文摘

本文提供了足够的证据如何crop-residual-derived木炭可以有效地恢复土壤重金属污染。本文稻草char三个温度的300°C, 500°C, 700°C,贴上RS300, RS500, RS700,准备通过低温热解技术使用稻草为原料,和Pb的竞争吸附解吸^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +}在酸性溶液和机制进行了静态吸附实验。自从crop-residual-derived木炭可以有效地恢复土壤的营养结构,有助于防止粮食产量的减少,也是一种可再生的环保资源本身,这可能是用于控制重金属离子的污染,预计crop-residual-derived木炭将一个新的吸附材料,可以用来控制未来的重金属污染;生物炭的吸附效果随着新的吸附材料对重金属离子有一个明显的优势在传统吸附剂材料,生物炭是一种可再生能源,是便宜和更好的回收资源。

1。介绍

随着经济的快速发展,城市化和工业化的进程变得越来越快了。大量的重金属如锌、铜、镉、铅和汞被排入空气,水体,土壤,导致日益严重的环境问题。在我们国家,大约1.8亿年的耕地μ在区域污染的重金属,如铅、Cd,铜、锌,以及超过1000万吨粮食被镉污染(称为Cd纹)、锌(称为锌粒),和其他重金属,每年造成的直接经济损失超过200亿元(1]。近年来,在中国土壤重金属污染事件频繁发生,严重影响耕地的质量和农产品和大大危及人们的健康和社会的稳定2]。由于土壤重金属污染也具有积累、隐蔽,和长期的坚持,他们不仅可以形成严重影响作物的生长和产量也积累通过食物链在动物和植物被排入土壤后,导致一个严重的威胁对生物和人类的健康3]。目前,有很多方法来控制土壤污染,主要包括物理、化学和生物方法。一般来说,化学吸附法被认为是优先选择,由于其温和的价格等优势,操作简单,有效的减排效果。同时,木炭,在所有的化学吸附的方法,可以作为吸附材料,把重金属污染中发挥巨大的作用,考虑到(i)表面富含各种官能团,拥有发达的多孔结构,(2)它有一个大的比表面积,和(3)粒子表面含有大量的负电荷,具有高电荷密度。将它添加到土壤可以显著改善土壤的物理和化学性质,特别是重金属的吸附能力,显示了良好的前景。木炭是广泛的来源。自中国水稻种植大国,稻草生产木炭的使用控制土壤重金属污染不仅会有助于保护环境,并把废物变成宝藏也提高资源利用率。因此,有一个深远意义进行土壤重金属污染的研究治疗提高农产品的质量,保护人们的健康。目前,重金属污染的问题引起了广泛关注,作为重点和方向的许多环保人士在他们的研究活动(4,5]。

土壤是人类的主要自然资源之一,也是人类和其他动物的物质基础,以便取食物并提取营养素。然而,随着发展的采矿、冶炼、电镀行业近年来,土壤重金属污染日益严重,尤其是耕地重金属的污染,被认为是一个主要因素影响我们国家的食品安全,引起了广泛关注6]。目前,土壤的重金属污染逐渐增加在中国的面积逐年扩大,与源呈现出多元化发展的趋势。由统计数据显示,约300亿到400亿吨未经处理的工业废水排放,每年在中国用于灌溉农田,占总面积的45%以上的农田灌溉与我国废水(7]。到2011年底,约2000万的耕地μ在区域已经被重金属污染,如Cd, Pb,,铬、铜、锌,占耕地总面积的五分之一。约1200万吨谷物每年由重金属污染。自酸性土壤中的重金属污染物的特点是流动性较差,长期坚持和不能被土壤微生物很容易退化,很难进行后续治疗后土壤被重金属污染。因此,迫切需要开展土壤重金属污染的预防和控制。

土壤重金属污染会影响植物的生长和发育,农产品的产量和品质。在田间作物,主要重金属污染物对中国的农产品包括铅、Cd,铜和锌8,9]。环境中重金属迁移积极;作为一种化学元素相对严重的毒性生物和人类,他们是人类主要通过链式soil-crops-food吸收。研究中显示,超过70%的铅、Cd、铜、锌等重金属元素在人体内来自食物和蔬菜10,11]。土壤重金属污染可能导致农产品产量和品质降低,大大影响了我国农业的可持续发展,这可能会进一步威胁到人类的生命和健康通过食物链中的积累(12]。镉,例如,可以结合硫醇氨基酸和蛋白质,导致氨基酸蛋白质的失活,甚至导致植物的死亡;也可能影响镉在植物抗氧化酶的活性,破坏细胞膜系统和生物大分子如蛋白质通过生成过多的氧自由基,从而可以抑制水稻叶绿素的合成和植物的生长。如果一个人消耗cadmium-contaminated食物很长一段时间,他的肾小管功能将受到影响,将容易软骨疾病的人。领导有很大伤害人类骨髓造血系统和神经系统,这在体内积累到一定数量后,会损害肾脏的功能和情报。长期食用高铅环境中食物也会引起高致畸和致癌风险。土壤重金属污染也带来了严重的经济损失。据报道,重金属污染会导致粮食产量减少超过1000万吨每年,和大约1200万吨每年粮食重金属污染。因此,重金属污染可能导致经济损失至少200亿元。

