不同原料生物炭对萘的吸附特性研究

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本研究以稻壳和鸡粪为生物质原料,采用热解法在管式炉中氮气氛围下分别于300、500、700℃温度下及马弗炉中500℃下制备生物炭,并用HNO3和NaOH对生物炭进行改性得到改性生物炭。采用XRD、SEM和FTIR等技术对所制备的改性前后的生物炭进行表征,研究不同生物炭对萘吸附特性的影响,并探讨鸡粪生物炭对萘的吸附机理。主要结论如下:(1)生物炭的特性受原材料、热解温度和气氛条件的影响。稻壳生物炭和鸡粪生物炭均为无定型碳结构,后者还包含SiO2、CaCO3等灰分物质。随着温度升高,生物炭的产率降低、比表面积增大,表面官能团种类减少。(2)萘在生物炭上的吸附过程遵循“快速吸附,缓慢平衡”的规律。吸附动力学曲线和等温吸附曲线分别能用伪二级动力学模型和Freundlich模型很好的拟合,表明吸附主要为化学吸附,且是多层吸附。随着热解温度的升高,稻壳生物炭对萘的吸附容量先增加后减小,鸡粪生物炭的吸附容量先减小后增加。相同热解温度下,稻壳生物炭对萘的吸附能力强于鸡粪生物炭。氮气氛围下制备的生物炭的吸附容量略高于限氧条件下制备的生物炭。(3)酸碱改性对部分生物炭的吸附能力有较大的提升。NaOH改性对稻壳生物炭的吸附能力提高最明显,NaOH和HNO3对500℃热解得到的鸡粪生物炭的吸附能力有提升作用,对其它温度热解的鸡粪生物炭作用不大。稻壳生物炭对萘的吸附能力随改性时HNO3浓度增加而减弱,随NaOH浓度增加而增强;鸡粪生物炭对萘的吸附能力随HNO3和NaOH浓度的增加都增强。(4)不同生物炭对萘的吸附机制不同。疏水作用在生物炭吸附萘过程中起到了重要作用,还有氢键、π-π电子受体供体作用共同作用。萘在500、700℃热解、NaOH改性的稻壳生物炭上的吸附,有表面吸附和孔隙填充作用;而萘在300℃热解、碱改性的鸡粪生物炭和700℃热解、酸改性的稻壳生物炭上的吸附则受到抑制吸附的因素影响。-CH、-NO2、-C=O、-COOH、-OH等官能团提供了主要的吸附位点。
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