62 / 2023-10-14 09:52:39

一种用于去除废水中Pb2+和Cd2+的新型磷矿-磁性生物炭：表征、性能和机制

废物利用，重金属，吸附，牛粪生物炭，磷矿

治理受铅（Pb）和镉（Cd）污染的工业废水已成为当前全球的研究热点。本研究选用牛粪固体废弃物作为原料并通过磁化和与磷矿石煅烧的改性方法制备了一种新型磷矿-磁性生物炭（PR-MCLB），同时探讨其对模拟废水中Pb²⁺和Cd²⁺的去除效率和吸附机理。结果表明，伪二级动力学模型和Langmuir模型能更好的拟合PR-MCLB对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附过程，这表明吸附过程是一个单层的均相化学吸附。在25°C条件下，PR-MCLB对Pb²⁺和Cd²⁺的最大理论吸附容量（Q_e,cal）分别为451.24和120.87 mg g^-1，比之前研究中提到的磷改性生物炭或牛粪衍生生物炭的Q_e,cal分别高出约1.5-42.4倍和1.1-21.0倍。酸性条件（pH值3.5-5.5）和共存阳离子（Ca²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺（10-200 mg/L））对PR-MCLB的吸附性能几乎没有不利影响。机理分析表明，PR-MCLB表面的磷酸盐和碳酸盐在Pb²⁺和Cd²⁺的固定过程中扮演关键作用，有54.03%的Pb²⁺和39.12%的Cd²⁺主要是通过矿物沉淀的形式被固定。其次，有21.24%的Pb²⁺和32.22%的Cd²⁺是通过离子交换被固定在PR-MCLB表面。阳离子-π相互作用和表面络合作用对Pb²⁺和Cd²⁺固定的贡献率相对有限，对Pb²⁺的贡献率分别占9.11%和11.10%，而对Cd²⁺的贡献率分别占7.36%和18.71%。而静电吸引和物理吸附作用对Pb²⁺和Cd²⁺固定的贡献率较低，可以忽略不计。最重要的是，潜在生态风险测试的结果证实了PR-MCLB实际应用的安全性。基于以上结果表明，PR-MCLB作为一种高效、环保的材料，在治理受Pb²⁺和Cd²⁺污染废水方面展现出巨大的实际应用潜力。治理受铅（Pb）和镉（Cd）污染的工业废水已成为当前全球的研究热点。本研究选用牛粪固体废弃物作为原料并通过磁化和与磷矿石煅烧的改性方法制备了一种新型磷矿-磁性生物炭（PR-MCLB），同时探讨其对模拟废水中Pb²⁺和Cd²⁺的去除效率和吸附机理。结果表明，伪二级动力学模型和Langmuir模型能更好的拟合PR-MCLB对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附过程，这表明吸附过程是一个单层的均相化学吸附。在25°C条件下，PR-MCLB对Pb²⁺和Cd²⁺的最大理论吸附容量（Q_e,cal）分别为451.24和120.87 mg g^-1，比之前研究中提到的磷改性生物炭或牛粪衍生生物炭的Q_e,cal分别高出约1.5-42.4倍和1.1-21.0倍。酸性条件（pH值3.5-5.5）和共存阳离子（Ca²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺（10-200 mg/L））对PR-MCLB的吸附性能几乎没有不利影响。机理分析表明，PR-MCLB表面的磷酸盐和碳酸盐在Pb²⁺和Cd²⁺的固定过程中扮演关键作用，有54.03%的Pb²⁺和39.12%的Cd²⁺主要是通过矿物沉淀的形式被固定。其次，有21.24%的Pb²⁺和32.22%的Cd²⁺是通过离子交换被固定在PR-MCLB表面。阳离子-π相互作用和表面络合作用对Pb²⁺和Cd²⁺固定的贡献率相对有限，对Pb²⁺的贡献率分别占9.11%和11.10%，而对Cd²⁺的贡献率分别占7.36%和18.71%。而静电吸引和物理吸附作用对Pb²⁺和Cd²⁺固定的贡献率较低，可以忽略不计。最重要的是，潜在生态风险测试的结果证实了PR-MCLB实际应用的安全性。基于以上结果表明，PR-MCLB作为一种高效、环保的材料，在治理受Pb²⁺和Cd²⁺污染废水方面展现出巨大的实际应用潜力。