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摘要
为了提高生物炭对四环素（TC）的吸附效果,通过共沉淀和热解法制备了锰铁氧体改性的橘子皮生物炭（BC@MnFe2O4）,采用SEM、BET、XRD、FT-IR和XPS对不同生物炭进行表征分析。通过批处理实验研究了初始pH、生物炭用量、TC浓度、共存离子对BC@MnFe2O4吸附TC的影响。结果表明,锰铁氧体可均匀负载到生物炭表面。相比于原始生物炭,BC@MnFe2O4具有更丰富的孔隙结构,比表面积由改性前的2.86 m2·g-1,提高到306.12 m2·g-1。FT-IR结果显示队BC@MnFe2O4表面存在—OH、—Mn—O、—Fe—O官能团。BC@MnFe2O4对TC的最大吸附量可达167.50 mg·g-1,是原始生物炭(13.21 mg·g-1)的12倍。吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附方程。吸附机制以化学吸附为主,多层吸附占主导。BC@MnFe2O4拓宽了pH的适用范围,随着pH从3提高到11,吸附效率逐渐降低,但在pH=11时,去除效率仍有80%。共存的NO3-和SO42-对BC@MnFe2O4吸附TC的影响不显著,随NH4+浓度增加,TC吸附量略提升了5.44 mg·g-1。而腐植酸由于与TC竞争吸附点位,明显抑制了TC的吸附。BC@MnFe2O4在循环使用5次后仍能保持61.65%的吸附量,有良好的应用潜能。XPS分析表明,Mn—O和Fe—O等含氧官能团对TC的吸附起主要作用,吸附后Mn和Fe元素的化合价上升,以及官能团的改变,说明改性生物炭与TC发生了电子转移,形成了共价键。研究表明,锰铁氧体改性显著提高了生物炭对四环素的吸附能力,在较宽的pH范围内仍有良好的吸附效果,且受水溶液中共存离子的干扰小。
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单位三峡大学; 中国科学院南京土壤研究所; 土壤与农业可持续发展国家重点实验室
