羥基硫酸鐵污泥基生物炭的制備及對As3+的吸附研究.pdf

1、市政污泥處理處置和As污染水體修復(fù)是我國面臨的重大環(huán)境問題。本文利用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌（簡稱：At.f）將普通市政污泥改性為羥基硫酸鐵污泥（簡稱：羥基污泥），探討了將羥基污泥改性為羥基硫酸鐵污泥基生物炭（簡稱：羥基生物炭）的工藝條件，揭示了炭化溫度與羥基生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)的關(guān)系，并進一步研究了羥基生物炭對As3+的吸附性能及影響因素，并得到以下結(jié)論：
　　生物瀝浸工藝生產(chǎn)羥基污泥過程中為了滿足 At.f新陳代謝需求要補充0.5g/L

2、外源Fe2+。制得的羥基污泥臨界炭化溫度為200℃，快速失重溫度集中在200-500℃，500℃時重量已減至56％。將羥基污泥進一步炭化為羥基生物炭，獲得炭化溫度為300、400、500、600、700、800℃的6種羥基生物炭，相應(yīng)的熱解產(chǎn)率由77%降至53%。
　　利用熱重分析儀、元素分析儀、比表面積儀、掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉紅外光譜分析儀（FTIR）等對比300-800℃羥基生物炭的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，相應(yīng)結(jié)果如下：生物炭的

3、熱穩(wěn)定性高于污泥，且炭化溫度越高生物炭熱穩(wěn)定性越好；隨著炭化溫度升高，羥基生物炭的pH、pHPZC逐漸增大，N、H元素含量減少，C元素減小后保持穩(wěn)定，BET比表面積逐漸增大，且顯著大于羥基污泥，表面官能團種類及數(shù)量逐漸減少甚至消失，表面結(jié)構(gòu)越來越松散、孔隙越來越發(fā)達，600℃時開始出現(xiàn)方形晶體，800℃時方形晶體遍及羥基生物炭表面。在吸附試驗中，炭化溫度只影響羥基生物炭在吸附前期的吸附速率，不影響其最終的吸附容量。600℃羥基生物炭在吸

4、附平衡時沒有達到其他羥基生物炭的吸附容量，可能與其高pHpzc值有關(guān)。綜合分析不同炭化溫度羥基生物炭的炭化度、熱穩(wěn)定性及表面性質(zhì)，重點考慮pH，選擇650℃羥基生物炭作為下一步研究的對象。
　　試驗探究羥基生物炭對As3+的吸附性能。結(jié)果顯示：羥基生物炭的吸附動力學(xué)、等溫線分別符合準二級吸附動力學(xué)、Langmuir等溫線，相似系數(shù)分別為0.9994、0.9974，平衡吸附量為0.48mg/g，最大吸附容量為4.7664mg/g。在

5、As3+為5mg/L，羥基生物炭為10g/L時對As3+的去除率達到95%。羥基生物炭對As3+的吸附量為0.483mg/g，是普通污泥生物炭的1.16倍，解吸量為0.005mg/g，是普通污泥生物炭的27.34%。
　　試驗?zāi)M環(huán)境因素對羥基生物炭吸附 As3+的影響，結(jié)果表明環(huán)境溫度、溶液 pH、共存陰離子（SO42-、PO43-）均影響羥基生物炭的吸附效果。羥基生物炭在環(huán)境溫度33、27、15℃對As3+的吸附量分別為0.4

6、8、0.47、0.24mg/g，環(huán)境溫度在室溫及以上對羥基生物炭的吸附無影響，低溫抑制吸附。不同pH溶液對As3+的吸附量由大到小為：pH=7（中性）＞pH=5（弱酸性）＞pH=9（弱堿性）＞pH=2（強酸性）＞pH=12（強堿性），羥基生物炭在中性溶液中吸附效果最好，溶液呈酸性或堿性均影響其吸附效果。SO42-對羥基生物炭吸附效果沒有影響，吸附量一直保持在0.48mg/g，PO43-對羥基生物炭吸附效果影響顯著，溶液中 PO43-的濃