煤炭学报

作者：代泽宇, 周剑林, 刘伟银, 秦平, 陈章, 李志贤, 陈国梁,

关键词：生物炭, 亚甲基蓝, K⁺改性, 吸附模型, 扩散模型,

以玉米秸秆为原料，采用磷酸(H3PO4)活化改性、氢氧化钾(KOH)负载K+改性并炭化的方式制备改性玉米秸秆生物炭(以下简称生物炭)。利用SEM、BET、XRD、ICP、XPS以及FT-IR等表征手段，对生物炭的结构进行表征。以制备的生物炭为吸附剂，测定其对模拟废水中亚甲基蓝(MB)的吸附性能。结果表明，K+改性后生物炭为柱状片层结构并生成更丰富孔隙，表面含有－OH、－COOH等含氧官能团，且K+改性后含氧官能团呈现专一化发展趋势。生物炭对MB具有良好的吸附作用，中性与碱性环境下吸附效果较好，最大吸附容量为222.93 mg/g，较未改性生物炭(68.38 mg/g)和磷酸(H3PO4)活化改性生物炭(180.49 mg/g)分别提升226.02%和23.51%。K+改性生物炭对MB吸附的动力学和等温线模型分别符合拟二级动力学模型和Langmuir模型，吸附过程为单分子层吸附，且受物理吸附与化学吸附共同作用，其中化学吸附在吸附过程中占主导地位。针对吸附中的扩散过程进行了液膜扩散模型模拟和颗粒内扩散模型模拟，液膜扩散模型曲线斜率为0.6，因此液膜扩散不是扩散过程的主控步骤，颗粒内扩散过程分为膜扩散阶段(0～25 min)和颗粒内扩散阶段(25～140 min)，颗粒内扩散阶段较膜扩散阶段吸附速率明显降低(kid2=6.453 5<kid1=32.266 9)，且此模型拟合曲线不通过原点，颗粒内扩散阶段是控速关键阶段。通过热力学分析，得到K+改性生物炭对MB的吸附热力学参数，其中分离系数RL均在0～1，ΔH=7.611 2 kJ/mol>0，ΔG均为负值，表明MB在生物炭上的吸附是可逆且自发吸热的，升温有助于吸附进行；ΔS=30.041 5 J/(mol·K)>0，表明吸附过程中固液界面随机性增加。

来源：2023年第6期

《煤炭学报》期刊编辑部

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