木质素-聚乙烯共热解生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附性能

作者：秦坤; 王志康; 王章鸿^*; 杨成; 刘杰刚; 沈德魁

来源：生态环境学报, 2022, 31(02): 344-353.

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.02.015

• 木质素
• 聚乙烯
• 生物炭
• 共热解
• Cd(Ⅱ)
• 吸附

为了寻求木质素的资源化利用途径和开发低廉、高效的重金属吸附材料，该研究将木质素和聚乙烯混合物在600℃下热解制备生物炭(LG/PE-600C)，以单独木质素在相同条件下所制备的生物炭作对比(LG-600C)，利用扫描电镜(SEM)、N2吸附/脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)和元素分析等对比分析LG-600C和LG/PE-600C在表观形貌、孔隙特性、表面官能团、物质组成等的差异，并进一步考察两种生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附性能。相对于LG-600,LG/PE-600C表面较粗糙，孔隙结构较发达。LG/PE-600C的比表面积达213.87 m2·g-1，约为LG-600的2.5倍。聚乙烯的介入，导致LG/PE-600C的O元素含量和表面含氧官能团较LG-600C有所降低。吸附结果显示，LG/PE-600C对Cd(Ⅱ)的吸附性能明显优于LG-600。在一定范围内，Cd(Ⅱ)初始浓度、环境温度、吸附时间、溶液pH的增加均能够促进LG/PE-600C对Cd(Ⅱ)的吸附。Langmuir模型和准二级动力学模型能够很好地拟合Cd(Ⅱ)的吸附过程，表明LG/PE-600C对Cd(Ⅱ)的吸附为化学作用主导的单分子层吸附。基于Langmuir模型所得到的理论最大吸附量达到40.82 mg·g-1。热力学分析证实，LG/PE-600C对Cd(Ⅱ)的吸附为自发的吸热反应。机理分析表明，LG/PE-600C具有优于LG-600C的吸附性能，其主要原因在于聚乙烯介入能够强化木质素的分解，促进LG/PE-600C孔隙的发育，使得LG/PE-600C表面暴露大量Cd(Ⅱ)的吸附位点，如-OH、C=C、-C-O-C等。这些吸附位点能够通过配位、沉淀、离子交换等作用对Cd(Ⅱ)进行吸附。由此证实，添加聚乙烯与木质素进行共热解制备生物炭用于Cd(Ⅱ)的吸附可作为木质素重要的资源化利用方式。

• 单位
  东南大学; 贵州民族大学