CN106824102A - 一种高效吸附重金属离子Cd2+的溶解性有机质浸渍生物炭及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效吸附重金属离子Cd2+的溶解性有机质浸渍生物炭及其制备方法和应用。该溶解性有机质浸渍生物炭由溶解性有机质通过π‑π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制负载在生物炭表面制得的。本发明制备的DOM浸渍生物炭是一种低成本、高效率处理含Cd2+废水的环境友好型吸附剂，对Cd2+离子的吸附能力显著优于其他方法改性的生物炭和未改性生物炭；对水溶液中Cd2+的吸附量比未浸渍生物炭提高51.1％以上。同时本发明制备方法简单，不需要添加其他化学物质或有机溶剂，制备过程环境友好，且不需要复杂的化学反应、特殊设备和严酷反应条件，因此易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及可吸附生物炭，具体涉及一种高效吸附重金属离子Cd2+的溶解性有机质浸渍生物炭制备方法及应用。
背景技术
生物炭是由生物质在缺氧或无氧条件下热解(低于700℃)形成的富含碳的有机物质。许多生物质包括农林废弃物、粪便物质和污泥等都可以用来制备生物炭。当前，生物炭在固碳、土壤养分保持、农作物增产、退化土壤修复、污染土壤和沉积物治理以及水体污染修复领域都具有极高的应用前景。由于生物炭生产成本低廉，且对有机污染物和重金属离子都具有良好的吸附能力，它被认为是一种可广泛应用于环境治理和农业生产的新型环保材料[王震宇，刘国成，Monica Xing，李锋民，郑浩，不同热解温度生物炭对Cd2+的吸附特性，环境科学，2014，35(12)，4735-4744]。已有研究发现，生物炭对重金属Cd2+的吸附能力远高于商用活性炭[M.Sánchez-Polo and J.Rivera-Utrilla,Adsorbent-adsorbateinteractions in the adsorption of Cd(II)and Hg(II)on ozonized activatedcarbons,Environmental Science&Technology,2002,36(17),3850-3854；MinoriUchimiya,Isabel M.Lima,K.Thomas Klasson,SeChin Chang,Lynda H.Wartelle,JamesE.Rodgers,Immobilization of Heavy Metal Ions(CuII,CdII,NiII,and PbII)by BroilerLitter-Derived Biochars in Water and Soil,Journal of Agricultural&FoodChemistry,2010,58(9),5538-5544；刘莹莹,秦海芝,李恋卿,潘根兴,张旭辉,郑金伟,韩晓君,俞欣研,不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性,生态环境学报,2012,21(1):146-152]。然而，生物炭原料来源、组成差异性很大，表面官能团种类和性质有限、pH值偏高，以及不同环境污染物的性质差异，都使生物炭在污染环境修复方面的应用受到很大的局限。此外，含较多矿物质的生物质原料和较高的热解温度通常降低生物炭的比表面积和孔结构，减少生物炭表面活性官能团数量，从而不利于对污染物的吸附。因此，为了提高生物炭的吸附能力，有必要对生物炭进行表面改性。
瑞士《化学工程学报》(Chemical Engineering Journal，2012年，第200-202卷，第673-680页)报道了双氧水浸渍改性生物炭对重金属Cd2+的吸附。英国《吸附科学与技术》(Adsorption Science&Technology，2013年，第31卷，第7期，第625-640页)报道了氯化镁-氢氧化钠浸渍改性生物炭对Fe2+的吸附。瑞士《化学工程学报》(Chemical EngineeringJournal，2013年，第231卷，第512-518页)报道了壳聚糖改性生物炭对重金属Cd2+的吸附。瑞士《化学工程学报》(Chemical Engineering Journal，2014年，第242卷，第36-42页)报道了锰氧化物改性生物炭对重金属Cu2+的吸附。美国《水研究》(Water Research，2014年，第48卷，第396-405页)报道了硝酸/硫酸浸渍制备氨基改性生物炭对重金属Cu2+的吸附。