双孢菇菌糠生物炭吸附Pb2+机制及其环境应用潜力

为了有效去除水体中的重金属Pb~(2+),开发利用菌糠生物炭吸附剂,以双孢菇菌糠(MS)为原料,在350、550、750℃下限氧热解制备生物炭(MS350、MS550、MS750),并利用FTIR、XRD等技术对吸附前后的生物炭样品进行表征;通过批量吸附、定性和定量分析以及萃取实验,研究菌糠生物炭对Pb~(2+)的吸附特性、机理及吸附后样品的稳定性能。结果表明:随着热解温度的升高,样品的产率降低,pH值升高,芳香性增强。准二级动力学方程和Freundlich模型能够较好地符合MS350、MS550的吸附过程,而MS750以准二级动力学和Langmuir模型较好符合。相较于MS350和MS550,MS750吸附性能最好,经Langmuir模型拟合,MS750的最大吸附量为266.23 mg·g-1。溶液pH值影响生物炭的吸附性能,在pH值2.0～7.0的范围内,吸附量随溶液pH值升高而增加。机理分析表明:吸附机理包括矿物沉淀、阳离子交换、含氧官能团络合以及π电子配位;其中,矿物沉淀(CO_3~(2-), SO_4~(2-))是主要的吸附机制,其贡献率随热解温度升高而增加。萃取实验表明:经吸附后,3种生物炭上的Pb~(2+)均以酸溶态铅和非生物利用态铅为主,说明吸附后的铅具有较好稳定性能,两种形态的铅占总吸附量的大小顺序为:MS750(98.65%)MS550(95.91%)MS350(86.51%)。综合分析表明,MS750较其他温度生物炭不仅吸附性能更好,而且吸附后稳定性更强,故在环境应用上具有更大的潜力。

Adsorption mechanism of Pb2+ in water by biochar derived from spent Agaricus bisporus substrate and its environmental application potential