传统活性炭使用煤作为原料,和原煤中含有一定量的氧化silicon-aluminum [13),灰分含量通常是高的。因此,煤基活性炭孔结构的形成是有限的。而煤是一种不可再生能源,生物质活性炭的原料是农业和林业废弃物,如枣(14,15],核桃壳[16],核桃壳[17),茶叶废料(18,19],玉米棒[20.,21],椰子壳[22,23),甜菜根(24),花生壳(25],稻壳[13),棉壳(20.),香蕉皮20.],竹浪费[26),橄榄核(27),樱桃核(28],橙皮[29日),咖啡豆pod (30.),玉米秸秆(31日),和木薯皮肤(32]。它们富含低价格以及可再生来源。更重要的是,基于生物质活性炭意识到浪费资源的重用。近年来,生物质活性炭的制备及应用吸引了太多的关注。此外,与传统吸附材料相比,生物质活性炭具有较大的比表面积,吸附容量大,吸附速度快,解吸条件温和,容易再生。作为一种新型的吸附材料、生物质活性炭变得更广泛用于治疗重金属离子废水。

2。实验

2.1。实验设备

所有解决方案是由去离子水,所有的试剂都是分析纯试剂。实验试剂包括乙酸、乙酸钠、酸、氢氧化钠、硝酸铅、镉硝酸盐、硝酸铜、硝酸锌、铅标准溶液(1 g / L), Cd标准溶液(1 g / L),铜标准溶液(1 g / L)和锌标准溶液(1 g / L)。实验制备过程如图1。(1)吸附和解吸背景解决方案,0.02更易与L / L乙酸+ 0.02更易与醋酸钠, 。1.64克(CH3COONa)乙酸钠;添加1.15毫升冰乙酸(醋酸,后98%);然后加入去离子水稀释到950毫升;测量溶液的pH值,调整溶液的pH值与pH值4.5规定的解决方案,并将去离子水添加到指定的体积(2)重金属离子的母亲解决方案。铜(不₃)₂溶液的浓度1更易/ L是用来准备1000毫升的母亲解决方案,由去离子水稀释到指定的数量的铜离子的母亲解决方案。制备的锌,镉,铅离子的母亲解决方案采用相同的过程,准备铜离子的母亲解决方案(3)重金属离子混合操作的解决方案。把背景解决方案( )4重金属离子和母亲解重金属离子在不同卷到7 1000毫升容量的玻璃瓶,准备重金属离子混合操作解决方案与7梯度浓度,即。,0(背景的解决方案, ),0.1,0.5,1.0,2.5,5.0,和10.0更易/公斤(4)pH值监管解决方案。氢氧化钠或盐酸溶液的浓度为0.1 mol / L(5)制备的混合标准的解决方案。采用相同的制备方法,制备混合操作的解决方案,和4列出了金属离子浓度如下

铜浓度的标准曲线范围以原子吸收光谱(AAS): 0.0, 0.1, 0.5, 1, 5 mg / L

锌浓度的标准曲线范围以原子吸收光谱(AAS): 0.0, 0.1, 0.5, 1和2 mg / L

浓度标准曲线范围的Cd以原子吸收光谱(AAS): 0.0, 0.1, 0.5, 1和2 mg / L

浓度标准曲线范围的Cd以原子吸收光谱(AAS): 0.0, 0.1, 1.0, 5、10 mg / L

实验中使用的设备包括桌面高速离心机、原子吸收光谱、电子天平、酸度计、超纯水设备,箱内电阻炉,恒温水浴振荡器,和傅里叶变换红外光谱仪,详细表1。

2.2。Crop-Residual-Derived炭的制备方法和过程

炭化,权衡特定数量的风干农作物秸秆,隔绝氧气条件下正交,在300°C, 500°C,和700°C,分别33]。下面列出的详细步骤。把烧杯放入马弗炉炭化(温度增加速度的10°C /分钟,300°~ 700°C);提高温度到指定的水平和保持2小时;炉的门稍微打开,让烧杯冷却到环境温度,取出烧杯和权衡。采用相同的过程准备约100 g木炭在每个温度水平;和地面和筛选后60网,木炭正确存储。

仅供选择,木炭生产在300°C, 500°C,和700°C可以被选择作为吸附材料在实验中,确定为RS300, RS500和RS700分别。

2.3。实验方法

实验由两部分组成,每个部分的样本大小计算如下:7空白控制样本(即不添加任何吸附材料。,working solution with a concentration of 0 ~ 2.5 mmol/L, no repetition) +3 processing samples (charcoal BC300, BC500, and BC700 prepared at 300°C, 500°C, and 700°C, respectively) ×7 working solutions ×2 repetitive times =49 samples.

