N掺杂生物炭的制备及其对Co^(2+)的吸附性能

摘要

在芦荟叶皮中加入尿素用水热法制备炭前驱体,然后将其以不同的终温热解制备出N掺杂生物炭(NBCx)。使用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附仪(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和动电位分析仪(Zeta)等手段进行表征,研究其对废水中Co^(2+)的吸附性能。结果表明:NBCx的表面有明显的层块堆积。NBCx具有分级多孔结构,芦荟叶皮与尿素的质量比为2∶1、热解终温为800℃时制备的NBC800其比表面积为32 m^(2)·g^(-1),总孔体积为0.04 cm^(3)·g^(-1),其中非微孔比例高达75%。NBC800表面含有丰富的含氧和含氮官能团,N含量和O含量(摩尔分数)分别高达3.89%和46.35%,可与Co^(2+)发生离子交换、静电吸附、络合作用和共沉淀等反应。用Langmuir等温线模型能很好地描述NBC800对Co^(2+)的吸附过程,为单分子层吸附,最大理论吸附量高达228.31 mg·g^(-1)。拟二级吸附动力学模型表明,吸附进行得较快。