煤炭学报

作者：代泽宇, 周剑林, 刘伟银, 秦平, 陈荣, 陈章, 李志贤, 陈国梁,

关键词：碳材料, 腐植酸, 尾矿土, 吸附模型, 扩散模型,

利用玉米秸秆基生物炭(CSB)负载腐植酸制备腐植酸改性生物炭(CSB-HA)，用于吸附矿区土壤淋溶液中Mn2+并分析其吸附特性。借助SEM、BET、XRD、XPS和FT-IR 等方法对制备得到的样品进行表征分析，CSB-HA比表面积为7.911 m2/g，孔隙以介孔居多。优良的孔隙结构提供大量吸附点位，并促进与污染物的接触，使吸附性能提升。CSB-HA表面富含C=O、O=C—O和—COOH等含氧官能团，其中氧原子能与重金属离子进行络合配位形成配位键，从而去除Mn2+。CSB-HA对Mn2+的最大吸附量为21.493 mg/g，准一级动力学模型、准二级动力学模型、Langmuir等温式和Temkin等温式能较好拟合吸附过程，Temkin常数b<1 kJ/mol，能证明吸附过程存在物理吸附。准二级动力学模型和Langmuir等温式拟合度更高且更接近实际检测值，故吸附过程为单分子层吸附，受物理吸附和化学吸附共同作用，且化学吸附占主导地位。因此含氧官能团种类和质量分数对CSB-HA吸附Mn2+产生重要影响。由液膜扩散模型和颗粒内扩散模型分析扩散过程，液膜扩散模型拟合线与纵轴截距较小，因此该过程不是控速阶段。颗粒内扩散模型可拟合为膜扩散阶段(0～60 min)和颗粒内扩散阶段(60～240 min)，后者吸附速率明显降低(kid1=1.159>kid2=0.287)，且拟合线均不通过原点，故颗粒内扩散阶段是吸附过程的控速关键阶段。热力学模拟中，分离系数RL均在0.4～0.6，ΔH=15.41 kJ/mol>0，且ΔG均为负数并随温度升高而减小，表明吸附过程是可逆且自发吸热的，升温能促进吸附反应进行。ΔS=49.90 J/(mol·K)>0，证明吸附过程中固液界面随机性增加。模拟淋溶液吸附实验表明CSB-HA吸附Mn2+效果较好且对淋溶液pH有调节作用。

来源：2024年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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