农业废弃物生物炭制备及其对Cd²⁺的吸附特征

摘要

[目的]本文旨在探讨不同农业废弃物生物炭对Cd²⁺的吸附特征，为农业废弃物资源化利用以及环境中Cd²⁺的修复提供理论依据和技术支撑。[方法]本研究以农业废弃物为原料，平菇菌渣、香菇菌渣、玉米秸秆、牛粪分别在300、400、500℃温度下限氧热解反应制备3种平菇菌渣生物炭（PGBC）、3种香菇菌渣生物炭（XGBC）、3种牛粪生物炭（NFBC）和3种玉米秸秆生物炭（YMBC）共12种生物炭，并对吸附性能最好的500℃下热解制备的平菇生物炭PG500进行铁锰复合改性（FM-PG500）。采用BET、FTIR等方法对制备生物炭理化特性进行表征，开展吸附试验研究不同物源和铁锰复合改性生物炭对Cd²⁺的吸附性能及特征。[结果]随着热解温度的提高，4种生物炭的产率均随之减小，灰分含量、比表面积及孔容呈相反变化趋势；芳香族官能团相对含量增加，其结构趋于稳定，且铁锰复合改性后的FM-PG500具备最高的芳香化程度。PG500对Cd²⁺吸附量最高。不同农业废弃物生物炭对Cd²⁺的吸附过程均符合准二级动力学，其中PGBC、XGBC和FM-PG500拟合结果符合Langmuir模型，为单分子层化学吸附，而YMBC和NFBC符合Freundlich模型，为多分子层的化学吸附。在吸附热力学实验中，当Cd²⁺浓度为10～80 mg·L^-1时，FM-PG500的平衡吸附量由未改性前的4.96～36.52 mg·g^-1提高至5.41～38.04 mg·g^-1；吸附动力学实验中，当Cd²⁺浓度为20 mg L^-1时，FM-PG500对Cd²⁺的吸附量相较于未改性前提升了11.0%。[结论]平菇菌渣作为原材料制备生物炭对水中Cd²⁺的去除有较大潜力，铁锰氧化物负载之后改变了生物炭的理化性质从而有利于生物炭吸附性能的提高。

关键词

生物炭制备 / 吸附特性 / Cd²⁺ / 农业废弃物 / 铁锰复合改性