2.3.1。竞争吸附实验

(1)重。权衡炭样品50毫升的离心管按照指定的要求在上面的表中(2)解决方案之外。移动25毫升重金属离子工作解决方案(铜离子溶液,0 ~ 2.5更易/ L)准确的吸管25毫升(3)振动。水平位置和振动的速度解决方案220 r / min 25°C 24小时(4)离心法。离心机的速度解决方案4000 r / min 10分钟(5)过滤。定量滤纸过滤解决方案,测量过滤溶液的pH值已经摇晃均匀后,加1滴浓硝酸和把它均匀(6)测量。测量过滤后的溶液中重金属离子的浓度与原子吸收光谱(AAS)

2.3.2。有竞争力的解吸实验

(1)干燥。将离心管(包括残差),离心机的吸附实验进入干燥室,干燥常数体重45°C(2)解决方案之外。移动25毫升吸附和解吸背景解决方案(醋酸0.02 mol / L +醋酸钠0.02 mol / L, )准确的吸管25毫升(3)振动。水平位置和振动的速度解决方案220 r / min 25°C 24小时(4)离心法。离心机的速度解决方案4000 r / min 10分钟(5)过滤。与定量滤纸过滤解决方案,加一滴浓硝酸和把它均匀(6)测量。测量过滤后的溶液中重金属离子的浓度与原子吸收光谱(AAS)

3所示。结果和分析

3.1。竞争吸附和解吸的铅^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

3.1.1。竞争吸附Pb2 + Crop-Residual-Derived木炭在酸性溶液

因为它是如图2和3铅的吸附^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。实验浓度范围内,因为Pb的数量^{2 +}吸附,RS300 RS500, RS700随着Pb2 +的浓度增加而增加,当重金属离子的浓度达到2.5000更易/ L, Pb的数量^{2 +}吸附由RS300 RS500, RS700达到最高水平,即。,410。20 mmol/kg, 393.77 mmol/kg, and 371.16 mmol/kg, respectively. The competitive adsorption rates of RS300, RS500, and RS700 show no significant variation as the concentration Pb^{2 +}的增加,在65% ~ 75%的范围。当重金属离子的浓度达到2.5000更易/ L,竞争Pb^{2 +}吸附率RS300、RS500 RS700是66.4%,60.0%,和59.5%,分别。建议重金属离子的浓度对铅有轻微影响^{2 +}吸附能力的三种类型的crop-residual-derived木炭,当重金属离子的浓度达到2.5000更易与L, RS300显示了竞争吸附铅的最佳效果^{2 +}。

3.1.2。竞争铅的解吸^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是图所示4,重金属离子的浓度对铅有轻微影响^{2 +}在酸性溶液解吸率crop-residual-derived木炭。在实验的浓度范围,解吸率RS300, RS500, RS700是控制在一个较低水平,当铅的浓度^{2 +}增加。当重金属离子的浓度达到2.5000更易/ L,竞争Pb^{2 +}解吸率RS300、RS500 RS700是7.91%,8.05%,和5.35%,分别。建议铅的吸附^{2 +}在酸性溶液crop-residual-derived木炭是非常稳定的,和重金属离子不能眠。因此,确定吸附铅的木炭RS300是最有效的^{2 +}当重金属离子的浓度是2.5000更易与L,考虑结果的竞争吸附实验和竞争力的解吸实验。

3.2。竞争吸附和解吸的Cd^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

3.2.1之上。竞争吸附的Cd^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是如图5和6吸附的Cd^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。在实验的浓度范围,Cd^{2 +}吸附量和吸附率RS300 RS500,然后RS700降低首先和增加,当重金属离子的浓度达到2.000更易与L Cd^{2 +}吸附量和吸附率达到峰值点。RS300的最大竞争吸附量、RS500 RS700 141.79更易/公斤,更易与151.61公斤,每公斤和117.41更易,分别和最大竞争吸附率是14.2%,21.6%,和27.3%,分别。当重金属离子的浓度是1.000更易与L, 1.500更易/ L和2.500更易与L,吸附量和吸附率很低。建议重金属离子的浓度显著影响竞争力的Cd^{2 +}吸附能力的三种类型的crop-residual-derived木炭,当重金属离子的浓度达到2.0000更易与L, RS500显示了Cd的竞争吸附最好的效果^{2 +}。

