生物炭材料对亚甲基蓝和磷的吸附效果和吸附机理研究

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印染废水是目前工业废水处理的难点问题之一。随着印染工业的发展,印染废水中不仅含有染料分子,其印染过程中表面活性剂等助剂的使用导致了含磷印染废水的产生。过量的磷元素会导致水体富营养化,而染料大多有“三致”作用(致癌、致畸、致突变)。因此,含磷印染废水排入水体之前有必要先进行处理。
  生物炭具备比表面积高、结构多孔和表面官能团丰富的特点,而对各种污染物的废水都有很好的吸附能力。本文以柚子皮、巴旦木壳和广玉兰叶为生物质原材料,以亚甲基蓝(MB)和磷为研究对象,采用FTIR、BET、SEM等一系列手段进行表征,并结合吸附等温线、吸附动力学等模型分析其吸附机理,测试了初始浓度、pH值、热解温度等因素对生物炭去除溶液中亚甲基蓝的影响,在此基础上采用氯化镁浸渍改性生物炭并研究其对水中磷的去除,以期得到一种高效吸附剂应用于含磷印染废水的处理。主要研究结果如下:
  (1)傅里叶变换红外分析表明官能团羧基和羟基是参与吸附MB的主要反应基团。随着溶液初始浓度的增加,MB的去除率降低。碱性条件更有利于巴旦木壳生物炭(BBC)、广玉兰叶生物炭(MBC)、柚子皮生物炭(PBC)吸附亚甲基蓝。亚甲基蓝在PBC、MBC上的吸附属于吸热过程,在BBC上的吸附属于放热过程。BBC、PBC和MBC对MB的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附线模型。MBC对MB的吸附效果更好。
  (2)随着热解温度升高,表面官能团种类减少,芳香性和极性增大。随着热解温度的升高,广玉兰叶生物炭对MB的吸附容量先减小后增加。热解温度为450℃的广玉兰叶生物炭对MB的吸附效果更好,其最大吸附量为114.15mg/g。
  (3)镁改性广玉兰叶生物炭(Mg-MBC)对磷的吸附符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型。表征结果显示改性使得广玉兰生物炭的比表面积显著增加,并且Mg-MBC表面形成了MgO,对磷的吸附起到促进作用。改性后生物炭能很好的吸附去除磷,其理论最大吸附量可达58.75mg/g。该生物炭同时去除亚甲基蓝和磷时也具有很好的吸附效果,具有实际应用前景。
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