美国《工业和工程化学》(Journal of Industrial and Engineering Chemistry，2016年，第33卷，第239-245页)报道了氧氧化钠改性生物炭对重金属Cd2+的吸附。《武汉科技大学学报》(2016年，第39卷，第1期，第48-52页)报道了以氨气、硝酸、硫化钠和溴水4种化学试剂改性生物炭对重金属Cd2+的吸附。由此可见，当前多采用无机化合物对生物炭进行改性。然而，上述改性方法对生物炭吸附能力的提升相当有限，原因在于负载在生物炭表面的无机物对Cd2+的亲和力较弱。目前，对利用有机化合物对生物炭进行改性，还研究很少。中国专利201610114536.5公开了一种β-环糊精-聚谷氨酸改性的生物炭的制备方法及其应用，首先利用对甲苯磺酰氯的乙腈溶液与β环糊精反应制备对甲苯磺酰β环糊精晶体；再用经纯化的该晶体与聚谷氨酸反应制备β环糊精/聚谷氨酸，用于改性生物炭。然而该方法步骤繁琐，且使用了乙腈、乙二胺、丙酮、二甲亚砜等有毒有机溶剂4-二甲氨基吡啶和二环己基碳二亚胺等有机化合物，易造成环境污染，因此不易推广使用。因而还需探索其他环保、有效的对生物炭的改性方法。目前，对于利用DOM浸渍生物炭实现对生物炭的改性，及应用于对重金属等污染物质的吸附还未见报道。
DOM环境中溶解性有机质的简称即溶解性有机质(Dissolved Organic Matter，DOM)，胡敏酸(又称腐殖酸)和单宁酸是DOM的重要组成部分和典型代表。胡敏酸来源于自然界植物残体的腐烂分解，广泛存在于土壤、水体及沉积物中。胡敏酸是含有不同比率聚合芳香环的结构复杂的多元有机复合体，这些芳环上带有大量的羟基、羧基等功能团，具有很高的反应活性，对环境中金属离子具有强烈结合能力。单宁酸是植物次生代谢产物中的一类大分子物质，属于多元苯酚的有机聚合体，广泛分布于植物体的各个组织结构中，是一种数量大、分布广的可再生资源。单宁酸分子中含有大量活性官能团(如羟基、多酚羟基、羧基等)，使其具有亲水性、络合能力、离子交换能力、吸附分散能力及极高的表面活性，单宁苯环上富有多个邻位酚羟基，能与重金属离子发生螯合和络合作用，形成稳定的五元或六元螯环化合物。由此可见，胡敏酸和单宁酸在吸附水中重金属等污染物方面具有极大潜力。需要指出的是，胡敏酸和单宁酸具有极高的水溶性，这限制了DOM作为吸附剂的应用。因此，必须将其与其他物质结合，形成稳定的固体吸附剂方可充分发挥其优势。例如，中国专利(201610105663.9)公开了一种利用腐殖酸改性的纳米羟基磷灰石高效吸附水中阳离子染料的方法，将腐殖酸负载在纳米羟基磷灰石表面制得的改性纳米羟基磷灰石对污染物的吸附能力显著高于未改性的纳米羟基磷灰石。中国专利(ZL200810117949.4和ZL201210530793.9)利用单宁酸与Fe3+生成的单宁酸铁盐沉淀作为高效吸附剂应用于对水中氮、磷的去除。中国专利(ZL201410517159.0)将单宁酸交联、固定在纤维素中获得高效吸附染料的吸附剂。中国专利201610001011.0公开了一种将单宁酸包裹在Fe3O4表面制得磁性吸附剂应用于高效吸附水中的铅和汞。中国专利(ZL201110215779.5)制备了活性炭-柿单宁复合吸附剂应用于水中Cd2+的去除，但是其制备步骤繁琐，且比单独活性炭对Cd2+的吸附量仅提高10％。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高效吸附重金属离子的溶解性有机质(Dissolved Organic Matter，DOM)浸渍生物炭，DOM结合在生物炭表面后能够显著提高生物炭表面的羧基、酚羟基等含氧官能团数量，从而可以有效地通过络合配位作用高效吸附水中的重金属离子Cd2+离子。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种高效吸附重金属离子Cd2+的溶解性有机质浸渍生物炭，其特征在于，由溶解性有机质通过π-π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制负载在生物炭表面制得的。
其中，所述溶解性有机质胡敏酸或单宁酸。胡敏酸(又称腐殖酸)和单宁酸是DOM的重要组成部分和典型代表，占溶解性有机质的80％以上。胡敏酸来源于自然界植物残体的腐烂分解，广泛存在于土壤、水体及沉积物中。具有很高的反应活性，对环境中金属离子具有强烈结合能力。
本发明所述的溶解性有机质浸渍生物炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质原料进行煅烧，煅烧后物质用蒸馏水清洗，烘干，过筛得到生物炭备用；
(2)将溶解性有机质配制成溶解性有机质水溶液，调节pH值为4.5-5.5，通常调节pH为5.0。5.0时DOM在生物炭表面的结合量最大。
