烏梁素海不同粒徑沉積物中黑碳對(duì)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度、BC濃度、M2+濃度以及低分子有機(jī)酸濃度下各級(jí)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(duì)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(duì)重金屬離子的吸附機(jī)制。得出如下結(jié)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致各級(jí)分BC灰分偏高。FTIR表明，BC1、BC2比BC3、BC4含有更多的弱碳化結(jié)構(gòu)，且芳香碳(C=O)和酚羥基(-OH)的振

3、動(dòng)與纖維素含氧官能團(tuán)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(jí)分的孔結(jié)構(gòu)以介孔為主。各級(jí)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(duì)最大。
　　(2)各級(jí)分BC對(duì)重金屬離子吸附動(dòng)力學(xué)曲線上升趨勢(shì)具有共性，Pb2+、Cu2+和Cd2+的平衡吸附量的順序是BC4＞BC3＞BC2＞BC1。各級(jí)分BC對(duì)重金屬離子的吸附符合準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。等溫

4、吸附中，隨著金屬離子初始濃度的增大，BC各級(jí)分對(duì)Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附量也逐漸增大，并逐漸達(dá)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(jié)果表明各級(jí)分BC對(duì)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(duì)金屬離子的吸附能力也會(huì)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(shí)，Pb2+和Cu2+達(dá)到最大吸附量。

5、當(dāng)pH＜6時(shí)，Pb2+和Cu2+的去除機(jī)制主要是吸附;當(dāng)pH＞6時(shí)，去除機(jī)制是Pb2+和Cu2+水解沉淀作用。各級(jí)分BC在溶液中均具有一定的緩沖作用。隨著離子強(qiáng)度的增大，BC對(duì)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(huì)促進(jìn)吸附，高濃度起抑制作用;草酸始終抑制吸附。反應(yīng)前后BC的SEM-EDS分析表明重金屬離子吸附在各級(jí)分BC表面，隨著BC粒徑的減小，相應(yīng)的重金屬離子的峰面積依次增大。反應(yīng)前后BC的FTIR分析表明B

6、C表面的羥基和羧基對(duì)BC吸附重金屬離子有一定的貢獻(xiàn)性，但其主導(dǎo)機(jī)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(dǎo)級(jí)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(jí)分BC吸附重金屬離子的貢獻(xiàn)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(duì)重金屬離子混合體系吸附動(dòng)力學(xué)曲線上升趨勢(shì)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cu2+和Cd2+。各級(jí)分BC對(duì)重金屬離子的吸附符合準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。隨著金屬離子初始濃度的增大，各級(jí)分BC對(duì)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(jí)分BC對(duì)不同重金屬離子的條件下，當(dāng)混合離子初始濃度相對(duì)較低時(shí)，各級(jí)分BC對(duì)重金屬離子的吸附競(jìng)爭(zhēng)系數(shù)略微波動(dòng)，但總體趨勢(shì)表現(xiàn)為Pb2