1、    毛竹炭制備及改性條件對吸附水中cu()的影響    馬欣蕾 謝曉婧 錢小雨 高莉蘋 林少華摘 要：為提高竹炭對水中cu（）的吸附能力，研究了制備熱解溫度毛竹生物炭吸附cu（）的影響，并對該溫度下的生物炭分別進行酸、堿改性。結果表明：熱解溫度為500所制備的竹炭對cu（）的吸附效果較好，通過酸、堿改性后竹炭吸附cu（）的效果明顯增強。關鍵詞：生物炭; 熱解溫度; 堿改性; 酸改性中圖分類號：x592          文獻標識碼：a        文章編號：1

2、006-3315（2021）11-223-002隨著社會工業的快速發展，水體污染問題引起了廣泛關注。銅是生物生長所必需的微量元素，但超過一定量會對人體和動植物帶來危害。用含銅廢水灌溉農田，可使銅在土壤和農作物中累積，會造成農作物尤其是大麥和水稻生長不良，污染糧食籽粒2。而過量的金屬銅也會影響人體造血細胞生長、抑制人體內生物酶活動及分泌，可刺激消化系統，造成呼吸道刺激，胃腸道紊亂伴嘔吐，腹瀉和一種接觸性皮炎3。吸附法具有處理效率高、操作簡單、吸附劑來源廣和成本較低等優點，是一種經濟、有效和極具推廣應用價值的重金屬廢水處理方法4。生物炭是一種在缺氧環境下，利用農林廢棄物等熱解制得的不溶性、高度芳香

3、化、富含碳固體物質。選用廉價的、處理后無二次污染的生物炭做吸附劑具有很好的應用前景。我國竹資源總量豐富，其中毛竹生長快、成材早、產量高，以其作為生物炭制備原料用于吸附水中重金屬，具有良好的經濟性。研究確定吸附cu（）的最佳毛竹生物炭制備溫度，并用koh和hno3對該溫度下的生物炭進性改性，提高對水中cu（）的吸附效果，可為毛竹資源化利用提供參考。1.實驗部分1.1實驗儀器及試劑主要儀器：sg-gl1400管式爐、thz-82水浴恒溫振蕩器、dz47-60烘箱、精密ph計、電子天平。水中cu（）濃度采用tas-990superafg原子吸收分光光度計進行測定。主要試劑：五水合硫酸銅溶液、氫氧化鉀

4、溶液、硝酸溶液、均為分析純。1.2竹炭制備與改性1.2.1竹炭制備本研究選擇3個熱解終溫（400、500、600），分別取過100目篩的100g毛竹粉末，以10/min的升溫速率加熱至熱解終溫，并在熱解終溫下保持1個小時。控制整個過程中氮氣以100-120ml/min的速度連續穩定的通入。將毛竹原料在3個不同熱解終溫制備得到的生物炭記為bc400、bc500、bc600。1.2.2竹炭改性堿改性時，取一定量最佳溫度下制備的竹炭用去離子水洗至中性后，取竹炭1g分別與不同濃度（0.5mol/l、1mol/l、2mol/l、4mol/l）的koh溶液放于錐形瓶中，將其置于恒溫水浴振蕩器內，以200r

5、/min的轉速使竹炭與改性劑充分接觸反應2h。酸改性時，取竹炭1g分別與不同濃度（質量分數為5%、10%、20%、30%）的稀硝酸混合，在相同轉速下竹炭與稀硝酸充分接觸6h。對竹炭進行酸改性。酸、堿改性后的竹炭置于60烘箱內烘至24h，密封保存以備后續吸附實驗。堿改性生物炭用bc（溫度）-oh表示。酸改性生物炭用bc（溫度）-h表示。1.3吸附實驗本吸附實驗主要涉及3個不同熱解終溫制備得到的生物炭及酸和堿改性分別制備獲得的8組改性生物炭，cu（）儲備液采用五水合硫酸銅配制，濃度為1000mg/l。1.3.1不同熱解終溫制備的生物炭對cu（）的吸附分別準確稱取0.5gbc400、bc500、bc

