烏梁素海不同粒徑沉積物中黑碳對重金屬吸附特征的研究.pdf

1、采集烏梁素海蘆葦區(qū)的表層沉積物，提取并純化不同粒徑沉積物中黑碳(BC)，利用結構表征等手段分析BC的共性與特性。選取Pb2+、Cu2+、Cd2+三種重金屬元素，以BC1、BC2、BC3和BC4位為吸附劑，研究不同環(huán)境條件下（pH、離子強度、BC濃度、M2+濃度以及低分子有機酸濃度下各級分BC與重金屬離子的吸附特征，采用Langmuir、Freundlich模型描述BC與重金屬離子的吸附特征，并通過對吸附前后BC的紅外光譜分析和掃面電鏡-

2、能譜分析，揭示BC對重金屬離子的吸附機制。得出如下結論:
　　(1)不同粒徑BC的元素組成以C和O為主，H/C比呈現(xiàn)出BC1＞BC2＞ BC3＞BC4，BC中芳香結構和雙鍵的數(shù)量隨粒徑的減小而增加，BC1、BC2比BC3、BC4具有更高的親水性。由于沉積物顆粒堵塞BC部分微孔且提取分離中無法被去除，因此導致各級分BC灰分偏高。FTIR表明，BC1、BC2比BC3、BC4含有更多的弱碳化結構，且芳香碳(C=O)和酚羥基(-OH)的振

3、動與纖維素含氧官能團相似。比表面積及孔隙度分析表明，隨著粒徑的減小，BC的比表面積隨之增大。BC各級分的孔結構以介孔為主。各級分BC的形態(tài)和大小不一，烏梁素海沉積物中BC的來源主要是生物炭，且蘆葦生物炭在其中所占比例相對最大。
　　(2)各級分BC對重金屬離子吸附動力學曲線上升趨勢具有共性，Pb2+、Cu2+和Cd2+的平衡吸附量的順序是BC4＞BC3＞BC2＞BC1。各級分BC對重金屬離子的吸附符合準一級和準二級動力學模型。等溫

4、吸附中，隨著金屬離子初始濃度的增大，BC各級分對Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附量也逐漸增大，并逐漸達到飽和，隨著BC粒徑的減小，金屬離子的吸附量越大。Langmuir和Freundlich模型擬合結果表明各級分BC對Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附以單分子層吸附為主。
　　(3)隨著BC濃度的增大，其對金屬離子的吸附能力也會增大;隨著pH的增大，金屬離子的吸附量和去除率也增大。在pH=5時，Pb2+和Cu2+達到最大吸附量。

5、當pH＜6時，Pb2+和Cu2+的去除機制主要是吸附;當pH＞6時，去除機制是Pb2+和Cu2+水解沉淀作用。各級分BC在溶液中均具有一定的緩沖作用。隨著離子強度的增大，BC對重金屬離子的吸附能力逐漸減小。低濃度(＜5 mg/L)的檸檬酸會促進吸附，高濃度起抑制作用;草酸始終抑制吸附。反應前后BC的SEM-EDS分析表明重金屬離子吸附在各級分BC表面，隨著BC粒徑的減小，相應的重金屬離子的峰面積依次增大。反應前后BC的FTIR分析表明B

6、C表面的羥基和羧基對BC吸附重金屬離子有一定的貢獻性，但其主導機制仍是表面吸附。
　　(4)＜63μm的組分為顆粒物的沉積物主要組分，即BC3和BC4為主導級分。BC約占總沉積物的1％，隨著BC粒徑的減小，其在沉積物中所占的比例依次增大。各級分BC吸附重金屬離子的貢獻率隨著BC粒徑的減小而增大，并呈現(xiàn)出Pb2+＞Cd2+＞Cu2+。
　　(5)不同粒徑沉積物中BC對重金屬離子混合體系吸附動力學曲線上升趨勢具有共性，Pb2+、

7、Cu2+和Cd2+的平衡吸附量的順序是BC4＞BC3＞BC2＞BC1，且Pb2+的吸附量遠遠大于Cu2+和Cd2+。各級分BC對重金屬離子的吸附符合準一級和準二級動力學模型。隨著金屬離子初始濃度的增大，各級分BC對Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附量也逐漸增大，隨著BC粒徑的減小，金屬離子的吸附量越大。同一級分BC對不同重金屬離子的條件下，當混合離子初始濃度相對較低時，各級分BC對重金屬離子的吸附競爭系數(shù)略微波動，但總體趨勢表現(xiàn)為Pb2