煤炭学报

作者：苏佩东, 赵桂峰, 郭鑫蕾, 唐佳伟, 焦鸣宇, 张春晖, 于博文, 郭强,

关键词：矿井水, 硫酸根离子, 生物炭, 金属改性, 银杏叶,

黄河流域部分矿区矿井水中硫酸根离子(\mathrmSO_4^2- )超标问题突出，但现有的膜处理和稀释混合法存在成本高、效果不确定等问题。为此，采用热解耦合高能球磨方法制备银杏叶生物炭(Zr-Fe@BC)，并进行过渡金属(Fe和Zr)改性修饰，开发针对矿井水中\mathrmSO_4^2- 的高效低耗去除技术，探究了制备条件、吸附条件及干扰离子对\mathrmSO_4^2- 去除效率的影响。结果显示，生物炭最佳制备条件：在空气氛围条件下，改性剂与生物炭质量比为0.2，热解时间为6 h，热解温度为700 ℃，球磨时间为2 h。经ZrOCl2·8H2O和FeCl3·6H2O双金属改性修饰后，Zr和Fe均成功负载于银杏叶生物炭表面。高能球磨处理能够显著提升Zr和Fe的暴露活性且使生物炭比表面积显著增大。通过X射线光电子能谱技术(XPS)分析确定，Zr-Fe@BC中Zr和Fe的质量分数分别为1.94%和0.11%。利用MINTEQ软件对\mathrmSO_4^2- 在pH为1～12的形态进行了模拟，并通过试验发现Zr-Fe@BC在pH为2时，对初始质量浓度为500 mg/L的\mathrmSO_4^2- 去除率为74.8%。虽然pH升高伴随的OH−质量浓度增加会和\mathrmSO_4^2- 竞争Zr-Fe@BC的活性位点，但即便pH增加到8，溶液中\mathrmSO_4^2- 的质量浓度仅为231 mg/L，满足GB 3838—2002《地表水环境质量Ⅲ类标准》的排放标准(\mathrmSO_4^2- 的质量浓度< 250 mg/L)。通过竞争离子吸附试验发现：\mathrmCO_3^2- 显著影响Zr-Fe@BC对\mathrmSO_4^2- 的吸附，其次为\mathrmPO_4^3- 。相比之下，Cl−的存在对Zr-Fe@BC吸附\mathrmSO_4^2- 的影响最小。经吸附热力学和动力学分析，Zr-Fe@BC吸附\mathrmSO_4^2- 更符合Langmuir吸附等温模型和准二级吸附动力学模型，且吸附机理主要靠物理吸附(范德华力)、静电吸引、离子交换(\mathrmSO_4^2- 和Zr—OH及Fe—OH中的—OH)。利用Zr-Fe@BC能够对实际矿井疏干水中的\mathrmSO_4^2- (初始质量浓度436.4 mg/L)在20 min完成达标处理。整体来看，本研究合成的Zr-Fe@BC吸附性能稳定，能够为黄河流域矿井水中\mathrmSO_4^2- 的深度去除提供技术支持和理论依据。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2026年第2期