产率/%	灰分/%	pH	pH_pzc	C/%	H/%	O/%	N/%	H/C	O/C	（O+N）/C	比表面积/ （m²·g^-1）	总孔容/ （cm³·g^-1）	平均孔径/nm	酸性含氧官能团/ （mmol·g^-1）	碱性含氧官能团/ （mmol·g^-1）
BS₃₀₀	41.70	30.72	9.78	8.23	43.76	3.42	19.36	2.74	0.93	0.33	0.38	9.63	0.021 6	8.99	3.25	1.25
BS₅₀₀	32.32	34.07	9.86	8.38	43.54	1.89	18.05	2.45	0.52	0.31	0.36	6.84	0.033 4	19.52	3.60	0.35
BS₇₀₀	29.63	41.44	10.02	10.21	44.93	1.62	9.94	2.07	0.43	0.16	0.21	33.11	0.055 5	6.71	5.95	0.15
CS₃₀₀	34.83	7.40	9.25	7.44	63.47	4.13	21.98	3.02	0.78	0.26	0.30	14.81	0.024 3	6.55	3.05	3.85
CS₅₀₀	28.68	9.11	10.07	9.10	74.05	2.54	21.10	2.31	0.41	0.21	0.24	19.61	0.017 1	3.49	3.50	2.50
CS₇₀₀	18.55	16.83	10.25	9.26	67.65	1.61	11.36	2.55	0.28	0.13	0.15	99.46	0.080 8	3.25	3.85	1.50

指标	产率/%	灰分/%	pH	pH_pzc	C/%	H/%	O/%	N/%	H/C	O/C	（O+N）/C	比表面积/ （m²·g^-1）	总孔容/ （cm³·g^-1）	平均孔径/nm	酸性含氧官能团/ （mmol·g^-1）	碱性含氧官能团/ （mmol·g^-1）
BS₃₀₀	41.70	30.72	9.78	8.23	43.76	3.42	19.36	2.74	0.93	0.33	0.38	9.63	0.021 6	8.99	3.25	1.25
BS₅₀₀	32.32	34.07	9.86	8.38	43.54	1.89	18.05	2.45	0.52	0.31	0.36	6.84	0.033 4	19.52	3.60	0.35
BS₇₀₀	29.63	41.44	10.02	10.21	44.93	1.62	9.94	2.07	0.43	0.16	0.21	33.11	0.055 5	6.71	5.95	0.15
CS₃₀₀	34.83	7.40	9.25	7.44	63.47	4.13	21.98	3.02	0.78	0.26	0.30	14.81	0.024 3	6.55	3.05	3.85
CS₅₀₀	28.68	9.11	10.07	9.10	74.05	2.54	21.10	2.31	0.41	0.21	0.24	19.61	0.017 1	3.49	3.50	2.50
CS₇₀₀	18.55	16.83	10.25	9.26	67.65	1.61	11.36	2.55	0.28	0.13	0.15	99.46	0.080 8	3.25	3.85	1.50

生物炭	产率	灰分	pH	pH_pzc	比表面积	总孔容	平均孔径
BS_x	-0.952^*	0.977^**	0.982^**	0.898	0.814	0.961^*	-0.167
CS_x	-0.990^**	0.938^*	0.938^*	0.903	0.890	0.866	-0.897

生物炭	C	H	O	N	H/C	O/C	（O+N）/C
BS_x	0.783	-0.927^*	-0.923	-0.997^**	-0.938^*	-0.915	-0.915
CS_x	0.392	-0.989^**	-0.901	-0.651	-0.964^**	-0.991^**	-0.993^**

生物炭	产率	灰分	pH	pH_pzc	比表面积	总孔容	平均孔径
BS_x	-0.952^*	0.977^**	0.982^**	0.898	0.814	0.961^*	-0.167
CS_x	-0.990^**	0.938^*	0.938^*	0.903	0.890	0.866	-0.897

生物炭	C	H	O	N	H/C	O/C	（O+N）/C
BS_x	0.783	-0.927^*	-0.923	-0.997^**	-0.938^*	-0.915	-0.915
CS_x	0.392	-0.989^**	-0.901	-0.651	-0.964^**	-0.991^**	-0.993^**

样品	质量浓度/ （mg·L^-1）	准二级动力学
样品	质量浓度/ （mg·L^-1）	k/（g·mg·min^-1）	Q_e/（mg·g^-1）	R²
BS₃₀₀	200	0.026 3	84.38	0.999 9
	400	0.032 3	135.68	0.999 9
	600	0.012 4	138.50	0.999 9
BS₅₀₀	200	0.144 5	99.01	1.000 0
	400	0.008 8	193.05	0.999 9
	600	0.006 4	217.39	0.999 9
BS₇₀₀	200	0.252 5	99.50	1.000 0
	400	0.046 5	189.39	0.999 9
	600	0.033 4	193.42	0.999 9
CS₃₀₀	250	0.016 2	38.07	0.999 6
	450	0.012 8	47.80	0.999 5
	650	0.005 6	57.04	0.999 2
CS₅₀₀	250	0.015 8	48.21	0.999 6
	450	0.014 9	56.49	0.999 6
	650	0.014 5	65.44	0.999 4
CS₇₀₀	250	0.007 7	81.90	0.999 7
	450	0.007 3	92.34	0.999 7
	650	0.005 8	108.34	0.999 6

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Effect of biochar at different pyrolysis temperatures on the adsorption of Cd²⁺

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生物炭	Freundlich			Langmuir
生物炭	k_F/ (mg^1-n·Lⁿ·g^-1）	n	R²	k_L/ （L·mg^-1）	Q_m/ （mg·g^-1）	R²
BS₃₀₀	26.207 5	3.328 8	0.768 1	0.018 1	178.09	0.914 5
BS₅₀₀	72.614 4	4.521 9	0.852 0	0.113 8	241.33	0.995 9
BS₇₀₀	42.118 7	3.541 2	0.899 0	0.034 7	224.09	0.995 5
CS₃₀₀	14.962 6	7.385 2	0.983 3	0.036 1	36.34	0.920 6
CS₅₀₀	36.877 9	22.015 7	0.989 8	0.329 2	48.37	0.771 1
CS₇₀₀	49.074 7	34.704 3	0.981 1	6.103 5	57.46	0.660 3

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