3.2.2。竞争解吸的Cd^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是图所示7竞争激烈的Cd^{2 +}解吸率crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。实验浓度范围内,随着浓度的Cd^{2 +}增加,Cd^{2 +}解吸率RS300首先然后增加,减少,当重金属离子的浓度达到2.000更易/ L, Cd^{2 +}解吸率达到了峰值点。,364.27%;Cd^{2 +}解吸率RS500首先然后增加,减少,当重金属离子的浓度达到1.5000更易/ L, Cd^{2 +}解吸率达到了峰值点。,70.26%;和光盘^{2 +}解吸率RS700首先增加然后减少,当重金属离子的浓度达到0.5000更易与L Cd^{2 +}解吸率达到了峰值点。,138.47%。当重金属离子的浓度达到2.000更易/ L和2.5000更易与L,竞争Pb^{2 +}解吸率RS500 RS700非常低。建议Cd的吸附^{2 +}在酸性溶液crop-residual-derived木炭RS500 RS700非常稳定,和重金属离子不能眠。然而,RS300的解吸率高,表明吸附稳定性很差。因此,确定吸附Cd的木炭RS500是最有效的^{2 +}当重金属离子的浓度是2.0000更易与L,考虑从竞争吸附实验结果和竞争解吸实验。

3.3。竞争吸附和解吸的铜^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

3.3.1。竞争吸附的铜^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是如图8和9铜的竞争吸附^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。实验浓度范围内,铜的浓度^{2 +}增加,铜^{2 +}吸附量RS300、RS500 RS700增加,和铜^{2 +}首先吸附率保持稳定并增加,当重金属离子的浓度达到2.000更易与L Cd^{2 +}吸附量和吸附率达到峰值点。RS300的最大竞争吸附量、RS500 RS700 103.53更易/公斤,更易与264.04公斤,每公斤和327.77更易,分别和最大竞争吸附率是29.13%,50.0%,和73.5%,分别。当重金属离子的浓度是2.500更易与L,所有这些的吸附量和吸附率三种类型的crop-residual-derived木炭很低。建议重金属离子的浓度有一个小铜影响竞争力^{2 +}吸附能力的三种类型的crop-residual-derived木炭,当重金属离子的浓度达到2.0000更易与L, RS700显示了竞争吸附铜的最佳效果^{2 +}。

3.3.2。竞争铜的解吸^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是图所示10,竞争铜^{2 +}解吸率crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。实验浓度范围内,铜的浓度^{2 +}增加,铜^{2 +}解吸率RS300首先增加然后减少,当重金属离子的浓度达到1.000更易/ L,铜^{2 +}解吸率达到了峰值点。,436.80%;和铜^{2 +}解吸率RS500显示无显著变化。建议铜的吸附^{2 +}在酸性溶液crop-residual-derived木炭RS500 RS700非常稳定,和重金属离子不能眠。然而,RS300解吸率显著不同,这表明吸附稳定性很差。因此,确定吸附铜的木炭RS700是最有效的^{2 +}当重金属离子的浓度是2.0000更易与L,考虑结果的竞争吸附实验和竞争力的解吸实验。

3.4。竞争吸附和解吸的锌^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

3.4.1。竞争吸附锌^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是如图11和12锌的吸附^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。在实验的浓度范围,锌^{2 +}吸附大量的RS300, RS500, RS700增加首先然后下降到零,当重金属离子的浓度达到0.5000更易/ L,锌^{2 +}吸附量达到峰值点。RS300的最大竞争吸附量、RS500 RS700 21.66更易/公斤,6.16更易/公斤,分别和更易与8.82公斤。锌的浓度^{2 +}增加,竞争吸附率增加首先和减少。当重金属离子的浓度是2.000更易与L,吸附率为25.0%,50.0%,和73.5%,分别。当重金属离子的浓度是2.500更易与L, RS500的吸收率和RS700达到最低水平。建议重金属离子的浓度显著影响竞争力的锌^{2 +}吸附能力的三种类型的crop-residual-derived木炭,当重金属离子的浓度达到0.5000更易与L, RS300显示了竞争吸附锌的最佳效果^{2 +}。

3.4.2。竞争解吸锌^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是图所示13、竞争激烈的锌^{2 +}解吸率crop-residual-derived木炭在酸性溶液影响重金属离子的浓度。实验的浓度范围,锌的浓度^{2 +}增加,锌^{2 +}解吸率RS700减少首先然后趋于0。当重金属离子的浓度达到2.000更易/ L,锌^{2 +}解吸率达到了峰值点。,99.76%;的锌^{2 +}解吸率RS500减少首先,最终达到零。锌的建议^{2 +}在酸性溶液解吸RS500和RS700很低,虽然RS300的解吸率差别很大,建议一个贫穷的吸附稳定性。因此,不建议实现锌的竞争吸附^{2 +}crop-residual-derived木炭,考虑两个竞争吸附实验的结果和竞争解吸实验。

