腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd2+的吸附性能和机制研究

摘要：

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭(BC300),通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-MPTS)丰富其表面官能团,得到腐植酸改性生物炭(HBC300)和巯基改性生物炭(SBC300)两种改性生物炭,分析改性生物炭对Cd2+的吸附能力,借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论(DFT)计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd2+的作用.结果表明:改性过程改变了生物炭的理化性质,HBC300表面增加了—COOH和—OH官能团,而SBC300表面—COC、—CO和—SH官能团增多.通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd2+吸附反应速率和吸附性能,表现出改性生物炭在水中去除Cd2+的潜力.其中,SBC300对Cd2+吸附效果最佳,其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g-1,但吸附反应速率小于HBC300,符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制.表征数据及DFT计算拟合数据结果表明,生物炭表面修饰官能团加快了对Cd2+吸附反应速率,但—COC和—CO官能团限制了SBC300对Cd2+的吸附反应速率.

关键词：改性生物炭、Cd2+、吸附机制、DFT计算

所属期刊栏目：42

分类号：X703(一般性问题)

在线出版日期：2023-11-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2049-2058