钙铁生物炭对水中铅的去除性能及机理

摘要

为了制备钙铁改性生物炭，优化单一铁改性生物炭对Pb（Ⅱ）的去除效果，获得能够高效去除水中Pb（Ⅱ）且便于回收的生物炭，本研究以杨木、竹子为原材料，分别制备了杨木生物炭（包括未改性、FeSO₄改性、CaCO₃+FeSO₄改性、CaO+FeSO₄改性）和竹子生物炭（包括未改性、FeSO₄改性、CaCO₃+FeSO₄改性、CaO+FeSO₄改性）等8种生物炭。首先通过批实验评估不同生物炭对地下水中Pb（Ⅱ）的修复性能，然后结合扫描电镜（SEM）和X射线吸收近边结构光谱（XANES）等手段探究不同生物炭对地下水中Pb（Ⅱ）的固定机理。结果表明：钙铁（CaCO₃+FeSO₄、CaO+FeSO₄）改性生物炭对Pb（Ⅱ）的去除率显著高于铁（FeSO₄）改性生物炭，其中以CaO为钙源的钙铁改性生物炭对Pb（Ⅱ）的去除效率均大于99%,而以CaCO₃为钙源的钙铁改性杨木生物炭、钙铁改性竹子生物炭对Pb（Ⅱ）的去除效率分别为58%和37%;改性后生物炭对Pb（Ⅱ）的去除效果从高到低为CaO+FeSO₄改性、CaCO₃+FeSO₄改性、FeSO₄改性；钙铁改性生物炭表面多孔且粗糙，有利于铅沉淀物的附着；Pb（Ⅱ）的XANES线性拟合得到钙铁改性生物炭表面的稳定铅组分，如碱式碳酸铅和磷氯铅占比较其他类型生物炭更高，其中钙铁改性杨木生物炭上碱式碳酸铅和磷氯铅占比分别为28%和34%,钙铁改性竹子生物炭上碱式碳酸铅和磷氯铅占比分别为28%和30%。生物炭表面铅沉淀物的形成可能是Pb（Ⅱ）去除的主要途径之一。

关键词

铅 / 生物炭 / 铁改性 / 钙铁改性 / SEM / XANES / 去除率