玉米秸秆改性生物炭对铜、铅离子的吸附特性

来源：《农业环境科学学报》2020 年 06 期

作者：汪怡¹，李莉^1,2*，宋豆豆¹，刘伟婷¹

单位：1. 吉林农业大学资源与环境学院；2. 吉林省商品粮基地土壤资源可持续利用重点实验室

摘   要

探究改性生物炭对重金属的吸附性能，为不同改性生物炭对铜、铅离子的有效去除提供理论依据。以玉米秸秆为原料，经500℃ 限氧热解制备生物炭（BC），再分别经KOH 和聚乙烯亚胺（PEI）改性得到碱改性生物炭（KBC）和PEI 改性生物炭（PBC），探讨3 种生物炭对Cu²  和Pb²  的单一吸附效果及对复合体系中Cu²  和Pb²  的竞争吸附。3 种生物炭对Cu² 、Pb²  的吸附动力学均符合准二级动力学方程，改性后生物炭的吸附速率均高于BC；吸附等温线均符合Langmuir 模型，最大吸附量表现为：PBC>KBC>BC。3 种生物炭的饱和吸附量和吸附容量遵循Pb²  >Cu² ；通过竞争吸附试验发现，Pb²  在3 种生物炭上的竞争吸附能力均高于Cu² 。

结果表明：KBC 和PBC 对Cu² 、Pb²  的吸附能力明显优于BC，有成为新型重金属吸附剂的潜力。

结  论：

（1）比表面积并不是生物炭对Cu² 、Pb²  吸附能力大小的决定性指标。吸附活性官能团所提供的吸附位点数量才是3 种生物炭对Cu²  和Pb²  吸附量产生差异的根本原因。

（2）BC、KBC 和PBC 和对Cu²  和Pb²  的吸附过程分为快速吸附和慢速吸附两个阶段，均符合准二级动力学方程，Langmuir 和Freundlich 两种等温吸附模型拟合均达到极显著相关。

（3）3 种生物炭对Cu² 、Pb²  的吸附能力排序为PBC>KBC>BC，且3 种生物炭对Cu² 、Pb²  的吸附均为自发、吸热和无序的过程。

（4）在Cu-Pb 复合体系中，两者存在竞争吸附，Pb²  的竞争吸附能力均大于Cu² ，生物炭改性对Cu²  在复合体系中的竞争有所促进，但对Pb²  的竞争有所抑制。竞争吸附对3 种生物炭吸附量的限制作用为KBC>PBC>BC。