改性小麦秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能.doc

改性小麦秸秆生物炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能
摘要:以小麦秸秆为原料,通过高温热解和硝酸改性得到小麦秸秆生物炭吸附材料,将其应用于水中重金属六价铬[Cr(Ⅵ)]的处理,研究改性时间、溶液初始pH值、投加量对吸附效果的影响,并采用Freun改性小麦秸秆生物炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能
摘要:以小麦秸秆为原料,通过高温热解和硝酸改性得到小麦秸秆生物炭吸附材料,将其应用于水中重金属六价铬[Cr(Ⅵ)]的处理,研究改性时间、溶液初始pH值、投加量对吸附效果的影响,并采用Freundlich和Langmuir等温吸附方程对等温吸附过程进行拟合。扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,简称SEM)表征结果表明,采用硝酸改性后的小麦秸秆生物炭内部结构舒展,孔隙丰富,具有更大的吸附空间,更有利于材料对Cr(Ⅵ)的吸附作用。批量处理吸附试验结果表明,对于50mL浓度为100mg/L的含Cr(Ⅵ)废水,改性小麦秸秆生物炭的最佳吸附条件为pH值3、、吸附时间12h。等温吸附试验结果表明,吸附过程更符合Freundlich模式,。
关键词:六价铬;小麦秸秆;生物炭;硝酸改性;吸附性能;影响因素
中图分类号:X52文献标志码:A
文章编号:1002-1302(2020)07-0250-05
近年来,随着我国工业化、城市化的快速发展,重金属废水的排放量也在迅猛增加,给人类的健康生存和生态的可持续发展带来了严重危害[1]。其中,六价铬[Cr(Ⅵ)]由于其高毒性在重金属污染中尤为突出,引起了全世界的普遍关注,世界各国都将铬(Ⅵ)污染列为重点防治的对象[2-5]。长期以来,吸附法因其操作简便、有效等优点而被认为是去除环境中重金属的适宜方法[6-8]。然而,由于传统的活性炭材料吸附效率有限,可再生性不强,且经济成本较高,从而限制了其在实际中的应用[7]。因此,寻找新型高效廉价的吸附材料逐渐成为吸附领域的研究热点。近年来,以秸秆、家畜粪便、工业污泥为代表的生物质原料引起了人们的广泛关注[8-9]。这些生物质原料大多来源于工业和农业生产过程中的副产品或废弃物,具有来源广泛、成本低廉,环境稳定性高等特点,在吸附领域具有很大的应用前景[10-13]。但是,生物质原料作为吸附剂直接使用的效果不佳,因此需要在利用前对其进行改性。
本研究以小麦秸秆为原料,采用氮气氛围下慢速热解并加硝酸改性的方式获得小麦秸秆生物炭,然后用扫描电镜对样品的结构形貌进行表征分析,再然后结合批量吸附试验,探究改性前后小麦秸秆生物炭对水溶液中铬的吸附特性和机制,最后对试验结果进行等温吸附模型和吸附动力学模型拟合,反映吸附特性,阐述其吸附机制,以期为小麦作物秸秆的资源利用、重金属吸附治理提供理论依据。
1材料与方法

小麦秸秆原材料取自江苏省南通市,将小麦秸秆依次用自来水、蒸馏水洗去附着在表面的灰尘,风干、剪碎、研磨并过60目筛后置于干燥箱中,于80℃干燥24h后备用。二苯碳酰二肼、硫酸、磷酸、丙酮、硝酸、氢氧化钠均为国产分析纯,重铬酸钾为优级纯。试验所用Cr(Ⅵ)溶液为用重铬酸钾配制成的100mg/L储备液。
紫外-可见分光光度计,美国安捷伦公司;扫描电子显微镜,日本日立公司。

将小麦秸秆置于马弗炉中,在氮气的保护下,以1℃/min的速率升温至350℃并保持2h,待小麦秸秆自然冷却至恒温后取出,洗净、烘干,得到小麦秸秆生物炭。取2g小麦秸秆生物炭,加入50mL硝酸(6mol/L)中酸化4h,洗净、抽滤烘干后,得到用硝酸改性的小麦秸秆生物炭。

用扫描电子顯微镜(scanningelectronmicroscope,简称SEM)对样品进行表征,对样品进行喷金处理后,观察改性前后小麦秸秆生物炭的表面形貌结构特征。

将50mL浓度为100mg/L的Cr(Ⅵ)溶液放入250mL具塞锥形瓶中,向其中加入一定量干燥的生物炭吸附剂,置于恒温振荡器中,以150r/min的速度回旋振荡,吸附一定时间后,过滤、取滤液,用二苯碳酰二肼分光光度法测定溶液中的总铬浓度,根据吸附前后溶液中的Cr(Ⅵ)质量浓度,分别依据式(1)和式(2)计算吸附剂的平衡吸附量(qe,mg/g)和Cr(Ⅵ)的吸附率(η,%):
2结果与分析

如图1-a所示,改性前小麦秸秆生物炭在扫描电镜下的微观形貌呈现出无序的褶皱结构,且表面为闭塞状态;如图1-b所示,经过硝酸改性后,褶皱部分变得平整有序,表面孔隙结构发达,出现了大量直径为10μm左右的孔道,不仅增大了比表面积,而且增加了Cr(Ⅵ)与材料的接触面积,更有利于Cr(Ⅵ)在材