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摘 要：本研究以玉米秸秆为生物质材料，通过高温缺氧制备生物碳质吸附剂，并以铜离子为例，研究吸附剂对废水中重金属的吸附性能。结果表明：玉米秸秆对Cu2+有较好的吸附效果，在Cu2+浓度不低于30 mg/L体系中对Cu2+吸附效率可达89.27%。当体系中Cu2+浓度过低（低于3.22mg/L）时，增加活性碳量对吸附率影响不大。生物炭饱和状态下对Cu2+吸附量约为6.78mg/g。
关键词：玉米秸秆;生物炭;吸附;Cu2+
随着经济的快速发展，人们对工业污染的治理越来越重视。工业废水中含有多种有害成分，任意排放将造成严重污染，石油化工等多行业在生产过程中产生的废水常含有Cu2+[1]，这些Cu2+排放到环境中将被植物吸收同故宫食物链被人和动物大量富集，危害健康[2]。所以工业废水中必须Cu2必须进行分类处理达标后才能进行排放。目前已有大量针对Cu2+的废水处理方法[3-7]。
生物炭是（Biochar）是废弃生物材料经厌氧限温制备而形成的一种碳含量丰富的炭[8]。由于其精密的孔隙结构和独特的表面化学性质，且廉价易加工，生物炭被广泛应用于废水重金属的修复治理中。本文通过玉米秸秆制备的生物炭应用于废水中Cu2+的处理，对Cu2+的吸附率进行研究，从而为含铜废水处理和玉米秸秆的再利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1.仪器与试剂
主要仪器：UV-2000紫外可见分光光度计，恒温摇床，离心机，电子天平
主要试剂：CuSO4.5H2O，H2SO4等。
1.2 生物炭的制备
玉米秸秆从湖南望城农户手中收集，风干打碾后置于密闭铁盒中高温缺氧加热，完全碳化后研磨去除灰分。
1.3 吸附实验
配置30mg/L CuSO4溶液，于5个1000mL锥形瓶中装0.5g、1.0g、2g、3g、4.0g生物炭粉以及300mL CuSO4溶液，密封，置于150rmp恒温摇床（25℃）中，在反应20、30、60、80、100、120、140、160、180min时取样2mL，离心，取上清检测Cu2+浓度。
Cu2+浓度采用双环己酮草酰二腙分光光度法测定。
吸附率=（初始Cu2+浓度-实时Cu2+浓度）/初始Cu2+浓度*100%。
吸附量=（初始Cu2+浓度-实时Cu2+浓度）*体积/生物炭质量。
2 结果与分析
2.1生物炭吸附的吸附率
图1所示为本反应体系中，不同生物炭质量对Cu2+吸附效率的影響，整体趋势为吸附速率先高后低，均在120-140min内达到吸附平衡。在0.5g、1.0g、2g、3g、4.0g生物炭条件下，体系中Cu2+的最终吸附效率分别为37.67%，70.47%，86.07%，88.71%，89.27%。由图1可知，在生物炭投放质量0.5-2g范围内随着生物炭量的增加，溶液中Cu2+吸附效率越高，但2-4g范围内，Cu2+吸附效率增加并不明显，最高89.27%。由此可见，当生物碳量增高时，体系中Cu2+浓度降低，降低到一定程度（3.22mg/L）时，即使增加生物碳量，吸附效果并不明显。
2.2生物炭的吸附量
图2所示为在一定体积（300mL）和Cu2+浓度（30mg/L）的体系中，分别加入不同质量生物炭时，生物炭对Cu2+的吸附量的变化情况。在吸附前期，生物炭对Cu2+的吸附量迅速增加，后期增加缓慢，最终（120min后）达到平衡，吸附量不再变化。生物炭量为0.5g和1g时，吸附量相近，分别为6.78mg/g和6.34mg/g，此时体系中Cu2+浓度分别为18.7mg/L、8.86mg/L，此时，仍有较高Cu2+浓度，可见，此时投入的生物炭活性基团已经达到饱和，即使有更多的Cu2+，吸附量也不再增加。而生物炭投入量为2g、3g、4g时，活性炭吸附量分别为3.87mg/g，2.66mg/g，2.01mg/g。对比可知，活性炭吸附量此时并没有达到饱和，而是体系中Cu2+浓度不够。
3 结论
玉米秸秆对Cu2+有较好的吸附效果，在Cu2+浓度不低于30 mg/L体系中对Cu2+吸附效率可达89.27%。当体系中Cu2+浓度过低（低于3.22mg/L）时，增加活性碳量对吸附率影响不大。生物炭饱和状态下对Cu2+吸附量约为6.78mg/g。在此基础上，可进一步研究不同条件下使用玉米秸秆制备的吸附量和吸附效率的影响。
参考文献
[1]王夏芳.铜离子对环境危害现状及对策研究[J]. 国土与自然资源研究，2015（1）：55- 57.
