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小麦秸秆驱动菱铁矿热解制备磁性生物质碳及其吸附Cd(2+)活性
  • ISSN号:0250-3301
  • 期刊名称:《环境科学》
  • 时间:0
  • 分类:X712[环境科学与工程—环境工程]
  • 作者机构:合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(41402030,41372045,41572029,41472047); 中央高校基本科研业务费专项(JZ2017HGTB0196); 中国博士后科学基金项目(2014M551794)
中文摘要:

以小麦秸秆和菱铁矿为原料,在500℃下热处理改性,制备了一种C-Fe_3O_4复合材料.采用FTIR、XRD、SEM、BET、磁化率仪对C-Fe_3O_4复合材料(以下统称复合材料)进行表征.考察了接触时间、初始pH、初始Cd~(2+)浓度、离子强度对Cd~(2+)去除率的影响,结合吸附前后表征结果分析了复合材料对Cd~(2+)的吸附机制.结果表明:复合材料及单独煅烧制备的小麦秸秆炭的比表面积分别为23.38 m~2·g~(-1)和7.20 m~2·g~(-1),孔容积分别为1.04×10-1cm~3·g~(-1)和2.23×10-2cm~3·g~(-1),平均孔径分别为17.74 nm和12.38 nm;红外光谱显示复合材料和小麦秸秆炭表面富含羧基、羟基等具有金属离子吸附活性的官能团;磁化率测试结果显示复合材料的质量磁化率为42 900×10~(-8)m~3·kg~(-1).复合材料对Cd~(2+)的吸附动力学用准二级动力学模型拟合度最好;吸附等温线符合Freundlich模型;pH在3.0~6.0之间,吸附容量随pH增大而升高,pH在6.0~9.0之间,吸附容量趋于稳定;pH在4.0~9.0之间,解析量随pH增大而减少;离子强度从1 mmol·L~(-1)增至100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的吸附容量略有减少,解析率由0.51%提升至8.5%;说明复合材料主要通过表面络合作用及离子交换去除溶液中的Cd~(2+).此外,复合材料的磁化性能使其在固液分离方面比一般的吸附材料具有很大优势.

英文摘要:

C-Fe_3O_4 composite material [magnetic biomass char( MBC) ] was prepared by pyrolysis of a mixture of wheat straw and siderite at 500℃. The MBC was characterized by XRF,FTIR,XRD,SEM,XPS,and a magnetic susceptibility device. The effect of contact time,pH value,initial Cd~(2+)concentration,and ionic strength on the adsorption capacity of the MBC to Cd~(2+)was investigated.The results showed that the BET surface areas of the MBC and biomass char( BC) were 23. 38 m~2·g~(-1)and 7. 20 m~2·g~(-1),respectively,total pore volumes were 1. 04 × 10-1cm~3·g~(-1)and 2. 23 × 10-2cm~3·g~(-1),and average pore diameters were 17. 74 nm and 12. 38 nm. The magnetic susceptibility of the MBC was 42 900 ×10~(-8)m~3·kg~(-1). FTIR showed that phenolic hydroxyl and carboxyl functional groups bound metal ions on the surface of the MBC and BC. The kinetic data of the MBC were described well by the pseudosecond-order model. Isothermal adsorption of Cd~(2+)by MBC and BC was fitted well by the Freundlich equation. The adsorption velocity increased with an increase of pH in the region 3-6 and then stabilized in the region 6-9. The adsorption capacity of Cd~(2+)decreased slightly when ionic strength increased from 1 mmol·L~(-1)to 100 mmol·L~(-1),whereas the desorption rate increased from 0. 51% to 8. 5%. The adsorption properties and characterization results illustrated that the removal mechanism of Cd~(2+)likely was through adsorption and ion exchange on the surface of the MBC with a high amount of functional groups. In addition,magnetic adsorbents offered a significant advantage compared to other adsorbents in the aspect of separation from aqueous solution.

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期刊信息
  • 《环境科学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院生态环境研究中心
  • 主编:赵进才
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  • 邮箱:hjkx@rcees.ac.cn
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  • 国际标准刊号:ISSN:0250-3301
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1895/X
  • 邮发代号:2-821
  • 获奖情况:
  • 在全国第一届和第二届优秀科技期刊评比中分别荣获...,二次荣获中国科学院优秀期刊评比一等奖,荣获中国期刊方阵双奖期刊荣誉
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国剑桥科学文摘,美国生物科学数据库,英国动物学记录,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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