3.5。等温吸附模型

静态吸附容量是一个重要的测量来描述和预测吸附剂的吸附性能。因此,朗缪尔模型和弗伦德里希模型可以用来分析的竞争吸附特性crop-residual-derived木炭在酸性溶液吸附前后样品浓度的差异(34]。在上面的实验中,我们建立了七组不同重金属离子浓度梯度和测试浓度的重金属离子吸附平衡后在相应的解决方案。获得的数据转化为吸附能力。朗缪尔方程, ,弗伦德里希的方程, ,被用来适应Pb (II)的等温吸附曲线,Cd (II)、铜(II)、锌(II)。结果如表所示2- - - - - -5。

3.5.1。竞争吸附铅的典范^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是表所示2Pb的竞争吸附模型^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭(RS300、RS500 RS700)在酸性溶液显示一个好的适合的等温吸附方程。弗模型,和所有值超过0.98。然而,当朗缪尔模型拟合结果表明,弗伦德里希的线性显著低于模型。

朗缪尔吸附等温方程是用来计算的最大平衡吸附能力RS300, RS500 RS700,更易与833.3 /公斤,1000.0更易/公斤,分别和更易与909.1公斤。他们正在接近实验数据,表明铅的吸附^{2 +}木炭在酸性溶液非常稳定,吸附稳定是测序 。

弗伦德里希方程,描述参数吸附容量也显示了类似的趋势,进一步表明,Pb的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的木炭酸性溶液中很稳定。众所周知弗伦德里希吸附模型的数据分析的基础上,在Pb的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭,值都大于1,这可以确定Pb的竞争吸附^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液在一个标准的弗伦德里希吸附模式。

3.5.2。竞争吸附模型的Cd^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是表所示3竞争吸附的Cd^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭(RS300、RS500 RS700)在酸性溶液显示一个好的适合的等温吸附方程。弗模型,和所有值超过0.95。然而,当朗缪尔模型拟合结果表明,弗伦德里希的线性显著低于模型。

朗缪尔吸附等温方程是用来计算的最大平衡吸附能力RS300, RS500 RS700,更易与17.5 /公斤,1428.6更易/公斤,分别和更易与20.5公斤。他们接近实验数据,表明吸附的Cd^{2 +}木炭在酸性溶液非常稳定,吸附稳定是测序 。

弗伦德里希方程,描述参数吸附容量也显示了类似的趋势,进一步表明,Pb的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的木炭酸性溶液中很稳定。众所周知基于弗伦德里希吸附的数据模型分析,竞争吸附的Cd^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭,值都大于1,这可以确定的竞争吸附Cd^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液在一个标准的弗伦德里希吸附模式。

3.5.3。竞争吸附铜的典范^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是表所示4铜的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭(RS300、RS500 RS700)在酸性溶液显示一个好的适合的等温吸附方程。弗模型,和所有值超过0.94。然而,当朗缪尔模型拟合结果表明,弗伦德里希的线性显著低于模型。

朗缪尔吸附等温方程是用来计算的最大平衡吸附能力RS300, RS500 RS700,更易与30.1 /公斤,212.8更易/公斤,分别和更易与238.1公斤。他们正在接近实验数据,表明铜的吸附^{2 +}木炭在酸性溶液非常稳定,吸附稳定是测序 。

弗伦德里希方程,描述参数吸附容量也显示了类似的趋势,进一步表明铜的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的木炭酸性溶液中很稳定。众所周知基于弗伦德里希吸附的数据模型分析,竞争吸附的铜^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭,值都大于1,这可以确定铜的竞争吸附^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液在一个标准的弗伦德里希吸附模式。

3.5.4。竞争吸附锌的典范^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

因为它是表所示5锌的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭(RS300、RS500 RS700)在酸性溶液显示一个好的适合的等温吸附方程。弗模型,和所有值超过0.90。然而,当朗缪尔模型拟合结果表明,弗伦德里希的线性显著低于模型。

朗缪尔吸附等温方程是用来计算的最大平衡吸附能力RS300, RS500 RS700,更易与28.4 /公斤,40.8更易/公斤,分别和更易与31.3公斤。他们正在接近实验数据,表明锌的竞争吸附^{2 +}木炭在酸性溶液非常稳定,吸附稳定是测序 。