(3)在溶解性有机质水溶液中加入生物炭，制成混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡6-8天，一般情况下搅拌7天即可。
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心、过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥，获得溶解性有机质浸渍生物炭。
其中，步骤(1)所述生物质原料为晒干磨成粉的棕榈壳、椰壳或者秸秆。晒干磨成粉使得生物炭烧制的更加彻底；并且棕榈壳、椰壳、秸秆等生物质廉价，成本低。
步骤(1)所述煅烧为300-400℃下煅烧3-5小时。
其中，步骤(2)所述溶解性有机质水溶液浓度为1.0-5.0g/L。溶解性有机质水溶液浓度太低生物炭上面吸附的溶解性有机质就会很少；而5.0g/L已经达到平衡。
其中，步骤(3)所述混合溶液中生物炭的浓度为10g/L。
本发明所述的溶解性有机质浸渍生物炭在吸附重金属离子Cd2+中的应用。
所述有机质浸渍生物炭的用量为1.0～5.0g/L，用于Cd2+的浓度不超过500mg/L的水溶液中。
本发明将DOM(胡敏酸或单宁酸)通过浸渍法固定在生物炭表面实现对生物炭的改性，联合DOM和生物炭的优点，实现对水中重金属Cd2+的高效吸附去除。利用DOM浸渍生物炭的原理在于：DOM能够通过π-π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制负载在生物炭表面；所获得的DOM浸渍生物炭高效吸附重金属Cd2+离子的原理在于：DOM结合在生物炭表面后能够显著提高生物炭表面的羧基、酚羟基等含氧官能团数量，从而可以有效地通过络合配位作用高效吸附Cd2+离子。
同时，胡敏酸和单宁酸都是资源丰富、廉价易得的天然高分子有机化合物，通过对生物炭的浸渍过程，它们可以通过π-π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制负载在生物炭表面，形成稳定的DOM浸渍生物炭，这样就使DOM众多的活性官能团固定在生物炭表面，所以DOM浸渍生物炭对Cd2+的亲和力将大为增强。本发明制备的DOM浸渍生物炭在用于吸附Cd2+时，DOM浸渍生物炭的用量为1.0～5.0g/L，用于Cd2+的浓度不超过500mg/L的水溶液中，在pH值4～7时，DOM浸渍生物炭对水溶液中Cd2+的吸附量比未浸渍的生物炭提高51.1％以上。
有益效果：由现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的溶解性有机质浸渍生物炭中DOM(胡敏酸和单宁酸)是资源丰富、廉价易得的天然高分子有机化合物；生物炭的原料同样来源广泛、价格低廉，主要原料是农林废弃物、粪便物质或污泥，因此它们均属于环境友好型材料，无二次污染。
(2)DOM能够通过π-π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制有效地负载在生物炭表面，因而显著增加了材料表面的的羧基、酚羟基等活性官能团，从而使制备的DOM浸渍生物炭对Cd2+离子的吸附能力显著优于其他方法改性的生物炭和未改性生物炭；本发明制备的DOM浸渍生物炭对水溶液中Cd2+的吸附量比未浸渍生物炭提高51.1％以上，因此，DOM浸渍生物炭一种低成本、高效率处理含Cd2+废水的环境友好型吸附剂。
(3)本发明DOM浸渍生物炭制备方法简单，不需要添加其他化学物质或有机溶剂，制备过程环境友好，且不需要复杂的化学反应、特殊设备和严酷反应条件，因此易于工业化生产。
附图说明
图1为未浸渍生物炭(a)，DOM浸渍生物炭(单宁酸，b)和DOM浸渍生物炭(胡敏酸，c)的扫描电子显微镜照片；
图2为不同影响因素(初始Cd2+浓度(a)、初始pH(c)、吸附剂用量(d))对DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的影响；(b)为未浸渍生物炭与DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的比较。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
制备胡敏酸浸渍生物炭的方法：
(1)将晒干磨成粉的棕榈壳生物质原材料放入电炉中，在400℃下通入氮气煅烧3小时，将获得的生物炭产品以蒸馏水清洗3次，在80℃烘干，磨细过100目筛得到生物炭备用，其电镜图如图1(a)所示；
