热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

彭成法， 肖汀璇， 李志建

齐鲁工业大学环境科学与工程学院， 山东 济南 250353

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

彭成法， 肖汀璇， 李志建*

齐鲁工业大学环境科学与工程学院， 山东 济南 250353

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据，为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响，在缺氧条件下于300～900 ℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭，利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征，并选用900 ℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究. 结果表明：①300～900 ℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%～69.41%，污泥呈弱酸性(pH为6.35)，热解后的生物炭呈碱性(pH为7.7～10.58). ②900 ℃生物炭中w(H)、w(N)大幅降低，分别比干污泥中减少89.50%和77.16%，而w(C)降低29.22%，固碳作用显著. 热解后生物炭比表面积明显增大，700和900 ℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2g，最佳制备温度为700～900 ℃. ③热解后的生物炭具有大量极性基团，热解温度越高，酸性基团越少，碱性基团含量增多. ④热解作用使生物炭zeta电位升高，吸附能力增强. ⑤900 ℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7～8，对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mgg. ⑥各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序，对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度；对于Cd，表现为生物炭投加量>pH. 研究显示，污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd，影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量，影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度，而影响Cd的次要因子为pH. 生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.