鲤鱼肉骨生物炭对水中Cd<sup>2+</sup>的吸附特性研究

doi:10.11894/iwt.2018-0786

工业水处理 ›› 2019, Vol. 39 ›› Issue (10): 58-62. doi: 10.11894/iwt.2018-0786

鲤鱼肉骨生物炭对水中Cd²⁺的吸附特性研究

乔洪涛¹(),乔永生¹,赵保卫^2,*(),彭娟¹,于雄胜¹

1. 忻州师范学院化学系, 山西忻州 034000
2. 兰州交通大学环境与市政工程学院, 甘肃兰州 730070

收稿日期:2019-09-04 出版日期:2019-10-20 发布日期:2019-10-29
通讯作者: 赵保卫 E-mail:469494248@qq.com;zhbw2001@sina.com
作者简介:乔洪涛(1989-),博士,讲师。E-mail:469494248@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(21167007);国家自然科学基金资助项目(21467013);“山西省1331工程”重点学科建设计划经费资助项目(晋教财[2017]122);忻州师范学院院级科研项目(2018KY10)

Adsorptive characteristics of cadmium onto biochar derived from meat and bone meal of carp in aqueous solution

Hongtao Qiao¹(),Yongsheng Qiao¹,Baowei Zhao^2,*(),Juan Peng¹,Xiongsheng Yu¹

1. Department of Chemistry, Xinzhou Teachers University, Xinzhou 034000, China
2. School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China

Received:2019-09-04 Online:2019-10-20 Published:2019-10-29
Contact: Baowei Zhao E-mail:469494248@qq.com;zhbw2001@sina.com
Supported by:
国家自然科学基金资助项目(21167007);国家自然科学基金资助项目(21467013);“山西省1331工程”重点学科建设计划经费资助项目(晋教财[2017]122);忻州师范学院院级科研项目(2018KY10)

摘要/Abstract

摘要：

以病死鲤鱼为原料在600℃下热解制备了鲤鱼肉骨生物炭（CMBB），探讨了CMBB对水中Cd²⁺的吸附特性。结果表明，CMBB对Cd²⁺的吸附动力学过程符合准二级动力学模型，吸附速率受内扩散机制控制；等温吸附过程符合Langmuir、Temkin和Langmuir-Freundlich等温吸附模型；该吸附为一个自发的熵增吸热过程。CMBB在较宽的pH范围（4~8）内对Cd²⁺具有较好的去除率（>98%）；离子强度对Cd²⁺的去除影响不大。

关键词: 肉骨生物炭, 吸附, 镉

Abstract:

This study investigated adsorptive characteristics of CMBB for cadmium ions(Cd²⁺) from aqueous solution. Crap meat and bone meal biochar(CMBB) was prepared by using sick and dead carp as raw material under pyrolysis temperatures of 600℃. The results showed that the pseudo-second-order model provided the best fitting for the adsorption kinetics of Cd²⁺ onto CMBB. Adsorption rate was controlled by internal diffusim mechanis. The isotherm adsorption confirmed to the Langmuir, Temkin and Langmuir-Freundlich models well. Thermodynamics analysis suggested that Cd²⁺ adsorption onto CMBB was a spontaneous, entropy-increasing and endothermic process. CMBB had a significant effect on the removal rate(>98%) of Cd²⁺ in a wide pH range(4-8), whereas the ionic strength had little effect on the removal rate of Cd²⁺.

Key words: meat and bone meal biochar, adsorption, cadmium

中图分类号:

X703

乔洪涛, 乔永生, 赵保卫, 彭娟, 于雄胜. 鲤鱼肉骨生物炭对水中Cd²⁺的吸附特性研究[J]. 工业水处理, 2019, 39(10): 58-62.