(2)将胡敏酸配制成1.0g/L的胡敏酸水溶液，同时用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠调节pH为5.0；
(3)在胡敏酸水溶液中加入生物炭，制成生物炭质量浓度10g/L的混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡7天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心或过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥机中冻干，获得胡敏酸浸渍生物炭，其电镜图如图1(c)所示。
胡敏酸浸渍生物炭吸附Cd2+的应用：
称取0.5g胡敏酸浸渍生物炭置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算得到胡敏酸浸渍生物炭对Cd2+的吸附量为8.05-9.51mg/g，与未浸渍生物炭相比提高67.0％～97.3％。
实施例2
制备胡敏酸浸渍生物炭的方法：
(1)将晒干磨成粉的棕榈壳生物质原材料放入电炉中，在400℃下通入氮气煅烧3小时，将获得的生物炭产品以蒸馏水清洗3次，在80℃烘干，磨细过100目筛得到生物炭备用；
(2)将胡敏酸配制成2.0g/L的胡敏酸水溶液，同时用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠调节pH为5.0；
(3)在胡敏酸水溶液中加入生物炭，制成生物炭质量浓度10g/L的混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡7天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心或过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥机中冻干，获得胡敏酸浸渍生物炭。
胡敏酸浸渍生物炭吸附Cd2+的应用：
称取0.5g胡敏酸浸渍生物炭置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算得到胡敏酸浸渍生物炭对Cd2+的吸附量为8.49-9.85mg/g，与未浸渍生物炭相比提高76.1％～104.4％。
实施例3
制备单宁酸浸渍生物炭的方法：
(1)将晒干磨成粉的棕榈壳生物质原材料放入电炉中，在400℃下通入氮气煅烧3小时，将获得的生物炭产品以蒸馏水清洗3次，在80℃烘干，磨细过100目筛得到生物炭备用；
(2)将单宁酸配制成5.0g/L的单宁酸水溶液，同时用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠调节pH为5.0；
(3)在单宁酸水溶液中加入生物炭，制成生物炭质量浓度10g/L的混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡7天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心或过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥机中冻干，获得单宁酸浸渍生物炭。其电镜图如图1(b)所示。
单宁酸浸渍生物炭吸附Cd2+的应用：
称取0.5g单宁酸浸渍生物炭置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算得到单宁酸浸渍生物炭对Cd2+的吸附量为8.64-10mg/g，与未浸渍生物炭相比提高79.3％～107.5％。
实施例4
制备单宁酸浸渍生物炭的方法：
(1)将晒干磨成粉的棕榈壳生物质原材料放入电炉中，在400℃下通入氮气煅烧3小时，将获得的生物炭产品以蒸馏水清洗3次，在80℃烘干，磨细过100目筛得到生物炭备用；
(2)将单宁酸配制成2.0g/L的单宁酸水溶液，同时用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠调节pH为5.0；
(3)在单宁酸水溶液中加入生物炭，制成生物炭质量浓度10g/L的混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡7天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心或过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥机中冻干，获得单宁酸浸渍生物炭。
单宁酸浸渍生物炭吸附Cd2+的应用：