弗伦德里希方程,描述参数吸附容量也显示了类似的趋势,进一步表明锌的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的木炭酸性溶液中很稳定。众所周知弗伦德里希吸附模型的数据分析的基础上,在锌的竞争吸附^{2 +}通过三种类型的crop-residual-derived木炭,值都大于1,这可能是确定的竞争吸附锌^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液在一个标准的弗伦德里希吸附模式。

3.6。重金属离子的竞争吸附机制Crop-Residual-Derived木炭在酸性溶液

为了研究重金属离子的吸附机制crop-residual-derived木炭在酸性溶液,RS300, RS500,和RS700用作吸附剂,和重金属离子(Pb^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +})是用作吸附物质。混合三种类型的木炭与重金属离子的固液比工作的解决方案1:200年,调整悬架的pH值为4.5,并暂停放入恒温瓶摇2小时。后24小时保持在25°C,分别悬浮的固体和液体的真空过滤。干crop-residual-derived木炭的一部分样品,红外线灯下吸附重金属离子。傅里叶变换红外光谱(FTIR)的红外光谱是用来测量重金属离子或木炭之前和之后的竞争吸附,用扫描的范围400 ~ 4000厘米¹的分辨率下,4.0厘米¹。32倍的重复扫描,并总结结果。RS300的红外光谱,RS500 RS700前后吸附在图所示14(35- - - - - -37]。

为了研究铅的吸附机制^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液,测量已经执行了RS300的红外光谱,RS500,吸附前后RS700, RS300, RS500,和RS700用作吸附剂,和重金属离子(Pb^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +})是用作吸附物质,如图15- - - - - -18。

3.6.1。竞争吸附铅的机制^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

为了研究铅的吸附机制^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液,测量已经执行了RS300的红外光谱,RS500,吸附前后RS700, RS300, RS500,和RS700用作吸附剂,和Pb^{2 +}用作吸附物质,如图15。

因为它是图所示15,RS300吸附达到3438厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的铅^{2 +}吸附峰转移到3408厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS300 2919厘米¹是碳氢键的伸缩振动,在吸附铅的吗^{2 +}吸附峰转移到2936厘米¹通过红移。它表明氢键结构是由铅^{2 +}和RS300。吸附达到1606厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质。吸附后的铅^{2 +}吸附峰转移到1643厘米¹通过红移,说明π- - - - - -π共轭结构中存在芳香结构由Pb^{2 +}和RS300。此外,RS300还含有单键伸缩振动(1096厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1096厘米¹),吸附后,吸附峰转移到1061厘米¹通过蓝移。

RS500吸附达到3417厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的铅^{2 +}吸附峰转移到3408厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS500 2951厘米¹是碳氢键的伸缩振动,但在吸附铅^{2 +},吸附峰不明显转变,这表明官能团没有参与铅的吸附^{2 +}。吸附达到1629厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质。吸附后的铅^{2 +}吸附峰转移到1619厘米¹通过红移,说明π- - - - - -π共轭结构中存在芳香结构由Pb^{2 +}和RS500。此外,RS500还含有单键伸缩振动(1104厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1104厘米¹吸附后),但是,这些吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与铅的吸附^{2 +}。

同样,RS700吸附达到3417厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的铅^{2 +}吸附峰转移到3408厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS700 2951厘米¹是碳氢键的伸缩振动,但在吸附铅^{2 +},吸附峰不明显转变,这表明官能团没有参与铅的吸附^{2 +}。吸附达到1629厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质(38]。吸附后,吸附峰转移到1619厘米¹通过红移,说明π- - - - - -π共轭结构中存在芳香结构由Pb^{2 +}和RS700。此外,RS700还含有单键伸缩振动(1104厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1104厘米¹吸附后),但是,这些吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与铅的吸附^{2 +}。

基于数据如图14和15它可以发现,单一的机制和竞争吸附不是RS300之间的不同,RS500, RS700,伸缩振动地或羟基氧,碳氢键伸缩振动,苯环结构,离子效应。

操作。竞争吸附机制的Cd^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

为了研究吸附机制的Cd^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液,测量已经执行了RS300的红外光谱,RS500,吸附前后RS700, RS300, RS500, RS700用作吸附剂,和Cd^{2 +}用作吸附物质,如图16。

因为它是图所示16,RS300吸附达到3675厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的Cd^{2 +}吸附峰转移到3659厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS300 2919厘米¹是碳氢键的伸缩振动,但在吸附,吸附峰不明显转变,表明吸附官能团没有参与。吸附达到1423厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,但吸附后,吸附峰不明显转变,表明吸附官能团没有参与。此外,RS300还含有单键伸缩振动(1087厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1087厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与吸附的Cd^{2 +}。

RS500吸附达到3701厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的Cd^{2 +}吸附峰转移到3665厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS500 2961厘米¹是碳氢键的伸缩振动,在吸附、吸附峰转移到2945厘米吗¹。吸附达到1402厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,但吸附后,吸附峰不明显转变,表明吸附官能团没有参与。此外,RS500还含有单键伸缩振动(1103厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1103厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与吸附的Cd^{2 +}。

