磷和腐殖酸對生物炭去除水中Cr(VI)的影響研究.pdf

1、在我國城市污水處理過程中會產生大量的富磷污泥，而目前國內對于富磷污泥的資源化處置還沒有經(jīng)濟有效的措施。本試驗用污泥生物炭作吸附劑處理水中Cr(Ⅵ)，研究污泥磷含量和體系中腐殖酸對生物炭吸附性能的影響，為富磷污泥的處置提供新思路，同時為探討天然水體中Cr(Ⅵ)的遷移去除行為及重金屬離子、顆粒物、有機質的相互作用提供依據(jù)。另外，通過傅立葉紅外光譜、X-射線衍射光譜、X-射線光電子能譜分析了生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影響機理。得到了以下主要結

2、論：
　　 ①磷含量對污泥生物炭吸附Cr(Ⅵ)有顯著影響，生物炭中磷含量升高，會縮短生物炭吸附Cr(Ⅵ)的平衡時間，生物炭吸附過程符合準二級動力學模型。隨著pH的增加，去除量逐漸減小。同時，Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)的量也逐漸減少。隨著Cr(Ⅵ)初始濃度的增加，P10、P20、P30和P604種吸附劑對Cr的去除量均呈增長趨勢。
　　 ②FTIR和XRD分析表明，富磷污泥生物炭對Cr(Ⅵ)的去除與吸附體系中的H+和生物炭

3、表面的-OH、C=O、O-H和C-OH等基團有關，且Cr在生物炭表面形成了Cr2O3，CrPO4，Cr5(P3O10)3，KxCrO2和Cr(PO3)3晶體。由此推斷磷影響生物炭去除Cr(Ⅵ)的機制可能是：磷促進了Cr(Ⅵ)在生物炭表面的還原，以及還原后的Cr(Ⅲ)在生物炭表面與磷形成了晶體沉淀；同時磷酸鹽的增加，改變了生物炭表面的化學基團、孔隙結構從而影響了生物炭的吸附性能；另外磷酸鹽的增加會影響生物炭的酸堿性從而導致吸附體系中質子濃

4、度發(fā)生變化，進而影響Cr(Ⅵ)的吸附和還原。
　　 ③腐殖酸能顯著促進生物炭對Cr(Ⅵ)的吸附，大幅提高吸附量以及縮短吸附平衡時間，生物炭吸附過程符合準二級動力學模型。在溶液初始pH4.0，生物炭濃度20g·L-1，Cr(Ⅵ)初始濃度在50～800mg·L-1范圍下，Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等溫吸附行為。加入腐殖酸(20mg·L-1)后擬合得到的理論飽和吸附量達10.10mg·g-1，較未加入腐殖

5、酸的吸附量5.56mg·g-1提高近1倍。在pH2.0～8.0范圍內，吸附量隨溶液初始pH值升高而減小。腐殖酸濃度上升，生物炭吸附能力進一步提高。
　　 ④紅外光譜顯示，生物炭表面的羥基、羧基、酯基、芳香環(huán)上C-H和環(huán)狀結構上的C=C等化學活性官能團與Cr(Ⅵ)的吸附有關。結合XPS分析結果，推斷腐殖酸共存促進生物炭吸附的機制是：腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集濃度，有利于生物炭對Cr(Ⅵ)的直接吸附和還原，而腐殖酸本身具