[2]王丹，魏威，梁东丽，等.土壤铜、铬（Ⅵ）复合污染重金属形态转化及其对生物有效性的影响[J].环境科学，2011，32（10）：3113 -3120.
[3]赵微微，赵松林，梁华定.火焰原子吸收光谱法测定水样中铜离子[J].科学技术与工程，2007，7（19）：5039 -5041.
[4]屈颖娟，翟云会，王亚妮.水中铜离子的高选择性检测方法[J].光谱实验室，2013，30（5）：2283-2286.
[5]张华丽.火焰原子吸收分光光度法测定水中铜的含量[J]. 广州化工，2013，41（14）：160 - 161.
[6]李永生，李俊苹.流动注射-离子选择电极电位法测定循环冷却水中痕量铜[J].冶金分析，2009，29（12）：7 -12.
[7]HJ 776-2015，水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法[S].
[8]蒋艳艳，胡孝明，金卫斌.生物炭对废水中重金属吸附研究进展[J].湖北农业科学，2013，13（52）：2984-2988.
作者简介：
周丹（1989年9月），性别：女，籍贯：湖南宁乡，现供职单位、学历：长沙医学院 硕士，研究方向：环境微生物、分子生物学。
通讯作者：周双，长沙医学院，湖南长沙，410219
课题：2017年湖南省教育厅科研项目17A025：基于废弃纸尿裤对重金属离子和有机污染吸附及其机理研究
关键词：玉米秸秆;生物炭;吸附;Cu2+
随着经济的快速发展，人们对工业污染的治理越来越重视。工业废水中含有多种有害成分，任意排放将造成严重污染，石油化工等多行业在生产过程中产生的废水常含有Cu2+[1]，这些Cu2+排放到环境中将被植物吸收同故宫食物链被人和动物大量富集，危害健康[2]。所以工业废水中必须Cu2必须进行分类处理达标后才能进行排放。目前已有大量针对Cu2+的废水处理方法[3-7]。
生物炭是（Biochar）是废弃生物材料经厌氧限温制备而形成的一种碳含量丰富的炭[8]。由于其精密的孔隙结构和独特的表面化学性质，且廉价易加工，生物炭被广泛应用于废水重金属的修复治理中。本文通过玉米秸秆制备的生物炭应用于废水中Cu2+的处理，对Cu2+的吸附率进行研究，从而为含铜废水处理和玉米秸秆的再利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1.仪器与试剂
主要仪器：UV-2000紫外可见分光光度计，恒温摇床，离心机，电子天平
主要试剂：CuSO4.5H2O，H2SO4等。
1.2 生物炭的制备
玉米秸秆从湖南望城农户手中收集，风干打碾后置于密闭铁盒中高温缺氧加热，完全碳化后研磨去除灰分。
1.3 吸附实验
配置30mg/L CuSO4溶液，于5个1000mL锥形瓶中装0.5g、1.0g、2g、3g、4.0g生物炭粉以及300mL CuSO4溶液，密封，置于150rmp恒温摇床（25℃）中，在反应20、30、60、80、100、120、140、160、180min时取样2mL，离心，取上清检测Cu2+浓度。
Cu2+浓度采用双环己酮草酰二腙分光光度法测定。
吸附率=（初始Cu2+浓度-实时Cu2+浓度）/初始Cu2+浓度*100%。
吸附量=（初始Cu2+浓度-实时Cu2+浓度）*体积/生物炭质量。
2 结果与分析
2.1生物炭吸附的吸附率
