不同热解温度生物炭对溶液中镉的吸附性能研究

doi:10.11894/iwt.2018-1173

工业水处理 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (1): 18-23. doi: 10.11894/iwt.2018-1173

不同热解温度生物炭对溶液中镉的吸附性能研究

王道涵(),李景阳,汤家喜*()

辽宁工程技术大学环境科学与工程学院, 辽宁阜新 123000

收稿日期:2019-12-07 出版日期:2020-01-20 发布日期:2020-01-16
通讯作者: 汤家喜 E-mail:284437305@qq.com;tangjiaxi1986@163.com
作者简介:王道涵(1971-),教授,博士。E-mail:284437305@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金资助项目(41501548);辽宁省教育厅科学技术研究资助项目(LJYL021);大学生创新训练项目(201710147000014);大学生创新训练项目(201710147000215)

Adsorption of cadmium in solution by biochar at different pyrolysis temperatures

Daohan Wang(),Jingyang Li,Jiaxi Tang*()

College of Environmental Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China

Received:2019-12-07 Online:2020-01-20 Published:2020-01-16
Contact: Jiaxi Tang E-mail:284437305@qq.com;tangjiaxi1986@163.com
Supported by:
国家自然科学基金青年科学基金资助项目(41501548);辽宁省教育厅科学技术研究资助项目(LJYL021);大学生创新训练项目(201710147000014);大学生创新训练项目(201710147000215)

摘要/Abstract

摘要：

以玉米秸秆、枫杨树枝、花生壳为生物质材料，分别在450、550、650℃下，对3种生物质材料进行厌氧热解制备了9种生物炭，对溶液中的Cd²⁺进行吸附试验，研究了pH、生物炭投加量、吸附时间和Cd²⁺初始质量浓度对Cd²⁺吸附效果的影响。结果表明，吸附过程与Langmuir、Freundlich和准一级动力学方程拟合的相关性较好。pH对吸附的影响较大，吸附率与生物炭的投加量呈正比，650℃制备的3种生物炭的吸附能力更强，花生壳生物炭对溶液中的Cd²⁺具有更好的吸附能力。

关键词: 生物炭, 镉, 吸附, 温度

Abstract:

Under anaerobic pyrolysis conditions, nine kinds of biochars were prepared by using corn straw, Maple poplar branches and peanut hulls as biomass materials at 450, 550 and 650℃, respectively. The effects of pH, biochar dosage, adsorption time and initial concentration of cadmium ions on the adsorption of cadmium ions were studied, respectively. The results showed that the process of adsorption had a good correlation with Langmuir, Freundlich and quasi-first-order kinetics equation models. Moreover, pH had a greater influence on the adsorption of Cd²⁺. The adsorption rate was proportional to the amount of biochar added, while the adsorption capacity was inversely proportional to the amount of biochar added. Three biochars prepared at 650℃ exhibited the strongest adsorption capacities. The peanut shell biochar could remove cadmium ion better in solution.

Key words: biochar, cadmium, adsorption, temperature

中图分类号:

X703.1

王道涵,李景阳,汤家喜. 不同热解温度生物炭对溶液中镉的吸附性能研究[J]. 工业水处理, 2020, 40(1): 18-23.

Daohan Wang,Jingyang Li,Jiaxi Tang. Adsorption of cadmium in solution by biochar at different pyrolysis temperatures[J]. Industrial Water Treatment, 2020, 40(1): 18-23.

https://www.iwt.cn/CN/Y2020/V40/I1/18

图/表 9

参考文献 17

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热解温度/℃	450	550	650
玉米秸秆	Y1	Y2	Y3
枫杨树枝	S1	S2	S3
花生壳	H1	H2	H3

热解温度/℃	450	550	650
玉米秸秆	Y1	Y2	Y3
枫杨树枝	S1	S2	S3
花生壳	H1	H2	H3

热解温度	生物炭型号	Langmuir			Freundlich
热解温度	生物炭型号	K_L	Q_m/（mg·g^-1）	R²	K_F	n	R²
450 ℃	Y1	0.026 36	10.074 43	0.984 43	0.771 17	2.028 19	0.961 38
	S1	0.029 69	12.851 70	0.997 22	0.996 68	1.986 37	0.977 24
	H1	0.182 58	17.995 77	0.989 10	4.606 63	3.047 67	0.925 27
550 ℃	Y2	0.108 84	14.530 67	0.987 21	2.831 92	2.608 72	0.977 84
	S2	0.299 11	15.231 95	0.946 87	5.111 92	3.712 09	0.952 59
	H2	1.840 50	19.611 63	0.968 14	9.842 58	4.459 11	0.943 69
650 ℃	Y3	0.248 81	12.140 73	0.987 17	3.716 85	3.592 73	0.965 36
	S3	0.273 67	17.009 57	0.981 18	5.118 70	3.335 56	0.937 22
	H3	6.628 90	19.449 53	0.943 50	10.559 64	4.264 76	0.922 65

热解温度	生物炭型号	Langmuir			Freundlich
热解温度	生物炭型号	K_L	Q_m/（mg·g^-1）	R²	K_F	n	R²
450 ℃	Y1	0.026 36	10.074 43	0.984 43	0.771 17	2.028 19	0.961 38
	S1	0.029 69	12.851 70	0.997 22	0.996 68	1.986 37	0.977 24
	H1	0.182 58	17.995 77	0.989 10	4.606 63	3.047 67	0.925 27
550 ℃	Y2	0.108 84	14.530 67	0.987 21	2.831 92	2.608 72	0.977 84
	S2	0.299 11	15.231 95	0.946 87	5.111 92	3.712 09	0.952 59
	H2	1.840 50	19.611 63	0.968 14	9.842 58	4.459 11	0.943 69
650 ℃	Y3	0.248 81	12.140 73	0.987 17	3.716 85	3.592 73	0.965 36
	S3	0.273 67	17.009 57	0.981 18	5.118 70	3.335 56	0.937 22
	H3	6.628 90	19.449 53	0.943 50	10.559 64	4.264 76	0.922 65

热解温度	生物炭型号	准一级动力学			准二级动力学
热解温度	生物炭型号	q_e/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	R²	q_e/（mg·g^-1）	k₂/（g·mg^-1·min^-1）	R²
450 ℃	Y1	5.946 58	0.002 16	0.871 43	1.714 31	0.002 16	0.707 73
	S1	7.944 60	0.001 57	0.721 18	5.763 85	0.001 57	0.395 70
	H1	17.410 73	0.002 51	0.807 47	13.567 23	0.002 51	0.228 33
550 ℃	Y2	9.780 82	0.014 66	0.678 78	9.780 82	0.014 66	0.514 32
	S2	10.994 68	0.011 57	0.734 82	10.994 68	0.011 57	0.546 61
	H2	18.113 30	0.033 58	0.905 40	18.113 30	0.033 58	0.217 61
650 ℃	Y3	9.050 53	0.017 28	0.785 40	5.460 40	0.002 50	0.515 52
	S3	12.795 36	0.015 83	0.811 55	7.582 30	0.003 54	0.489 65
	H3	19.795 16	0.168 70	0.784 85	18.442 11	0.000 76	-0.033 96

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