Preparation of Ti-modified biochar and its adsorption for Pb(Ⅱ) and Co(Ⅱ)

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0974

Abstract

Abstract:

Tetra-n-butyl titanate was used to modify black peanut shells(PSs) to prepare Ti-based modified PSs biochar(Ti@PB). Its adsorption characteristics for Pb(Ⅱ) and Co(Ⅱ) in mixed solution were investigated. The characterization results of Ti@PB showed that Ti mass fraction reached 33.822%, indicating that Ti was successfully loaded on the surface of the biochar. In addition, the surface of Ti@PB was rough, with many irregular pore structures, which was an adsorbent material with mixture of micropores and mesopores, and the surface functional groups were mainly dominated by oxygen-containing functional groups. The removal of Pb(Ⅱ) and Co(Ⅱ) by Ti@PB was enhanced compared to the biochar prepared from unmodified PSs. The kinetic study demonstrated that the removal of Pb(Ⅱ) by Ti@PB followed the quasi-second-order kinetic equation and was dominated by chemisorption, while the removal of Co(Ⅱ) was more consistent with the quasi-first-order kinetic equation and was predominantly physisorbed. The isothermal adsorption fitting results showed that the adsorption of both Pb(Ⅱ) and Co(Ⅱ) by Ti@PB conformed to the Freundlich model as multilayer non-homogeneous phase adsorption.

Key words: black peanut shells, modification by tetrabutyl titanate, biochar, mixed ion solution

摘要：

采用钛酸四丁酯对黑花生壳（PSs）进行改性处理，制备Ti基改性PSs生物炭（Ti@PB），并探讨其对混合溶液中Pb（Ⅱ）和Co（Ⅱ）的吸附特性。Ti@PB表征结果显示，其Ti质量分数达33.822%，说明Ti成功负载在生物炭表面。此外，Ti@PB表面粗糙，存在大量不规则的孔隙结构，为微孔和介孔混合的吸附材料，且表面官能团主要以含氧官能团为主。对照未经改性PSs制备的生物炭，Ti@PB对Pb（Ⅱ）和Co（Ⅱ）的去除能力增强。动力学研究表明，Ti@PB对Pb（Ⅱ）的去除遵循准二阶反应动力学方程，以化学吸附为主；对Co（Ⅱ）的去除更符合准一阶反应动力学方程，以物理吸附为主。等温吸附线拟合结果表明，Ti@PB对Pb（Ⅱ）和Co（Ⅱ）的吸附均符合Freundlich模型，为多层非均相吸附。

关键词: 黑花生壳, 钛酸四丁酯改性, 生物炭, 混合离子溶液

CLC Number:

X71
TQ028.8

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Figures/Tables 12

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生物炭	质量分数/%
生物炭	Si	S	Cl	K	Ca	Ti	Mn	Fe	其他
PB	2.875	0.511	1.290	1.302	91.539	0.173	0.876	0.888	0.547
Ti@PB	2.428	0.378	1.099	0.495	60.832	33.822	0.351	0.443	0.153

生物炭	质量分数/%
生物炭	Si	S	Cl	K	Ca	Ti	Mn	Fe	其他
PB	2.875	0.511	1.290	1.302	91.539	0.173	0.876	0.888	0.547
Ti@PB	2.428	0.378	1.099	0.495	60.832	33.822	0.351	0.443	0.153

吸附材料	重金属	准一阶			准二阶			扩散-化学吸附
吸附材料	重金属	Q _e/（mg·g^-1）	k ₁/h^-1	R ²	Q _e/（mg·g^-1）	k ₂/（g·mg^-1·h^-1）	R ²	Q _e/（mg·g^-1）	K _DC/（mg·g^-1·h^-0.5）	R ²
PB	Pb（Ⅱ）	65.075 3	0.462 6	0.978 2	74.367 8	0.008 1	0.995 0	106.978 8	47.629 5	0.987 4
PB	Co（Ⅱ）	3.598 2	1.200 6	0.930 2	3.868 5	0.490 6	0.961 9	4.549 6	6.111 8	0.974 1
Ti@PB	Pb（Ⅱ）	70.762 8	0.598 0	0.977 9	79.073 7	0.010 5	0.994 9	104.434 3	66.265 5	0.989 1
Ti@PB	Co（Ⅱ）	6.457 6	1.759 7	0.988 8	6.628 1	0.761 1	0.984 6	6.930 9	31.586 9	0.979 9

吸附材料	重金属	准一阶			准二阶			扩散-化学吸附
吸附材料	重金属	Q _e/（mg·g^-1）	k ₁/h^-1	R ²	Q _e/（mg·g^-1）	k ₂/（g·mg^-1·h^-1）	R ²	Q _e/（mg·g^-1）	K _DC/（mg·g^-1·h^-0.5）	R ²
PB	Pb（Ⅱ）	65.075 3	0.462 6	0.978 2	74.367 8	0.008 1	0.995 0	106.978 8	47.629 5	0.987 4
PB	Co（Ⅱ）	3.598 2	1.200 6	0.930 2	3.868 5	0.490 6	0.961 9	4.549 6	6.111 8	0.974 1
Ti@PB	Pb（Ⅱ）	70.762 8	0.598 0	0.977 9	79.073 7	0.010 5	0.994 9	104.434 3	66.265 5	0.989 1
Ti@PB	Co（Ⅱ）	6.457 6	1.759 7	0.988 8	6.628 1	0.761 1	0.984 6	6.930 9	31.586 9	0.979 9

吸附材料	重金属	Langmuir			Freundlich
吸附材料	重金属	Q _m/（mg·g^-1）	K _L/（L·mg^-1）	R ²	K _F/（mg^1-1/ ⁿ ⋅L^1/ ⁿ ·g^-1）	n _F	R ²
PB	Pb（Ⅱ）	85.118 9	0.073 3	0.915 7	21.602 8	3.511 0	0.903 2
PB	Co（Ⅱ）	3.364 0	-0.035 6	0.675 8	70.438 3	-1.714 2	0.793 5
Ti@PB	Pb（Ⅱ）	86.953 6	0.181 8	0.889 3	35.733 7	4.954 2	0.900 8
Ti@PB	Co（Ⅱ）	5.730 1	-0.033 5	0.824 1	278.581 2	-1.314 3	0.924 6

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