生物炭去灰分对萘和1-萘酚的吸附动力学影响

作者：张萌; 吕耀斌; 朱一滔; 罗雅琪; 李威; 李萍萍; 王喜龙

来源：农业环境科学学报, 2020, 39(12): 2806-2814.

• 生物炭
• 有机污染物
• 去灰分
• 吸附动力学
• 双室模型

为探究生物炭矿物组分对有机污染物吸附过程的影响机制,考察(非)极性有机污染物萘和1-萘酚在不同温度(300、400、500℃)下制得的小麦秸秆原始生物炭以及去灰分后生物炭上的吸附动力学。结果表明:拟二级和双室一级动力学模型能较精确地描述目标污染物的动力学吸附过程。去灰分处理增加生物炭芳香碳含量,增强其与萘和1-萘酚间的p-p和疏水作用;同时降低生物炭表面极性,特别是减少表面烷氧基官能团的分布,提高疏水碳吸附域(主要是芳香碳)的可达性,导致平衡吸附量(Qe)增大。除灰后极性官能团在生物炭表面的暴露减少,促进萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘在生物炭上快吸附单元的吸附速率常数(kfast)升高;而极性1-萘酚结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面极性官能团或矿物含氧表面相互作用,对快吸附有重要贡献,去灰分削弱氢键,造成其kfast下降。致密的芳香碳组分和纳米级孔隙结构主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附起作用,去灰分提高生物炭芳香化程度和孔隙度,使慢吸附对总吸附的贡献(fslow)增大;同时使得化合物分子较难扩散进入更致密的生物炭内部。另外表面积和孔隙度的增大延长吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数(kslow)均降低。研究表明,生物炭的矿物组分、化学组成和极性官能团的空间分布显著影响有机污染物的动力学吸附过程,从而影响生物炭在有机污染控制中的吸附性能。

• 单位
  北京大学; 南方现代林业协同创新中心; 南京林业大学