丝瓜络基生物炭的球磨改性及其对镉的吸附性能.pdf

141Ac a d e m ic F o r u m/学术论坛1 材料制备与方法1.1 主要材料与试剂丝瓜络、硝酸镉、镉标液广州仪云科技有限公司、盐酸（HCL）、氢氧化钠（NaOH）北辰方正试剂厂、硝酸（HNO3）阿拉丁试剂有限公司。1.2 实验仪器与设备与实验有关仪器见表 1表 1 实验主要仪器设备名称数量生产厂家THZ-320 台式恒温振荡器1 台上海精密实验设备有限公司DHG-9 053 A 电热恒温鼓风干燥箱1 台上海精密实验设备有限公司ME104E 电子天平1 台梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司NBD-0 120-50 IC 管式炉1 台诺巴迪材料科技有限公司CHY-1 500 管式炉1 台河南成仪设备科技有限公司RJ-TGC-1 650 台式高速离心机1 台无锡市瑞江分析仪器有限公司立式行星球磨机1 台长沙天创粉末技术有限公司耶拿原子吸收仪1 台德国耶拿分析仪器股份公司1.3 原材料的制备用去离子水清洗剪碎后的丝瓜络，以 80 温度送进烘箱等丝瓜络完全干燥后将适量烘干的丝瓜络放入粉碎机粉碎，再以 40 目的筛子过筛，将未透过筛网的丝瓜络烧炭，分别以 350、550 进行煅烧，每种温度煅烧后降温至冷却按温度分别进行球磨存放待用。1.4 吸附批次实验1.4.1 溶液 pH 值对吸附 Cd2+的影响配制的 Cd2+的初始浓度为 25 mg/L，投加 0.1 g生物炭，调节溶液的 pH 值为 3、4、5、6、7 进行吸附实验，对比 pH 值对生物炭吸附 Cd2+的影响。1.4.2 生物炭投加量对吸附 Cd2+的影响调节溶液 pH=6.0，分别依次加入 0.05 g、0.1 g、0.2 g、0.4 g、0.5 g 两种温度制备的生物炭做吸附实验，观察投加量对吸附 Cd2+的影响。1.4.3 吸附时间对吸附 Cd2+的影响用两种温度制备的生物炭吸附硝酸镉溶液中的Cd2+，吸附实验中设定振荡时间为 0 min、5 min、15 min、30 min、40 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min、240 min，观察吸附时间对生物炭吸附 Cd2+的影响。1.5 标准溶液的配制分 别 移 取 0 mL、2.50 mL、5 mL、10 mL、20 mL、25 mL镉溶液于一组50 mL容量瓶，再加入稀硝酸，经过清水定容后配置成 0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、4 mg/L、5 mg/L 的标准溶液。1.6 吸附动力学分析根据吸附时间对吸附 Cd2+的影响的实验结果做准一级和准二级动力学模型曲线，本次实验采用准一级动力学方程和准二级动力学方程来拟合生物炭去除硝酸镉溶液中 Cd2+的吸附动力学数据，线性关系如下：准一级动力学模型线性关系为：准二级动力学模型线性关系为：Qe：平衡时单位生物炭吸附溶液中 Cd2+的量（mg/g）摘要：随着我国对环境保护方面的重视，镉污染现象是我国环境保护工作中的一个难点。大部分含镉废水通过工业排放及其他方式进入生活环境，对土地、农作物以及饮用水有着很大的影响，本实验以丝瓜络为原材料，在 350、550 下热解制备得到生物炭，为提高其比表面积及吸附效果，对生物质炭进行球磨改性，并从投加量、浓度等方面考察其去除效果。结果表明，350 球磨生物炭去除效果最好，其投加量为 0.1 g 时，溶液pH 为 6.0 在质量浓度为 25 mg/L 的硝酸镉液，在 60 min 内去除率高达 98.75。关键词：球磨；丝瓜络；生物炭；硝酸镉；去除；吸附李冠贻，陆俊辉，全桂香丝瓜络基生物炭的球磨改性及其对镉的吸附性能（盐城工学院 环境科学与工程学院，江苏 盐城 224051）142学 术论坛/A cadem i c ForumQt：t 时刻时单位生物炭吸附量（mg/g）t：吸附时间（h）k1：准一级动力学模型吸附速率k2：准二级动力学模型吸附速率2 结果与分析2.1 球磨改性丝瓜络基生物炭的红外表征如图 1 所示，在生物炭球体 3 480 cm-1改性之前和之后，检测样品中水分相比未改性生物炭形成的峰值更显著，表明新球体粉碎后产生大量的功能基团（-OH）。峰值差异主要是由于脂肪物质中的羟基激光器（-OH）和脂质（C=O）的弹性波动。根据图 1 球磨机前后的红外光谱学对比，水力压裂组（-OH）、碳组（COOH）、水合物（H-O-H）和碳氧键（C-O）在改性后会产生红移或着蓝移的变化。图 1 球磨前后生物炭的红外表征曲线2.2 pH 值对生物炭吸附 Cd2+的影响由图 2 可知，溶液初始 pH 值范围在 36 时，球磨改性后的丝瓜络基生物炭对 Cd2+的去除率随着溶液的 pH 值增大而提升。不同温度制备的温度生物炭在溶液 pH=6.0 时对 Cd2+去除率到达最大，去除率最高的为在 350 制备的生物炭，达到 58.43。当 pH 6 时，去除率均开始缓慢降低。所以往下实验溶液pH 均设定为 pH=6.0。