称取0.1g单宁酸浸渍生物炭置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为500mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算得到单宁酸浸渍生物炭对Cd2+的吸附量为54.2-65.7mg/g，与未浸渍生物炭相比提高65.2％～100.3％。
实施例5
制备胡敏酸浸渍生物炭的方法：
(1)将晒干磨成粉的椰壳生物质原材料放入电炉中，在400℃下通入氮气煅烧3小时，将获得的生物炭产品以蒸馏水清洗3次，在80℃烘干，磨细过100目筛得到生物炭备用；
(2)将胡敏酸配制成2.0g/L的胡敏酸水溶液，同时用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠调节pH为5.0；
(3)在胡敏酸水溶液中加入生物炭，制成生物炭质量浓度10g/L的混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡7天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心或过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥机中冻干，获得胡敏酸浸渍生物炭。
胡敏酸浸渍生物炭吸附Cd2+的应用：
称取0.1g胡敏酸浸渍生物炭置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝4.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算得到胡敏酸浸渍生物炭对Cd2+的吸附量为21.3-23.3mg/g，与未浸渍生物炭相比提高51.1％～65.2％。
实施例6
制备单宁酸浸渍生物炭的方法：
(1)将晒干磨成粉的秸秆生物质原材料放入电炉中，在400℃下通入氮气煅烧3小时，将获得的生物炭产品以蒸馏水清洗3次，在80℃烘干，磨细过100目筛得到生物炭备用；
(2)将单宁酸配制成2.0g/L的单宁酸水溶液，同时用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠调节pH为5.0；
(3)在单宁酸水溶液中加入生物炭，制成生物炭质量浓度10g/L的混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡7天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心或过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥机中冻干，获得单宁酸浸渍生物炭。
单宁酸浸渍生物炭吸附Cd2+的应用：
称取0.1g单宁酸浸渍生物炭置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝7.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算得到单宁酸浸渍生物炭对Cd2+的吸附量为42.5-48.7mg/g，与未浸渍生物炭相比提高52.9％～75.2％。
实施例7
实施例7与实施例1的制备方法相同，不同之处在步骤(1)在300℃下通入氮气煅烧5小时；步骤(2)pH为4.5；步骤(3)搅拌6天。
实施例8
实施例8与实施例1的制备方法相同，不同之处在步骤(1)在350℃下通入氮气煅烧4小时；步骤(2)pH为5.5；步骤(3)振荡8天。
试验例1
不同影响因素对DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的影响
(1)初始Cd2+浓度对DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的影响。
采用实施例2制备的胡敏酸浸渍生物炭和实施例4制备的单宁浸渍生物炭以及实施例2制备的未浸渍生物炭，分别称取0.1g上述吸附剂置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50、100、200、500mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算吸附量结果如图2(a)所示，图中吸附剂指胡敏酸浸渍生物炭、单宁浸渍生物炭或未浸渍生物炭；DOM浸渍浓度为制备步骤(2)中胡敏酸或单宁酸水溶液浓度。
由如图2(a)可知，当Cd2+的初始浓度从50mg/L到500mg/L增加时，单宁酸浸渍生物炭、胡敏酸浸渍生物炭以及未浸渍生物炭对于Cd2+的吸附量也明显增加，并且单宁酸浸渍生物炭和胡敏酸浸渍生物炭吸附作用明显优于未浸渍生物炭。