同样,RS700吸附达到3665厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的Cd^{2 +}吸附峰转移到3670厘米¹通过红移。的吸附峰RS500 2935厘米¹是碳氢键的伸缩振动,但在吸附,吸附峰不明显转变,表明吸附官能团没有参与的Cd^{2 +}。吸附达到1397厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,但吸附后,吸附峰不明显转变,表明吸附官能团没有参与的Cd吗^{2 +}。此外,RS700还含有单键伸缩振动(1061厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1061厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与吸附的Cd^{2 +}。

基于数据如图14和16它可以发现,单一的机制和竞争吸附不是RS300之间的不同,RS500, RS700,伸缩振动地或羟基氧,碳氢键伸缩振动,苯环结构,离子效应。

3.6.3。竞争吸附铜的机制^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

为了研究铜的吸附机制^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液,测量已经执行了RS300的红外光谱,RS500,吸附前后RS700, RS300, RS500,和RS700用作吸附剂,和铜^{2 +}用作吸附物质,如图17。

因为它是图所示17,RS300吸附达到3435厘米¹地伸展振动或羟基氧,但吸附后,吸附峰值不明显转变,这表明官能团没有参与铜的吸附^{2 +}。吸附达到1619厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,但吸附后,吸附峰不明显转变,这表明官能团没有参与铜的吸附^{2 +}。此外,RS300还含有单键伸缩振动(1088厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1088厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与铜的吸附^{2 +}。

RS500吸附达到3425厘米¹地伸展振动或羟基氧,但吸附后,吸附峰值不明显转变,这表明官能团没有参与铜的吸附^{2 +}。吸附达到1615厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,但吸附后,吸附峰不明显转变,这表明官能团没有参与铜的吸附^{2 +}。此外,RS500还含有单键伸缩振动(1073厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1073厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与铜的吸附^{2 +}。

同样,RS700吸附达到3420厘米¹地伸展振动或羟基氧,但吸附后,吸附峰值不明显转变,这表明官能团没有参与铜的吸附^{2 +}。的吸附峰RS700 1638厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,吸附后,吸附峰转移到1562厘米吗¹通过红移,说明π- - - - - -π共轭结构中存在芳香结构形成的铜^{2 +}和RS700。此外,RS700还含有单键伸缩振动(1064厘米¹)和O-Si-O债券弯曲振动(1064厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与铜的吸附^{2 +}。

基于数据如图14和17它可以发现,单一的机制和竞争吸附不是RS300之间的不同,RS500, RS700,伸缩振动地或羟基氧,碳氢键伸缩振动,苯环结构,离子效应。

3.6.4。竞争吸附锌的机制^{2 +}在酸性溶液Crop-Residual-Derived木炭

为了研究锌的吸附机制^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液,测量已经执行了RS300的红外光谱,RS500,吸附前后RS700, RS300, RS500,和RS700用作吸附剂,和锌^{2 +}用作吸附物质,如图18。

因为它是图所示18,RS300吸附达到3427厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的锌^{2 +}吸附峰转移到3407厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS300 2926厘米¹是碳氢键的伸缩振动,在吸附锌吗^{2 +}吸附峰转移到2935厘米¹通过红移。它表明氢键结构是由锌^{2 +}和RS300。吸附达到1631厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质。吸附后,吸附峰转移到1641厘米¹通过红移,说明π- - - - - -π共轭结构中存在芳香结构形成的锌^{2 +}和RS300。此外,RS300还含有单键伸缩振动(1086厘米¹)和O-Si-O能带弯曲振动(1086厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与锌的吸附^{2 +}。

RS500吸附达到3427厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的锌^{2 +}吸附峰转移到3456厘米¹通过红移。的吸附峰RS500 2979厘米¹是碳氢键的伸缩振动,在吸附锌吗^{2 +}吸附峰转移到2930厘米¹通过蓝移。它表明氢键结构是由锌^{2 +}和RS500。吸附达到1641厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质。吸附后,吸附峰转移到1619厘米¹通过红移,说明π- - - - - -π共轭结构中存在芳香结构形成的锌^{2 +}和RS500。此外,RS500还含有单键伸缩振动(1066厘米¹)和O-Si-O能带弯曲振动(1066厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与锌的吸附^{2 +}。

