生物炭的化学改性及其对铜的吸附研究

【摘要】生物炭(biochar)因其特殊的结构性质而具有较高的环境污染修复潜力,生物炭的化学改性及其在重金属污染水体的修复受到了越来越多研究者的关注。本论文在综述生物炭的基本理化性质、常规制备技术、生物炭化学改性方法以及修复和治理环境污染物的基础上,采用了一种化学修饰方法,制备了氨基官能团改性的生物炭,系统研究了氨基改性生物炭对典型重金属铜的吸附应用;探究了改性生物炭吸附铜的动力学和热力学,研究了环境因素对吸附过程的影响,并提出吸附机理。本论文主要得到以下结论：1.以锯末biochar为对象,经过硝化反应和还原反应,制备了氨基官能团改性的生物炭。与未改性的生物炭相比,虽然比表面积和表面形貌变化较小,但元素组成和表面官能团有较大变化：其中,N元素含量由原来的0.3%增加到4.6%,表明生物炭的表面新增了大量的氨基官能团。2.改性生物炭对重金属Cu(Ⅱ)的吸附能力达到未修饰生物炭的5倍；氨基改性生物炭对重金属Cu(Ⅱ)的吸附动力学符合伪二级动力学模型,这表明吸附过程是化学吸附速率控制的过程；吸附热力学研究表明,该吸附过程是一个吸热过程,并且其符合朗缪尔吸附等温线模型,这说明吸附过程是单层吸附的过程。3.模拟的环境条件实验表明,在pH为4.0-6.0时,pH对氨基修饰生物炭吸附Cu(Ⅱ)的影响较小,腐殖质则对该吸附过程基本没有干扰,但离子强度和竞争离子则对吸附过程产生较大影响,离子强度的增加不利于Cu(Ⅱ)的吸附。氨基修饰的生物炭通过柱实验表现出对重金属的富集能力(有效处理体积BV)大约是未修饰生物炭的8倍。4.衰减全反射傅里叶红外变换和X射线光电子能谱表明氨基修饰生物炭表面的氨基官能团与溶液中的Cu(Ⅱ)发生了络合反应,从而以稳定络合物的形态对重金属Cu(Ⅱ)产生吸附作用。
【作者】杨广西；
【导师】江鸿；
【作者基本信息】中国科学技术大学，可再生洁净能源，2014，硕士
【关键词】生物炭；氨基改性；吸附；污水重金属；动力学；热力学；机理；

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