Hongtao Qiao, Yongsheng Qiao, Baowei Zhao, Juan Peng, Xiongsheng Yu. Adsorptive characteristics of cadmium onto biochar derived from meat and bone meal of carp in aqueous solution[J]. Industrial Water Treatment, 2019, 39(10): 58-62.

https://www.iwt.cn/CN/Y2019/V39/I10/58

图/表 12

参考文献 15

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样品	灰分/%	产率/%	质量分数/%				比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm	Zeta电位/mV
样品	灰分/%	产率/%	C	H	N	O	比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm	Zeta电位/mV
CMBB	57.5	26.1	39.9	3.3	5.5	14.1	56.34	0.07	4.84	-47.8

样品	灰分/%	产率/%	质量分数/%				比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm	Zeta电位/mV
样品	灰分/%	产率/%	C	H	N	O	比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/（cm³·g^-1）	平均孔径/nm	Zeta电位/mV
CMBB	57.5	26.1	39.9	3.3	5.5	14.1	56.34	0.07	4.84	-47.8

C₀/（mg·L^-1）	q_exp/（mg·g^-1）	准一级动力学模型参数			准二级动力学模型参数			Elovich模型参数
C₀/（mg·L^-1）	q_exp/（mg·g^-1）	q_cal/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	R²	q_cal/（mg·g^-1）	k₂/（g·mg^-1·min^-1）	R²	α/（g·mg^-1·min^-1）	β/（g·mg^-1）	R²
50	9.9	3.5	0.023 5	0.970 5	10.0	0.029 1	0.999 9	139.81	1.031	0.971 4
100	19.1	11.3	0.013 5	0.976 1	19.5	0.004 8	0.996 8	16.816	0.403	0.976 9

C₀/（mg·L^-1）	q_exp/（mg·g^-1）	准一级动力学模型参数			准二级动力学模型参数			Elovich模型参数
C₀/（mg·L^-1）	q_exp/（mg·g^-1）	q_cal/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	R²	q_cal/（mg·g^-1）	k₂/（g·mg^-1·min^-1）	R²	α/（g·mg^-1·min^-1）	β/（g·mg^-1）	R²
50	9.9	3.5	0.023 5	0.970 5	10.0	0.029 1	0.999 9	139.81	1.031	0.971 4
100	19.1	11.3	0.013 5	0.976 1	19.5	0.004 8	0.996 8	16.816	0.403	0.976 9

C₀/（mg·L^-1）	k_d1/（g·mg^-1·min^-1/2）	a₁	R²	k_d2/（g·mg^-1·min^-1/2）	a₂	R²
50	0.890 9	4.052 1	0.952 8	1.137 3	5.554 8	0.982 5
100	0.221 5	7.395 8	0.943 8	0.366 3	12.878	0.959 5

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Langmuir			Freundlich			Langmuir-Freundlich				Temkin
q_m/（mg·g^-1）	K_L/（L·mg^-1）	R²	K_F/（L·mg^-1）	n	R²	q_m/（mg·g^-1）	K_LF/（L·mg^-1）	n	R²	K_t/（L·g^-1）	A	R²
55.87	0.18	0.998	16.95	4.35	0.971	72.48	0.27	2.16	0.998	9.17	7.31	0.997

T/K	K_L×10³/（L·mol^-1）	ΔG⁰/（kJ·mol^-1）	ΔH⁰/（kJ·mol^-1）	ΔS⁰/（J·K^-1·mol^-1）
288	16.09	-23.193	17.617	141.646
298	20.24	-24.566
318	32.11	-27.435

生物炭种类	热解温度/℃	最大吸附量q_m/（mg·g^-1）	参考文献
枣椰树生物炭	300	26.96	〔11〕
牛粪生物炭	350	51.40	〔12〕
莲藕生物炭	300、600	31.69~51.18	〔13〕
小麦秸秆生物炭	300	17.39	〔10〕
玉米秸秆生物炭	400	28.99	〔14〕
污泥和茶叶废弃物生物炭	300	17.24	〔15〕
猪肉肉骨生物炭	600	49.57	〔7〕
鲤鱼肉骨生物炭	600	61.80	本研究

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