再力花生物炭的制备及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究.pdf
再力花生物炭的制备及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究 摘 要 20 再力花是一种多年生挺水植物， 世纪初作为观赏植物引入中国南部地区。因 为其能够在水域迅速繁殖，生物量大且根系发达，对水体中的氮、磷等营养物质有 很强的吸收富集能力，后来在污染水体修复领域被广泛应用。再力花在冬季进入衰 亡期，植株残体在水体中自然腐解会造成水体的二次污染。对再力花植株进行修剪、 收割，并以堆积、填埋的方式处理，又造成了资源浪费。因此，如何资源化利用是 污水生态净化工程中不得不面对的问题。再力花植株含有丰富的纤维素、半纤维素 和木质素，是制备生物炭的良好材料。 , 600 本论文以再力花根、茎、叶为前体 通过限氧热解法制备 ℃再力花根生物炭、 700℃再力花茎生物炭、300℃再力花叶生物炭，并用其处理水体中的Cr(Ⅵ)。利用 SEM BET FTIR XPS 、元素分析、 、 和 等手段研究再力花根、茎、叶原料及相应的生 Cr( ) 物炭的表面结构，通过单因素实验考察三种生物炭吸附 Ⅵ 的最佳反应条件 （热 解温度、投加量、pH 值、反应时间与温度），并应用吸附动力学模型、吸附等温模 型、吸附热力学模型对实验数据进行拟合探究三种生物炭的吸附机理。具体结论如 下： （1）SEM 分析表明，制备的三种生物炭表面粗糙且孔隙更丰富，600℃再力花 700 600 根生物炭、 ℃再力花茎生物炭表面孔隙较多，但 ℃再力花根生物炭表面部分 300 坍塌， ℃再力花叶生物炭表面较为光滑，孔隙极少。元素分析表明，热解后三种 生物炭的C含量相较于原料而言增加了16.21%-36.08%，O 和H 含量下降，通过比 H/C (N+O)/C O/C 700 较 、 、 原子比发现， ℃再力花茎生物炭的芳香化程度最高、性 300 BET 质最稳定， ℃再力花叶生物炭的极性最强。 分析表明，三种生物炭的比表面 积与原料相比均大幅增加，600℃再力花根生物炭、700℃再力花茎生物炭、300℃再 2 2 2 155.85m /g 460.35m /g 13.49m /g 300 力花叶生物炭比表面积分别为 、 、 ， ℃再力花茎 600 300 生物炭的比表面积远大于 ℃再力花根生物炭和 ℃再力花叶生物炭，具有更发 达的孔隙结构。FTIR 分析表明，三种生物炭中含氧官能团种类和数量与原料相比有 300 700 所减少， ℃再力花叶生物炭中仍含有大量的羟基、羧基等官能团，而 ℃再力 600 花茎生物炭和 ℃再力花根生物炭中含氧官能团数量和种类极少。吸附后三种生物 炭的部分峰位移动、波峰变宽或消失，表明三种生物炭表面含氧官能团与Cr(Ⅵ)发 XPS Cr( ) Cr( ) Cr( ) 生相互作用。 分析表明，吸附 Ⅵ 后的三种生物炭中都发现了 Ⅲ 和 Ⅵ Cr( ) Cr( ) 的特征峰，表明 Ⅵ 成功吸附在生物炭表面并有部分还原为 Ⅲ 。
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