6、600各一份于250ml錐形瓶中，依次加入10mg/l的cu（）溶液30ml（ph=6），將錐形瓶放入轉速為150r/min，溫度為25恒溫振蕩培養箱振蕩，震蕩24h后取上清液過微孔濾膜，測定溶液中cu（）濃度，并計算平均去除率。1.3.2改性生物炭對cu（）的吸附分別稱取不同改性條件下制得的堿改性樣品0.2g于250ml錐形瓶中，依次加一定體積初始濃度為的20mg/l的cu（）溶液，ph=6，再將錐形瓶放入轉速為150r/min，溫度為25恒溫振蕩培養箱振蕩，震蕩24h后取上清液過微孔濾膜，測定溶液中cu（）濃度，并計算去除率。2.結果與討論2.1最佳熱解溫度的確定熱解溫度分別為400、50

7、0、600制備的生物炭對cu（）吸附效果的影響見圖1。從圖1可以看出，溫度對竹炭吸附cu（）存在明顯影響。500條件下制備的生物炭對cu（）的吸附效果最好，吸附去除率可達84.97%，而400、600下去除率分別為65.36%和42.35%。這和相關文獻中采用其他材質制備熱解生物炭規律一致。所以，確定選擇bc500進行改性實驗。2.2不同改性條件的影響2.2.1堿改性為了研究改性條件對改性后活性炭的吸附效果的影響，在加入cu（）溶液體積為50ml，分別對以0.5、1、2、4mol/l的koh溶液改性的生物炭進行吸附試驗，并以未改性樣品作為參照，結果如圖2所示。由圖2可知，在該實驗條件下，bc5

8、00-oh對cu（）吸附去除率由未改性時的13.04%，提高到0.5mol/l的koh改性時的94.72%了，并穩定維持在94%附近，說明通過堿改性可以大大提高竹炭對cu（）吸附效果。基于用藥劑經濟性考慮，最佳堿處理濃度條件可確定為：koh濃度為0.5mol/l。2.2.2酸改性在加入cu（）溶液體積為20ml條件下，分別對以質量分數為5%、10%、20%、30%的hno3溶液改性的生物炭進行吸附試驗，并以未改性樣品做參考。結果如圖3所示。由圖3可知，bc500-h對cu（）吸附去除率由原來的26.77%先隨著改性hno3濃度提高到5%、10%而出現降低，后又隨著改性hno3濃度提高到20%、

9、30%而出現升高，并保持在79.62%左右，趨于穩定。這說明較低改性濃度時，改性效果不佳，甚至可能出現性能下降現象。因此，最佳酸改性條件可確定為： hno3溶液質量分數為20%。考慮到所投加的cu（）溶液體積為20ml低于堿改性實驗時的50ml，且最好吸附效果低于堿改性最好吸附效果，可以知道酸改性效果差于堿改性效果。3.結論（1）熱解終溫在500下所制備的毛竹生物炭對cu（）的吸附效果最佳。（2）不同改性條件對毛竹生物炭吸附cu（）的效果存在明顯影響，其中在堿改性劑濃度為0.5mol/l時，吸附效果最佳，吸附去除率為94.72%。酸改性劑濃度質量分數為20%時吸附效果最佳，吸附率提高到79.62%。（3）對于cu（）的吸附，堿改性毛竹生物炭吸附效果整體優于酸改性毛竹生物炭。本研究受南京林業大學大學生實踐創新訓練計劃項目（2020nfuspitp0370）資助參考文獻：1周世真.改性生物炭的制備及其對重金屬的吸附作用d河北：河北師范大學，2019.t2李玉慶.林業廢棄物對水中污染物吸附性能的研究d遼寧：沈陽理工大學，20133wang j， cui h， cui c， et al. biosorption of copper（ii） from aqueous solutions by