(2)初始pH对DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的影响。
采用实施例2制备的单宁酸浸渍生物炭和实施例4制备的胡敏酸浸渍生物炭以及实施例2制备的未浸渍生物炭，分别称取0.1g上述浸渍生物炭吸附剂置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝4、5、6、7的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算吸附量结果如图2(c)所示。
由如图2(c)可知，当Cd2+的初始pH值从4到7增加时，单宁酸浸渍生物炭、胡敏酸浸渍生物炭以及未浸渍生物炭对于Cd2+的吸附量也明显增加，并且单宁酸浸渍生物炭和胡敏酸浸渍生物炭吸附作用明显优于未浸渍生物炭。
(3)吸附剂用量对DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的影响。
采用实施例2制备的胡敏酸浸渍生物炭和实施例4制备的单宁酸浸渍生物炭以及实施例2制备的未浸渍生物炭，分别称取0.1，0.2，0.3，0.4，0.5g上述吸附剂置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算吸附量结果如图2(d)所示。
由如图2(d)可知，当生物炭的用量从0.1g到0.5g增加时，单宁酸浸渍生物炭、胡敏酸浸渍生物炭以及未浸渍生物炭对于Cd2+的吸附量和去除效率逐步降低，但是单宁酸浸渍生物炭和胡敏酸浸渍生物炭吸附作用明显优于未浸渍生物炭。
试验例2
未浸渍生物炭与DOM浸渍生物炭吸附Cd2+的比较。
采用实施例2制备的胡敏酸浸渍生物炭和实施例4制备的单宁酸浸渍生物炭，其中制备时分别调整溶解性有机质(胡敏酸或单宁酸)水溶液浓度为1.0、2.0、5.0g/L，以及实施例2制备的未浸渍生物炭，分别称取0.5g上述吸附剂置于200mL锥形瓶中，加入100mL、浓度为50mg/L、pH＝5.0的Cd2+溶液。将锥形瓶放在振荡器上振荡24小时，吸附即达到平衡，然后离心，取上清液测定剩余Cd2+浓度，计算吸附量结果如图2(b)所示。
由如图2(b)可知，溶解性有机质水溶液浓度为1.0、2.0、5.0g/L增加时，单宁酸浸渍生物炭、胡敏酸浸渍生物炭以及未浸渍生物炭对于Cd2+的吸附量增加，但是单宁酸浸渍生物炭和胡敏酸浸渍生物炭吸附作用明显优于未浸渍生物炭。
Claims (9)
1.一种高效吸附重金属离子Cd2+的溶解性有机质浸渍生物炭，其特征在于，由溶解性有机质通过π-π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制负载在生物炭表面制得的。
2.根据权利要求1所述的溶解性有机质浸渍生物炭，其特征在于，所述溶解性有机质为胡敏酸或单宁酸。
3.一种如权利要求1所述的溶解性有机质浸渍生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将生物质原料进行煅烧，煅烧后物质用蒸馏水清洗，烘干，过筛得到生物炭备用；
(2)将溶解性有机质配制成溶解性有机质水溶液，调节pH值为4.5-5.5；
(3)在溶解性有机质水溶液中加入生物炭，制成混合溶液，将混合溶液搅拌或振荡6-8天；
(4)搅拌或振荡结束后，通过离心、过滤去除液相部分，将残留固体在冷冻干燥，获得溶解性有机质浸渍生物炭。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述生物质原料为晒干磨成粉的棕榈壳、椰壳或者秸秆。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述煅烧为300-400℃下煅烧3-5小时。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述溶解性有机质水溶液浓度为1.0-5.0g/L。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混合溶液中生物炭的浓度为10g/L。
8.一种如权利要求1所述的溶解性有机质浸渍生物炭在吸附重金属离子Cd2+中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述有机质浸渍生物炭的用量为1.0～5.0g/L，用于Cd2+的浓度不超过500mg/L的水溶液中。
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