油菜秸秆生物炭对水中氨氮的吸附性能及机理

摘要

以废弃油菜秸秆为原料,采用限氧热解法分别在450℃、550℃、650℃条件下制备油菜秸秆生物炭(Rape Straw Biochar,RSB)RSB_(450)、RSB_(550)、RSB_(650),对其理化性质进行了表征,通过序批试验研究了3种RSB吸附水中氨氮的影响因素,并结合动力学、等温线、热力学分析探讨了其吸附机理。结果表明,RSB的碳化、芳香化程度随着热解温度的提升而增加,比表面积、总孔容、平均孔径也随之增大。当溶液初始pH值为8,氨氮初始质量浓度为30 mg/L,RSB_(450)、RSB_(550)、RSB_(650)投加质量分别为0.7 g、0.6 g、0.4 g时,经过210 min左右达到吸附平衡,氨氮去除率均超过95%。3种RSB对氨氮的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。ΔG^(θ)0、ΔS^(θ)>0,表明吸附是自发、吸热、熵增推动的过程。吸附机理涉及静电引力、离子交换、阳离子-π键作用、氢键作用、孔隙填充等。RSB_(650)对氨氮的理论最大吸附量为12.508~20.092 mg/g,比RSB_(450)、RSB_(550)分别提高了1.39~1.76倍、0.49~0.66倍,且具有良好的可重复利用性,可作为高效去除水中氨氮的优势吸附材料。