含镍废水的生物炭处理环境研论：吸附机制及应用前景

含镍废水的生物炭处理环境研论：吸附机制及应用前景

生物炭处理含镍废水

“环境研究”—专栏活动

论文标题：由 KMnO4 和 KOH- 壳得来：

DOI:10.1016/j..2018.10.007

通讯作者（第一作者）：安强

出版日期：2019 年 1 月

研究机构：三峡库区生态环境重点实验室

出版于：

它是一本国际性多学科期刊，旨在广泛有效地传播与环境科学与工程相关的各类研究。发表的文章主要来自以下领域：环境化学、毒理学和风险评估、治疗和修复等。最新 Cite-Score = 8.8，引用率为 10%，影响因子为 5.778

概述和摘要

目前含镍废水对水环境构成严重威胁，亟待寻找高效、环境友好的吸附剂。传统生物炭不能高效吸附镍，因此需要重点研究化学改性生物炭（MBC）对镍的高效吸附。本研究采用高锰酸钾和氢氧化钾对废花生壳生物炭进行改性，并评价分析MBC对镍的吸附能力及吸附机理。结果表明，MBC对Ni（II）的吸附容量高达87.15 mg·g-1，反应过程为自发的吸热化学反应吸附。同时，FTIR和XPS分析表明，改性生物炭中的氨基可以与镍络合形成氨基镍，羟基可以通过共沉淀络合作用与镍形成氢氧化镍和复合氧化镍，从而达到去除镍的目的。这种新型MBC在含镍废水处理领域具有广阔的应用前景。

材料准备

将花生壳在500℃下缓慢热解2小时，形成生物炭，然后将5g生物炭与10ml 0.5%高锰酸钾混合，在室温下放置4小时，然后在60℃环境中干燥4小时。干燥后，将约15g氢氧化钾加入样品中，在300℃下加热1小时，然后洗涤MBC并在60℃下干燥至恒重。将处理后的生物炭通过100目筛网进行筛选，用于表征和批量吸附实验。

随后考察了改性生物炭在投加量（0.1~0.3 g·L-1）、pH范围（1.0~7.0）、离子强度（0.01~0.2 M）等不同参数下对镍的吸附能力；并研究了生物炭的吸附动力学和吸附热力学。

结果

1.用量：在0.1～0.3 g·L-1用量范围内，吸附容量由78.31 mg·g-1降低至62.92 mg·g-1；

2.pH范围：pH值为1.0～7.0范围内，吸附容量由2.24mg·g-1增大至79.54mg·g-1；

3.离子强度：MBC在Ni上的吸附不受离子强度的影响；

4. 动力学和热力学研究：自发吸热化学反应过程。

尖端

改性过程优化了生物炭的孔隙结构，增强了物理吸附，同时提供了更多的吸附位点，提高了吸附能力。

生物炭溶液的pH值和电荷零点与静电相互作用有关。

功能基团在改性生物炭中起着重要作用，例如氨基可与Ni(II)反应生成氨基镍，羟基可与镍通过共沉淀、络合等作用生成氢氧化镍和氧化镍。

总结

本项目研究发现，经高锰酸钾和氢氧化钾改性的花生壳生物炭对水溶液中的Ni(II)具有明显的吸附能力。水溶液中的初始pH和吸附剂的用量影响对Ni(II)的吸附能力，在pH 6.0和0.1 g/L的特定条件下，MBC的最大平衡吸附容量达到88.02 mg·g-1。该吸附为自发的、吸热的过程。同时，改性使生物炭的比表面积增大，导致吸附位点增多。改性生物炭中的氨基可以与Ni(II)通过络合作用生成氨基镍，而羟基可以形成氢氧化镍，通过共沉淀和络合作用生成氧化镍。因此，这种新型MBC吸附剂在含镍废水处理领域具有广阔的开发和应用前景。

环境研究论文长期接受教师及学生投稿，若论文被采纳，将在综合评分上加分0.05分，最高0.1分，欢迎大家投稿！

图片：刘晨璐、安强课题组