铁改性香蒲生物炭吸附去除水中刚果红的研究.docx

背景介绍

印染工业是重要的传统制造业，而亚洲地区是世界上最大的印染生产基地，也是印染废水排放量最大的地区之一。刚果红属水溶性偶氮阴离子染料，其结构中含六个苯环分子，性质稳定、价格低廉，在印染行业广泛应用。目前，水中有机染料去除的主要方法包括：化学法、物理法和生物法等。近年来，生物炭因吸附性能好、成本低廉、原材料易得、比表面积大、孔隙结构丰富等优点。因此，本研究以典型湿地植物废弃物香蒲作为原材料制备生物炭，通过磁改性后，用于水中典型有机染料污染物刚果红的去除，实现湿地废弃植物的资源化利用和固碳，达到以废治废的目的。

文章亮点

1.以湿地废弃植物香蒲为原材，通过热解与水热合成，成功制备磁性铁改性生物碳（Fe-BC），能实现水中典型有机污染物刚果红（CR）染料的吸附去除，且Fe-BC能重复利用，实现了以废治废，变废为宝；

2.通过多因素实验研究，阐明了影响Fe-BC吸附去除CR的因素，分析了吸附动力学和热力学过程，揭示了吸附机理。

内容介绍

1??实验部分

1.1??主要仪器与试剂

1.2??实验方法

1.2.1??BC和Fe-BC的制备

1.2.2??表征/测试方法

1.2.3??CR去除率和吸附容量的计算

通过测量实验前后溶液的吸光度变化，确定吸附前后溶液的浓度C0、Ct，利用式(1)、(2)计算出CR的去除率及吸附材料的吸附容量[16]。

2??结果与讨论

2.1??材料表征

2.2??Fe-BC和BC投加量对CR吸附去除的影响

当CR的初始浓度为100mg/L，温度为25℃，溶液pH为3时，分析不同Fe-BC和BC用量对CR去除的影响，结果如图?6所示。

2.3??初始浓度对CR吸附去除的影响

当Fe-BC和BC投加量为40mg，温度为25?℃，溶液pH为3时，分析不同初始浓度对CR去除的影响，结果如图7所示。

2.4??反应体系吸附时间对CR吸附去除的影响

为确定吸附的平衡时间，当CR浓度为100mg/L，Fe-BC和BC投加量为40mg，温度为25℃，溶液pH为3时，考察吸附时间对CR去除的影响，结果如图?8所示。

2.5??溶液初始pH值对CR吸附去除的影响

当CR的初始浓度为100mg/L，Fe-BC和BC投加量为40mg，温度为25℃时，分析不同溶液初始pH值对CR去除的影响，结果如图9所示。

2.6??反应体系温度对CR吸附去除的影响

2.7??阴离子及阳离子对CR吸附去除的影响

2.8??循环实验

3??拟合吸附模型分析

3.1??吸附动力学分析

为进一步探究BC、Fe-BC对CR的吸附机理，采用拟一级和拟二级动力学方程对实验所得数据拟合分析，拟合结果如表2、表3和图?13、图14所示。

3.2??等温吸附模型分析

根据BC与Fe-BC在15℃?吸附平衡时的CR浓度与平衡吸附量，选取Langmuir与Freundlich吸附模型进行模拟，拟合结果如图15所示，各项拟合参数如表4所示。

3.3??吸附热力学分析

3.4??颗粒内扩散分析

4??结果与讨论

4.1??以湿地废弃物香蒲为主要原材，通过热解和水热合成，成功制备了磁性Fe-BC吸附材料，能高效去除水中持久性有机污染物CR。

4.2?Fe-BC吸附材料用量、CR初始浓度、初始pH、反应温度等对水中CR的吸附去除效果有一定影响，当CR初始浓度为100mg/L、Fe-BC投加量为40mg、溶液pH为3、吸附时间90min、反应体系温度为25℃时，CR的去除率可达99.6%，且Fe-BC循环使用3次后，性能仍较稳定，对水中CR的吸附去除率仍可达72%。

4.3?Fe-BC对水中CR的吸附主要以单分子层化学吸附为主，吸附过程符合拟二级动力学模型；颗粒内扩散拟合结果表明，Fe-BC对CR的吸附过程同时会受到其他扩散的限制；Fe-BC对CR的吸附是自发进行的吸热反应，吸附为不可逆过程。