图1所示为本反应体系中，不同生物炭质量对Cu2+吸附效率的影響，整体趋势为吸附速率先高后低，均在120-140min内达到吸附平衡。在0.5g、1.0g、2g、3g、4.0g生物炭条件下，体系中Cu2+的最终吸附效率分别为37.67%，70.47%，86.07%，88.71%，89.27%。由图1可知，在生物炭投放质量0.5-2g范围内随着生物炭量的增加，溶液中Cu2+吸附效率越高，但2-4g范围内，Cu2+吸附效率增加并不明显，最高89.27%。由此可见，当生物碳量增高时，体系中Cu2+浓度降低，降低到一定程度（3.22mg/L）时，即使增加生物碳量，吸附效果并不明显。
2.2生物炭的吸附量
图2所示为在一定体积（300mL）和Cu2+浓度（30mg/L）的体系中，分别加入不同质量生物炭时，生物炭对Cu2+的吸附量的变化情况。在吸附前期，生物炭对Cu2+的吸附量迅速增加，后期增加缓慢，最终（120min后）达到平衡，吸附量不再变化。生物炭量为0.5g和1g时，吸附量相近，分别为6.78mg/g和6.34mg/g，此时体系中Cu2+浓度分别为18.7mg/L、8.86mg/L，此时，仍有较高Cu2+浓度，可见，此时投入的生物炭活性基团已经达到饱和，即使有更多的Cu2+，吸附量也不再增加。而生物炭投入量为2g、3g、4g时，活性炭吸附量分别为3.87mg/g，2.66mg/g，2.01mg/g。对比可知，活性炭吸附量此时并没有达到饱和，而是体系中Cu2+浓度不够。
3 结论
玉米秸秆对Cu2+有较好的吸附效果，在Cu2+浓度不低于30 mg/L体系中对Cu2+吸附效率可达89.27%。当体系中Cu2+浓度过低（低于3.22mg/L）时，增加活性碳量对吸附率影响不大。生物炭饱和状态下对Cu2+吸附量约为6.78mg/g。在此基础上，可进一步研究不同条件下使用玉米秸秆制备的吸附量和吸附效率的影响。
参考文献
[1]王夏芳.铜离子对环境危害现状及对策研究[J]. 国土与自然资源研究，2015（1）：55- 57.
[2]王丹，魏威，梁东丽，等.土壤铜、铬（Ⅵ）复合污染重金属形态转化及其对生物有效性的影响[J].环境科学，2011，32（10）：3113 -3120.
[3]赵微微，赵松林，梁华定.火焰原子吸收光谱法测定水样中铜离子[J].科学技术与工程，2007，7（19）：5039 -5041.
[4]屈颖娟，翟云会，王亚妮.水中铜离子的高选择性检测方法[J].光谱实验室，2013，30（5）：2283-2286.
[5]张华丽.火焰原子吸收分光光度法测定水中铜的含量[J]. 广州化工，2013，41（14）：160 - 161.
[6]李永生，李俊苹.流动注射-离子选择电极电位法测定循环冷却水中痕量铜[J].冶金分析，2009，29（12）：7 -12.
[7]HJ 776-2015，水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法[S].
[8]蒋艳艳，胡孝明，金卫斌.生物炭对废水中重金属吸附研究进展[J].湖北农业科学，2013，13（52）：2984-2988.
作者简介：
周丹（1989年9月），性别：女，籍贯：湖南宁乡，现供职单位、学历：长沙医学院 硕士，研究方向：环境微生物、分子生物学。
通讯作者：周双，长沙医学院，湖南长沙，410219
课题：2017年湖南省教育厅科研项目17A025：基于废弃纸尿裤对重金属离子和有机污染吸附及其机理研究