壳聚糖⁃稀土⁃生物炭对水体Cr(Ⅵ)的吸附性能分析

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.03.003

摘要/Abstract

摘要：

以玉米秸秆为生物炭原料，通过壳聚糖和稀土对其改性，分别制备了壳聚糖?氯化镧?生物炭复合材料(CBC?La)和壳聚糖?氯化铈?生物炭复合材料(CBC?Ce)。采用XRF、FT?IR和XRD对CBC?La和CBC?Ce的结构与性能进行分析，探究了不同吸附条件下对水体Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明，Langmuir方程能够很好地模拟等温吸附行为，准一级动力学方程的拟合度较高，CBC?La和CBC?Ce的平衡吸附量理论值分别为21.08、19.16 mg/g，表现出良好的吸附效果。解吸实验结果表明，CBC?La和CBC?Ce具有重复使用的可能性；吸附机制主要包括静电作用、氢键作用和离子交换。实验证明，壳聚糖?稀土?生物炭复合材料对去除水体Cr(Ⅵ)具有良好的应用前景。

关键词: 生物炭, 氯化镧, 氯化铈, 壳聚糖, 六价铬, 吸附

Abstract:

Using corn straw as raw material of biochar and modified with chitosan and rare earth, chitosan?lanthanum chloride?biochar composites and chitosan?cerium chloride?biochar composites were prepared respectively. The structure and performance of CBC?La and CBC?Ce were analyzed by XRF, FT?IR and XRD. The adsorption properties of Cr(Ⅵ) in water under different adsorption conditions were investigated. The experimental results show that the Langmuir equation can simulate the isothermal adsorption behavior well, and the quasi?first?order kinetic equation has a higher fitting degree. The theoretical equilibrium adsorption capacity are 21.08 mg/g and 19.16 mg/g, which is close to the actual value. The desorption experiments show that CBC?La and CBC?Ce had the possibility of reuse. The adsorption mechanism mainly includes electrostatic adsorption, complexation and ion exchange. The experimental results show that the chitosan?rare earth?biochar composite material has a good application prospect in the removal of Cr(Ⅵ) from water.

Key words: Biochar, Lanthanum chloride, Cerium chloride, Chitosan, Cr(Ⅵ), Adsorb

中图分类号:

TE992.1

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图/表 11

图1 CBC?La和CBC?Ce的XRF谱图

图2 CBC?La和CBC?Ce的FT?IR谱图

图3 CBC?La和CBC?Ce吸附前后的XRD谱图

图4 CBC?La和CBC?Ce对Cr(Ⅵ)的吸附量随时间的变化和动力学方程模型拟合曲线

表1 Cr(Ⅵ)吸附的动力学拟合参数

吸附剂

q_e,exp/

（mg·g^-1）

准一级吸附动力学模型

准二级吸附动力学模型

q_t /（mg·g^-1）

k₁/min^-1

R²

q_t /（mg·g^-1）

k₂/min^-1

R²

图5 Langmuir和Freundlich模型对CBC?La和CBC?Ce的等温吸附模型拟合曲线

表2 Cr(Ⅵ)吸附等温线拟合参数

吸附剂	Langmuir等温吸附模型			Freundlich等温吸附模型
吸附剂	Q_m/（mg·g^-1）	K_L/（L·mg^-1）	R²	K_F/（L·mg^-1）	n	R²
CBC⁃La	28.32	0.321 3	0.982 5	18.690 4	0.549 4	0.968 8
CBC⁃Ce	26.32	0.096 6	0.986 9	15.372 1	0.490 4	0.827 5

图6 pH对改性生物炭吸附效果的影响

图7 离子强度对Cr(Ⅵ)吸附的影响

图8 共存阴离子对Cr(Ⅵ)吸附的影响

图9 改性生物炭的循环次数对Cr(Ⅵ)吸附的影响

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