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青阳非金属矿研究院产学研合作创制矿物复合环保材料取得进展

近日,浙江工业大学化学工程学院、青阳非金属矿研究院、浙江省农业科学院/浙江省生物炭工程技术研究中心等科研团队合作创制环保新材料的有关研究成果以“Improved lead removal from aqueous solution using novel porous bentonite- and calcite-biochar composite”为题,正式发表于国际环境科学与生态学领域Top期刊Science of the Total Environment(IF=5.589)。论文第一作者为浙江工业大学化学工程学院博士后Sudipta Ramola,浙江省生物炭工程技术研究中心杨生茂研究员和浙江工业大学周春晖教授为论文共同通讯作者。

铅是一种有毒重金属,具有积累性和不可生物降解性,因此对环境和生物健康造成严重威胁。吸附作为一种去除水体重金属的经济有效的技术,具有设计灵活、操作方便、吸附剂可回收利用等优点。生物炭由于具有比表面积大和孔隙结构发达等特性,成为一种优良的吸附剂,其在水体和土壤中各种有机和无机污染物修复方面的研究和应用备受广泛关注。采用粘土矿物对生物炭进行改性处理可实现生物炭功能特性(包括吸附性能)的进一步提升;但有关膨润土和方解石-生物炭复合材料对水体中铅吸附去除的研究非常有限。

本研究采用膨润土和方解石与卷烟厂废渣混合热解制备生物炭-矿物复合材料,开展其对水体中铅的吸附去除效果及机理研究,并采用响应曲面法对吸附参数进行表征优化。结果表明,生物炭-膨润土和生物炭-方解石复合材料的比表面积和孔体积随热解温度升高而增大,热解温度为700℃时制备的生物炭-膨润土(BCS700)和生物炭-方解石(CCS700)复合材料对铅的去除效果最好(99.9%)。膨润土和方解石在废弃烟渣炭化过程中起到催化的作用,使制备生物炭的炭得率、pH值、结构、官能团等性能改善。利用响应曲面法进一步优化铅浓度、pH、吸附剂用量和接触时间等影响吸附效果的参数,发现BCS700和CCS700对最大去除率和吸附量的优化效果类似,两者均通过单层吸附且在接触2 h内可实现铅的快速去除,并在10 h内达到平衡,其最大吸附量为500 mg/g。BCS700为一级动力学模型,CCS700为二级动力学模型。BCS700和CCS700中存在的铅离子与矿物基团之间的静电吸引也对铅的去除起到重要作用。本研究证实矿物改性生物炭显著提高了水体中铅的去除率和吸附量,具有广泛的开发应用技术潜力,正向产业化和工程应用推进。

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136171

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