同样,RS700吸附达到3412厘米¹地伸展振动或羟基氧,吸附后的锌^{2 +}吸附峰转移到3432厘米¹通过蓝移。的吸附峰RS700 2926厘米¹是碳氢键的伸缩振动,但在吸附,吸附峰不明显转变,这表明官能团没有参与锌的吸附^{2 +}。吸附达到1626厘米¹是一个与苯环吸附峰框架,表明它含有苯环状物质,但吸附后,吸附峰不明显转变,这表明官能团没有参与锌的吸附^{2 +}。此外,RS700还含有单键伸缩振动(1105厘米¹)和O-Si-O能带弯曲振动(1105厘米¹),但吸附后,吸附峰不明显转变,表明这些官能团不参与锌的吸附^{2 +}。

基于数据如图14和18它可以发现,单一的机制和竞争吸附不是RS300之间的不同,RS500, RS700,伸缩振动地或羟基氧,碳氢键伸缩振动,苯环结构,离子效应。

4所示。讨论

(1)crop-residual-derived木炭生产在不同的温度下可以形成不同的四种重金属离子对吸附的影响,即。、铅^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +},炭的吸附能力没有显著影响重金属离子的浓度。实验结果表明,该crop-residual-derived木炭生产在300°C是最有效的吸附铅^{2 +};crop-residual-derived木炭生产在500°C是最有效的吸附Cd^{2 +}在700°C, crop-residual-derived木炭生产在吸附铜是最有效的^{2 +}(2)在吸附锌crop-residual-derived木炭是最无效的^{2 +},但当浓度2.000更易/ L,竞争吸附率达到最大程度,即。,25。0%, 50.0%, and 73.5%, respectively, and when the concentration is 0.5000 mmol/L, the adsorption amount could reach 21.36 mmol/kg. However, the adsorption amount is not large, and when the concentration is 1.000 mmol/L or higher, the adsorption amount becomes zero. Meanwhile, during desorption, the desorption rate decreases to zero as the concentration of Zn^{2 +}增加。它表明,高浓度的锌^{2 +}维护crop-residual-derived木炭,所以它不适合吸附重金属离子(3)crop-residual-derived木炭显示了更好的铅吸附效果^{2 +}在酸性重金属溶液混合,与其他三种重金属离子,即。、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +},吸附量可以达到410.20更易/公斤,吸附率为65% ~ 75%。竞争激烈的解吸率保持不变,铅的浓度^{2 +}增加,它可能达到的水平低5.35%。它表明,Pb的吸附^{2 +}由crop-residual-derived木炭酸性溶液中很稳定,和重金属离子容易不能眠(4)竞争吸附铅^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +}所有三种类型的(即crop-residual-derived木炭。,RS300, RS500, and RS700) in the acidic solution shows a good fit to the isothermal equation of Freundlich model, in which值都大于0.9。它表明,Pb的竞争吸附和解吸^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +}由crop-residual-derived炭都是在标准的弗伦德里希吸附模式(5)所有三种类型的crop-residual-derived木炭(即。,RS300, RS500, and RS700) have O-H stretching vibration or hydroxyl oxygen and adsorption peak of benzene framework. The charcoal adsorbs the heavy metal ions (Pb^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +})的机制木炭的表面羟化官能团与重金属离子结合形成氢键,和芳香结构的木炭与重金属离子结合形成π- - - - - -π凝固结构

5。比较新的吸附剂材料与传统的吸附剂材料

本文旨在调查Pb的竞争吸附和解吸^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +}crop-residual-derived木炭在酸性溶液及其机制,通过静态吸附试验中三个crop-residual-derived炭产品,确认为RS300, RS500, RS700,是由作物残留,分别在300°C, 500°C, 700°C的低温热解技术。结果表明,在吸附铅RS300是最有效的产品^{2 +}在酸性溶液,RS500吸附Cd是最有效的^{2 +}在酸性溶液,RS700吸附铜是最有效的^{2 +}在酸性溶液,Pb的竞争吸附和解吸^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +},锌^{2 +}crop-residual-derived木炭的酸性溶液中与这些重金属离子的浓度有关。然而,吸附和解吸的波动相对较小的重金属离子的浓度增加。

新型吸附材料的吸附效果进行了研究。相比传统的吸附剂的吸附效果材料Pb2 + RS300下,RS500, RS700,可以看到从图19的影响吸附温度的增加而增加。生物炭的吸附效果更好,它是发现,生物炭可以作为一种新型的吸附材料,具有更强的吸附效果比传统的吸附剂材料。

6。结论

本文研究的竞争吸附和解吸影响重金属离子的浓度。单一的机制和竞争吸附不是RS300之间的不同,RS500, RS700,伸缩振动地或羟基氧,碳氢键伸缩振动,苯环结构,和离子效应,它是一种优势的木炭作为一种新型吸附材料;生物炭对重金属离子的吸附效果明显优于传统的吸附剂材料,生物炭是一种可再生能源,是便宜和更好的回收资源。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文是由中国国家自然科学基金(51808510)。