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碳酸钠改性水葫芦生物炭及其对离子型稀土矿地表水中Pb^(2+)和Ni^(2+)的吸附
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作者 叶成宇 马星宇 +4 位作者 束鑫 张华林 彭正壮 李庭刚 袁文静 《环境化学》 北大核心 2025年第3期991-1005,共15页
水葫芦制备的生物炭(WHBC)因其多孔结构、丰富的化学表面基团和矿物组成而被认为具有较大的环境修复潜力.为更大程度提升WHBC对重金属离子的吸附能力,本研究以水葫芦为原料,碳酸钠为化学活化剂,采用浸渍法并在高温下热解得到碳酸钠改性... 水葫芦制备的生物炭(WHBC)因其多孔结构、丰富的化学表面基团和矿物组成而被认为具有较大的环境修复潜力.为更大程度提升WHBC对重金属离子的吸附能力,本研究以水葫芦为原料,碳酸钠为化学活化剂,采用浸渍法并在高温下热解得到碳酸钠改性水葫芦生物炭(SWHBC),并以Pb^(2+)和Ni^(2+)的吸附性能为考察对象,在单因素实验的基础上,采用响应曲面法-Box-Behnken Design(BBD)设计对改性生物炭材料的加热时间、加热温度和浸渍质量比(Na2CO_(3)/WH,g·g^(−1))等3种基本制备条件进行优化.结果表明,最佳制备条件是浸渍质量比为1.41、温度为421.79℃和加热时间为2.90 h.最优条件下所制备的SWHBC对Pb^(2+)和Ni^(2+)的实际吸附量分别为758.42 mg·g^(−1)和118.19 mg·g^(−1).用拟二级动力学模型和Langmuir模型能更好地拟合吸附过程,获得的SWHBC对Pb^(2+)和Ni^(2+)最大理论吸附能力分别为1247.085 mg·g^(−1)和147.091 mg·g^(−1).采用SEM、BET、EA、XRD以及FTIR对WHBC和SWHBC的形貌、比表面积、元素组成、矿物类型和官能团进行表征.结果表明,碳酸钠在热解过程中产生化学活化促进生物炭比表面积、极性和含氧官能团的增加,通过极性官能团和含氧官能团与重金属的络合作用以及孔隙扩散吸附重金属.并且碳酸钠和水葫芦中的KCl和CaCO_(3)反应生成的Nyerereite矿物在吸附过程中参与了离子交换和共沉淀作用.因此SWHBC吸附重金属离子的主要机理包括离子交换、共沉淀、表面络合作用和孔隙扩散.SWHBC对离子型稀土矿山受污染地表水中多种金属离子具有显著去除效果,其中对Pb^(2+)和Ni^(2+)的去除率达到了99.98%和88.77%,处理后Pb^(2+)的浓度达到了《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅰ类水标准,表明本研究所制备材料是一种去除受污染水体中Pb^(2+)和Ni^(2+)的有效吸附剂. 展开更多
关键词 水葫芦 碳酸钠 生物炭 重金属 吸附机理 响应面法
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废弃煤矸石资源化利用研究进展 被引量：9
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作者 张华林 滕泽栋 +2 位作者 江晓亮 杨幼明 李庭刚 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1778-1791,共14页
随着社会的高速发展,工业废物堆积造成的环境问题日渐严重.煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物.其大量堆积不仅占用土地资源,而且还会污染环境,引起地下水污染,造成山体滑坡、塌陷等地质灾害,严重威胁人类生存环境.... 随着社会的高速发展,工业废物堆积造成的环境问题日渐严重.煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物.其大量堆积不仅占用土地资源,而且还会污染环境,引起地下水污染,造成山体滑坡、塌陷等地质灾害,严重威胁人类生存环境.近年来,“以废治废”模式成为了工业废弃物处置的研究热点之一,也是生态修复的重要研究方向.本文综述了煤矸石资源化利用的研究进展,进一步阐述了污泥改性煤矸石在生态修复与土壤改良方面的进展,为后期煤矸石和污泥的高值化利用奠定基础. 展开更多
关键词 煤矸石 工业废物 污泥 资源化 生态修复
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