壳聚糖、铁锰改性稻壳生物炭的表征及其Cd2+吸附性能研究

为改善稻壳炭对Cd2+的吸附能力,分别选用壳聚糖、硝酸铁与高锰酸钾对稻壳生物炭进行改性,成功制备了壳聚糖改性稻壳炭(C-BC)和铁锰改性稻壳炭(FM-BC),表征了各稻壳炭的基础理化性质,包括比表面积分析(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射表征(XRD),进行了动力学吸附实验和等温吸附实验,并在不同pH和投加量条件下,研究了改性生物炭对Cd2+的吸附量和去除率.结果表明:两种改性方式均减小了稻壳炭的比表面积和总孔隙体积;FM-BC含有Mn-O、Fe-O的特征官能团,此外改性前后稻壳炭的官能团类型基本不变;两种改性方式均使稻壳炭产生了对应的晶体结构变化.两种改性炭对Cd2+动力学吸附特征均符合准二级动力学模型,颗粒内扩散模型均分为3个阶段,对Cd2+等温吸附特征均符合Langmuir模型;C-BC和FM-BC的最大吸附量分别为25.51 mg·g-1和16.25 mg·g-1,是BC(14.97 mg·g-1)的1.7倍和1.08倍.随着溶液pH增加,C-BC和FM-BC的吸附量和去除率逐渐增加,且始终高于BC;随着投加量的增加,C-BC和FM-BC的Cd2+去除率逐渐增加,而吸附量逐渐降低.两种改性方式均能够在一定程度上提高稻壳炭对Cd2+的吸附能力,均以单分子层化学吸附占主导,C-BC的最大吸附量明显高于FM-BC,适度调整溶液pH和投加量可改善改性稻壳炭的Cd2+吸附效果.