不同裂解温度稻壳生物炭对阿特拉津的吸附行为及机制

摘要

为探究不同裂解温度下稻壳生物炭的结构和性质差异及其对阿特拉津(AT)的吸附作用机制和构-效关系,以稻壳为原料在300、500和700℃下制备稻壳生物炭(分别记为RH300、RH500、RH700),通过电镜扫描、元素分析仪、比表面积分析仪和傅里叶变换红外光谱分析仪等对3种稻壳生物炭进行结构表征分析,并采用批量等温吸附法研究稻壳生物炭对AT的吸附特性.结果表明:裂解温度由300℃升至700℃时,稻壳生物炭中w(C)由48.81％升至64.67％,w(H)、w(N)和w(O)则由3.22％、1.45％和34.66％分别降至0.89％、0.92％和16.29％,原子比H∕C、O∕C和(O+N)∕C值均降低.可见,随着裂解温度升高,稻壳生物炭的芳香性增强,亲水性和极性降低,且比表面积和孔体积增大,平均孔径减小.3种稻壳生物炭对AT的吸附均可用Freundlich和Langmuir两种等温吸附模型进行较好地拟合(R≥0.948,P<0.01),吸附作用及非线性程度与生物炭的比表面积(SSA)、芳香性(H∕C)、亲水性(O∕C)和极性〔(O+N)∕C〕呈良好的指数关系,大小表现为RH700>RH500>RH300.稻壳生物炭对AT的吸附机制主要包括分配作用和表面吸附,分配作用强度与生物炭的极性和炭化程度有关;而表面吸附作用与AT的分子大小有关,3种稻壳生物炭对AT的表面吸附除表面覆盖外,还存在多层平铺、毛细管现象和孔隙填充等.研究显示,裂解温度是影响生物炭吸附有机污染物的重要因素,在综合考虑成本和制备工艺的同时,适当提高裂解温度可增强生物炭对有机污染物的吸附作用.