负载腐植酸生物炭对矿区土壤淋溶液中Mn2+吸附性能的影响

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 9; pp. 4006 - 4018
• Main Authors: 代泽宇, 周剑林, 刘伟银, 秦平, 陈荣, 陈章, 李志贤, 陈国梁
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 411201 2024; 湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室,湖南湘潭 411201%湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭 411201
• Subjects: diffusion modelling; 扩散模型; 尾矿土; humic acid; 腐植酸; tailings soil; carbon material; adsorption modelling; 碳材料; 吸附模型
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.0216

TK62%TQ424.1; 利用玉米秸秆基生物炭(CSB)负载腐植酸制备腐植酸改性生物炭(CSB-HA),用于吸附矿区土壤淋溶液中Mn2+并分析其吸附特性.借助SEM、BET、XRD、XPS和FT-IR等方法对制备得到的样品进行表征分析,CSB-HA比表面积为 7.911 m2/g,孔隙以介孔居多.优良的孔隙结构提供大量吸附点位,并促进与污染物的接触,使吸附性能提升.CSB-HA表面富含C=O、O=C—O和—COOH等含氧官能团,其中氧原子能与重金属离子进行络合配位形成配位键,从而去除Mn2+.CSB-HA对Mn2+的最大吸附量为 21.493 mg/g,准一级动力学模型、准二级动力学模型、Lang-muir等温式和Temkin等温式能较好拟合吸附过程,Temkin常数b＜1 kJ/mol,能证明吸附过程存在物理吸附.准二级动力学模型和Langmuir等温式拟合度更高且更接近实际检测值,故吸附过程为单分子层吸附,受物理吸附和化学吸附共同作用,且化学吸附占主导地位.因此含氧官能团种类和质量分数对CSB-HA吸附Mn2+产生重要影响.由液膜扩散模型和颗粒内扩散模型分析扩散过程,液膜扩散模型拟合线与纵轴截距较小,因此该过程不是控速阶段.颗粒内扩散模型可拟合为膜扩散阶段(0～60 min)和颗粒内扩散阶段(60～240 min),后者吸附速率明显降低(kid1=1.159＞kid2=0.287),且拟合线均不通过原点,故颗粒内扩散阶段是吸附过程的控速关键阶段.热力学模拟中,分离系数RL均在 0.4～0.6,ΔH=15.41 kJ/mol＞0,且ΔG均为负数并随温度升高而减小,表明吸附过程是可逆且自发吸热的,升温能促进吸附反应进行.ΔS=49.90 J/(mol·K)＞0,证明吸附过程中固液界面随机性增加.模拟淋溶液吸附实验表明CSB-HA吸附Mn2+效果较好且对淋溶液pH有调节作用.