图 2 溶液初始 pH 值对去除溶液中 Cd2+的影响2.3 投加量对生物炭吸附 Cd2+的影响从图 3 中可以观察到，随着生物炭投加量的增加，2 种不同温度的生物炭对溶液中 Cd2+的去除率先升高再缓慢下降，其中明显看出 350 球磨改性后生物炭去除 Cd2+效果比 550 效果更佳，以 350 为例，当投加的生物炭含量增加到 16 g/L 时，Cd2+的去除率达到 98.75。这是由于吸附活性位点会随着生物炭投加量的增加而增加的原因导致。图 3 生物炭投加量对去除 Cd2+的的影响2.4 吸附时间对吸附 Cd2+的影响由图 4 可知随着吸附时间的增加，生物炭对 Cd2+的去除率也逐渐增加，在相同吸附时间的条件下，用350 制备的生物炭吸附效果明显优于 550 下制备的生物炭，详见表 2。图 4 吸附时间对去除 Cd2+的的影响表 2 2 种不同温度生物炭的等温动力学方程拟合参数与吸附量生物炭LangmuirFrenudlichCe/Qe=1/(Qm*Ka)+Ce/QmlgQe=lgK+1/n*lgCeQm(mg/g)KaR21/nKR235011.4370.3740.9810.6872.8840.9595509.7700.1220.8991.6922.7140.9262.5 Cd2+吸附动力学特性由图 5 可知，生物炭吸附容量随着与吸附时间成正比关系，最后达到平衡状态。前 60 min 吸附量上143Ac a d e m ic F o r u m/学术论坛升速率较快，是因为生物炭经过球磨改性后，表面吸附位点较多，而且生物炭表面与溶液炭表面存在着浓度差所导致。随着吸附时间的增加，生物炭表面吸附位点数逐渐下降，相应浓度差逐渐减小，所以吸附速率变得缓慢直至达到平衡状态。动力学数据经准一级和准二级动力学模型拟合后参数见表 2，从表中可以发现，2 种不同温度的生物炭相关系数 R2，都是 R2准一级 R2准二级，所以吸附过程用准一级动力学模型更能贴近实验结果。图 5 吸附动力学线性拟合图3 结论经过实验 3 数据表明在 350 和 550 下制成的生物炭吸附效果对比中，350 制成的生物炭对Cd2+的吸附效果最好。生物炭对 Cd2+的吸附效果随着pH 值得增加而减弱，在 pH=6 时吸附效果到达最大，吸附效果也随着投加量的增加和吸附时间的延长变大至趋于平衡状态。根据吸附动力学拟合图表明生物炭吸附过程中采用 Langmuir 模型描述更能真实贴合实验结果。作者简介：李冠贻（1998-），男，籍贯：贵州遵义，学历：本科，研究方向：活性炭改性。参考文献：1 丁洋.生物炭对镉和铅吸附性能及竞争吸附机理的研究 D.长沙:湖南大学,2017.2 李园园,陈少华,张召基,等.KOH 活化丝瓜络制备高比表面积活性炭 J.化工进展,2012(06):1274-1279.3 王天杰,苏丹,普聿,等.丝瓜络在环境污染治理中的应用研究进展 J.环境影响评价,2019(02):75-79.4 董彩琴.生物炭及其老化对镉、氨氮吸附机理的影响 D.武汉:武汉大学,2018.5 孔丝纺,姚兴成,张江勇,等.生物炭的特性及其应用的研究进展 J.生态环境学报,2015(04):716-723.6蒋艳艳.生物炭吸附固定镉、铜效果的研究D.荆州:长江大学,2017.灵活性和弹性，根据农村地区的特点和未来发展的预期，公路设计应具备一定的扩展和改造能力，以适应可能的增长和变化。这样可以减少后期的改建成本，提高公路的可持续性。其三，农村公路建设的技术标准应综合考虑交通运输、经济发展、社会效益和环境保护等方面的因素。在确定公路规划和设计时，需要综合评估各种因素的权衡和利益的平衡，确保公路建设符合整体发展的需要。2.4 充分利用老路充分利用老路是一个重要原则，强调在新建公路之前，应充分考虑和利用已有的老路资源，以降低建设成本、节约资源并减少对环境的影响。其一，在规划新的农村公路时，应对既有的老路进行全面评估。这包括对老路的道路状况、交通流量、地质条件等方面的考察。通过评估老路的可行性和适用性，可以确定是否需要新建公路或进行老路的改造和升级。其二，对于老路的改造，应根据实际情况进行技术调研和工程设计。可能的改造包括道路面层修复、桥梁和涵洞的加固、交通标志和标线的更新等。通过改造老路，可以提高道路的安全性、通行能力和舒适度，满足当地交通需求。其三，通过引入新的技术和材料，可以进一步提升老路的质量和性能。例如，使用更耐久和环保的路面材料，采用先进的施工技术，提高老路的抗压能力和耐久性。3 结论综上所述，农村公路建设要明确具体原则，确定合理的技术标准，并实现公路勘察、设计、施工验收各环节优化完善。这样不仅可以提升农村公路建设质量，还可以为农村经济持续发展添砖加瓦。作者简介：陈生阳（1981-），男，籍贯：青海海晏，学历：本科，职称：工程师，研究方向：农村公路建设工程管理及养护工程管理。参考文献：1 刘昊,李向旺,康新章,等.基于笛卡尔方法论的农村公路工程技术标准制定研究 J.交通科技,2019(02):132-134.2 朱有国.贫困地区农村公路建设技术标准的分类应用 J.交通标准化,2014,42(14):1-4,10.3 宋儒奎.农村公路建设技术标准掌握与旧路改造问题的分析 J.科技信息,2013(06):96-97.4 李春凤.农村公路建设的原则和技术标准探讨J.黑龙江交通科技,2011,34(02):111.5 夏提故丽阿布都热依木.浅谈农村公路建设原则与技术标准的关系 J.中国西部科技,2009,8(03):66-67.（上接第 140 页）