介孔生物炭的合成、改性及其对染料的吸附性能研究
(阿坝师范学院资源与环境学院，四川阿坝 623002)
摘要
以菠萝叶子为原材料，磷酸作活化剂，通过热处理合成介孔生物炭，再利用十六烷基三甲基溴化铵进行改性，采用扫描电镜、比表面积测试和傅立叶转换红外光谱表征改性前后材料的结构，研究其作为吸附剂处理染料废水的性能。室温下，藏红T的初始浓度150 mg/L，pH 11，吸附时间50 min，未改性吸附剂投加量0.6 g/L，去除率和吸附量分别达到96.33%和234.1 mg/g。胭脂红的吸附实验中，当初始浓度100 mg/L，pH 2，吸附时间50 min，改性吸附剂投加量0.5 g/L，去除率95.17%，吸附量是194.8 mg/g。分析数据表明，改性前后材料吸附染料的过程符合拟二级动力学模型和Langmuir等温线模型。
引言 染料废水因影响水体美观、破坏水体自净和致癌等缺点[1,2]，一直都是环境污染的重要源头，对于它的处理，被普遍关注。常用的废水处理方法为膜分离法、辐射法、氧化法、生物法和吸附法等[3-5]，其中吸附法因效率高且操作简单而广泛运用，但是吸附剂价格较高，其应用受限[6-8]，所以需要开发经济且高效的吸附剂。近几年，利用农林废弃物制备生物炭吸附剂兴起热潮，常用农林废弃物有玉米芯[9]、核桃壳[10]、稻壳[11]、丝瓜络[12]、椰壳[13]、板栗壳[14]等。本文利用菠萝叶子作为生物质来源，磷酸为活化剂，热处理制备介孔生物炭，吸附藏红T，进一步采用十六烷基三甲基溴化铵对介孔生物炭改性修饰，研究其对胭脂红的吸附性能。 结论 本文以废弃菠萝叶子作生物质来源，经过简单实验步骤，成功制备介孔生物炭，其比表面积、孔容和平均孔径分别是691.24 m2/g、1.41 cm3/g和8.14 nm，改性后的材料比表面积和孔容均降低，平均孔径增加。在最佳吸附条件下，改性前后材料对染料都具有优异的吸附性能。两种材料的吸附过程均符合拟二级动力学模型和Langmuir等温模型，且吸附速率可能是由液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散协同控制。 目录 1 实验部分 1.1 主要仪器与试剂 1.2 吸附剂的制备 1.3 吸附实验步骤与方法 1.3.1 水样初始pH对吸附效果的影响 量取100 mL、初始浓度100 mg/L、不同pH的藏红T溶液和胭脂红溶液置于一系列锥形瓶中，25 ℃水浴恒温10 min，再加入50 mg吸附剂，回旋振荡60 min。过滤，测定吸光度，考查最优pH。 1.3.2 吸附剂投加量对吸附效果的影响 量取100 mL、初始浓度100 mg/L且pH为最优值的藏红T溶液和胭脂红溶液置于一系列锥形瓶中，25 ℃水浴恒温10 min，再分别加入不同质量的吸附剂，回旋振荡60 min。过滤，测定吸光度，考查最优吸附剂投加量。 1.3.3 吸附时间对吸附效果的影响 量取100 mL、初始浓度100 mg/L且pH为最优值的藏红T溶液和胭脂红溶液置于一系列锥形瓶中，25 ℃水浴恒温10 min，再分别加入最优吸附剂投加量，回旋振荡不同时间。过滤，测定吸光度，考查最优吸附时间。 1.3.4 水样初始浓度对吸附效果的影响 量取100 mL，不同初始浓度的藏红T溶液和胭脂红溶液置于一系列锥形瓶中，调节pH为最优值，25 ℃水浴恒温10 min，再分别加入最优吸附剂投加量，回旋振荡最优吸附时间。过滤，测定吸光度，考查最优初始浓度。 2 结果与讨论 2.1 材料表征 2.1.1 SEM分析 采用SEM观察介孔生物炭改性前后的表面形貌，结果见图1。 2.1.2 FT-IR分析 利用FT-IR研究介孔生物炭改性前后的表面官能团，结果见图2。 2.1.3 BET分析 采用氮气吸脱附等温曲线说明材料的孔结构，结果见图3，其中小图是材料吸附等温线的BJH孔径分布图。 2.2 吸附影响因素 2.2.1 水样初始pH对吸附效果的影响 2.2.2 吸附剂投加量对吸附效果的影响 不同吸附剂投加量对藏红T和胭脂红的去除效果见图5。 2.2.3 吸附时间对吸附效果的影响 考查了吸附时间对藏红T和胭脂红吸附效果的影响，吸附时间分别是10、20、30、40、50、60、90、120、150和180 min，实验结果见图6。 2.2.4 水样初始浓度对吸附效果的影响 图7是水样初始浓度对藏红T和胭脂红的吸附影响，考查的水样初始浓度分别是60、70、80、90、100、110、120、150、180、200 mg/L。 2.3 吸附动力学 为确定吸附过程的动力学模型，对介孔生物炭吸附藏红T和改性介孔生物炭吸附胭脂红的过程分别进行拟一级动力学方程、拟二级动力学方程和颗粒内扩散方程拟合。 2.4 吸附等温线 为了进一步了解介孔生物炭的吸附特征，对两种材料吸附染料的实验数据分别都利用Langmuir吸附等温模型和Freundlich吸附等温模型拟合。 3 结论
引用本文：何红艳，邹思佳. 介孔生物炭的合成、改性及其对染料的吸附性能研究[J].化学试剂, 2020,42(10):1148-1153.
