0 引言
1 材料与方法
1.1 材料
1.2 生物炭吸附剂的制备
1.3 吸附剂的表征
1.4 吸附实验
1.5 可重用性实验
2 结果与讨论
2.1 吸附剂表面理化性质
Table 1 BET and elemental analysis of WM and WM-Zn表 1 WM和WM-Zn的表面物化特性 |
样品 | 元素含量 / % | 比表面积 / (m2/g) | 孔容 / (cm3/g) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
C | H | N | O | Mg | K | Zn | P | |||
WM | 84.93 | 1.35 | 0.25 | 12.31 | 0.42 | 0.19 | 0.07 | 0.52 | 13.73 | 0.062 2 |
WM-Zn | 75.64 | 1.84 | 0.25 | 16.87 | 0.38 | 0.15 | 5.39 | 0.39 | 288.92 | 0.197 4 |
Fig. 1 Scanning electron micrograph of biochar: (a) WM; (b) WM-Zn图 1 生物炭的电镜面扫图:(a)WM;(b)WM-Zn |
Fig. 2 XRD patterns before and after WM-Zn adsorption图2 WM-Zn吸附前后XRD图 |
Fig. 3 Fourier infrared spectroscopy graphs before and after biochar adsorption图3 生物炭吸附前后的傅里叶红外光谱图 |
Fig. 4 XPS spectrum of the biochar samples: (a) full spectrum of two kinds of biochar; (b) Pb 4f7 spectrum of WM-Zn-Pb; (c) C 1s spectrum of WM-Zn; (d) WM-Zn-Pb C 1s spectrum图4 生物炭样品的XPS谱图:(a)两种生物炭全谱;(b)WM-Zn-Pb的Pb 4f7 谱图;(c)WM-Zn的C 1s 谱图;(d)WM-Zn-Pb的C 1s谱图 |
2.2 吸附实验
Fig. 5 Pb2+ removal by WM and WM-Zn ([Pb2+]0 = 500 mg/L, pH = 6, adsorbent dosage: 2 g/L, reaction time: 420 min)图5 WM和WM-Zn对Pb2+ 的去除([Pb2+]0 = 500 mg/L,pH = 6,吸附剂用量为2 g/L,反应时间为420 min) |
Fig. 6 The effect of pH on the adsorption of Pb2+ by WM-Zn ([Pb2+]0 = 200 mg/L, the amount of adsorbent is 2 g/L, reaction time: 420 min)图6 pH对WM-Zn吸附Pb2+ 的影响([Pb2+]0 = 200 mg/L,吸附剂用量为2 g/L,反应时间为420 min) |
Fig. 7 Zeta potential of WM-Zn under different pH conditions图7 不同pH条件下WM-Zn的Zeta电位 |
Fig. 8 Effect of WM-Zn dosage on Pb2+ removal capacity ([Pb2+]0 = 200 mg/L, pH = 6, reaction time: 420 min)图8 WM-Zn投加量对Pb2+ 去除的影响([Pb2+]0 = 200 mg/L,pH = 6,反应时间为420 min) |
Fig. 9 Influence of NaCl concentration on the adsorption process ([Pb2+]0 = 200 mg/L, pH = 6, adsorbent dosage: 2 g/L, reaction time: 420 min)图9 NaCl浓度对吸附过程的影响([Pb2+]0 = 200 mg/L,pH = 6,吸附剂投加量为2 g/L,反应时间为420 min) |
2.3 吸附动力学
Fig. 10 The kinetic fitting model of WM-Zn adsorption of Pb2+ ([Pb2+]0 = 200 mg/L, the amount of adsorbent: 2 g/L, pH = 6)图10 WM-Zn吸附Pb2+ 的动力学拟合模型([Pb2+]0 = 200 mg/L,吸附剂用量为2 g/L,pH = 6) |
Table 2 Parameters of adsorption kinetic model for Pb2+ by WM-Zn表2 WM-Zn对Pb2+ 的吸附动力学模型参数 |
PFO | PSO | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
k1 / min-1 | qe,1 / (mg/g) | R2 | k2 / min-1 | qe,2 / [g/(mg·min)] | R2 | |
0.0786 | 112.9778 | 0.7920 | 0.0010 | 120.7956 | 0.9797 |
2.4 吸附等温线
Fig. 11 Fitting isotherm of WM-Zn adsorption of Pb2+ (pH = 6, biochar dosage: 2 g/L, reaction time: 420 min)图11 WM-Zn吸附Pb2+ 的等温线拟合(pH = 6,生物炭用量:2 g/L,反应时间:420 min) |
Table 3 Parameters of adsorption isotherm model of Pb2+ by WM-Zn表3 WM-Zn吸附Pb2+ 的吸附等温线模型参数 |
Langmuir | Freundlich | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
kL / (L/mg) | qm / (mg/g) | R2 | kF / (mg/g) | n | R2 | |
0.0069 | 193.4315 | 0.9887 | 18.7400 | 0.3227 | 0.9173 |
Table 4 Adsorption capacity comparison of different biochar adsorbents for Pb2+ and Zn2+表4 不同生物炭吸附剂对Pb2+ 和Zn2+ 吸附能力的比较 |
吸附剂 | 改性方法 | 污染物 | 吸附容量 / (mg/g) | 数据来源 |
---|---|---|---|---|
芒草 | H2O2 | Zn2+ | 10.41 | 文献[34] |
硬木 | - | Zn2+ | 11.06 | 文献[35] |
花生壳 | H2O2 | Pb2+ | 22.82 | 文献[36] |
水曲柳 | ZnCl2 | Pb2+ | 52.40 | 文献[37] |
生玉米皮 | ZnCl2 | Pb2+ | 113.12 | 文献[38] |
椰子纤维 | NH3∙H2O + HNO3 | Pb2+ | 105.56 | 文献[39] |
WM | - | Zn2+ | 101.42 | 本文 |
WM | Zn(NO3)2 | Pb2+ | 163.84 | 本文 |
2.5 再生和解吸分析
Fig. 12 Reusability study of WM-Zn adsorption of Pb2+ ([Pb2+]0 = 200 mg/L, pH= 6, adsorbent dosage: 2 g/L, reaction time: 420 min, NaOH concentration: 0.5 mol/L)图12 WM-Zn吸附Pb2+ 的重复使用性研究([Pb2+]0 = 200 mg/L,pH = 6,吸附剂用量:2 g/L,反应时间:420 min,NaOH浓度:0.5 mol/L) |
2.6 吸附机制
Fig. 13 Adsorption mechanism of Pb2+ by WM-Zn图13 WM-Zn对Pb2+ 的吸附机理 |