史兵方,仝海娟,左衛(wèi)元,張金磊 (百色學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,桂西區(qū)域生態(tài)環(huán)境分析和污染控制廣西高校重點實驗室,廣西 百色 533000)

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麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭的制備及其吸附水中PAHs性能研究

史兵方*,仝海娟,左衛(wèi)元,張金磊 (百色學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,桂西區(qū)域生態(tài)環(huán)境分析和污染控制廣西高校重點實驗室,廣西 百色 533000)

摘要：麻瘋樹籽殼經(jīng)磷酸處理,在300～700℃下炭化處理50min,制備了麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭.以萘、蒽、菲、芘4種多環(huán)芳烴(PAHs)為目標(biāo)物,考察了吸附劑投加量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等因素對麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭吸附性能的影響,探討了麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附效果及機理.結(jié)果表明,隨炭化溫度升高,生物質(zhì)炭的比表面積逐漸增大;在25℃、生物質(zhì)炭投加量為0.15g、吸附時間為60min的條件下,萘、蒽、芘和菲的去除率分別為97.4%、94.6%、93.1%和92.1%.麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附機理服從準(zhǔn)二級動力學(xué)方程,吸附等溫線服從Langmuir方程,萘、蒽、芘和菲的飽和吸附量分別為8.849、8.547、8.097和7.633mg/g.

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭；麻瘋樹籽殼；多環(huán)芳烴；吸附；制備

多環(huán)芳烴(PAHs)具有較強的毒性、高致癌性、致突變性,是一類環(huán)境中優(yōu)先控制的持久性有機污染物[1].環(huán)境中PAHs污染主要源自于煤和石油及其產(chǎn)品的燃燒、化工企業(yè)的污水的排放[2-3].PAHs污染問題已引起國際社會的共同關(guān)注[4-5].隨著工農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化,水體已成為環(huán)境中PAHs的一個重要匯[6].如何快速修復(fù)水體中的PAHs污染是環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點課題[7].傳統(tǒng)的去除水體中PAHs的物理化學(xué)方法主要有絮凝、沉淀、過濾和氧化等方法,這些方法的缺點是去除效率不高[8].吸附法對水體中的PAHs去除具有較高的效率,尤其以活性炭作為吸附劑時去除水體中的PAHs[9].吸附法的關(guān)鍵是尋找一種易再生、高吸附效率的吸附劑.因此,篩選經(jīng)濟、具有高吸附容量的吸附劑是吸附法的面臨的挑戰(zhàn)[10].

生物質(zhì)炭是木柴、動物糞便、作物殘余物、城市污水或其他生物固體在高溫下產(chǎn)生的富碳物[11].生物質(zhì)炭對重金屬、有機物具有很高的吸附性能,與活性炭相比其更環(huán)保、經(jīng)濟[12-13],在環(huán)境領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.目前,以稻殼灰[14]、向日葵葉子[15]、鋸末[16]、茶廠廢料[17]、藻類[18]、植物細(xì)胞[19]等材料制備的生物質(zhì)炭被應(yīng)用于相關(guān)研究,取得了具有重要意義的成果.研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭對污染物的吸附性能受其比表面積、孔徑大小和孔徑的分布等因素影響[20].炭化溫度對生物質(zhì)炭的吸附性能影響較大,高溫炭化比低溫炭化制備的生物質(zhì)炭的吸附性能更強[21-22].因此,優(yōu)化炭化工藝條件是該領(lǐng)域的重點課題.到目前為止,生物質(zhì)炭吸附污染物的研究多以吸附空氣中揮發(fā)性污染物和水中重金屬為主,而關(guān)于水中PAHs吸附的研究則較少.

麻瘋樹是一種分布在熱帶和亞熱帶、具有多用途的經(jīng)濟作物.麻瘋樹籽用于榨油,常用于制備生物柴油等.但在生產(chǎn)過程中伴有大量的麻瘋樹籽殼產(chǎn)生,這些廢棄物會對環(huán)境造成影響.本文選用麻瘋樹籽殼為原料,在不同炭化溫度下制備生物炭,考察了其比表面積與炭化溫度的關(guān)系.研究其對水中萘、菲、蒽、芘的吸附性能,并通過動力學(xué)探討其對水中萘、菲、蒽、芘的吸附機理,以期為農(nóng)作物廢棄物的資源化利用、制備經(jīng)濟高吸附性能的生物質(zhì)炭提供理論依據(jù).

1　材料與方法

1.1 材料與試劑

LC20A高效液相色譜儀(日本,島津),紫外檢測器和色譜工作站,分析柱為Agilent ZORBAX Eclipse PAH(4.6×100mm,3.5μm); HHS-4型恒溫水浴振蕩器(上海博迅實業(yè)有限公司);QF-3800型氮氣吹干儀(廣州科雷納儀器設(shè)備有限公司);AL204-IC型電子分析天平(上海,梅特勒-托利多儀器有限公司);SSA-3600比表面積測定儀(北京,彼奧德電子技術(shù)有限公司); JSM-6360LV掃描電鏡;馬弗爐.

麻瘋樹籽購于百色市田東縣;菲、蒽、芘、萘購于美國 SUPELCO公司;二氯甲烷(分析純)購于南京寧試化學(xué)試劑有限公司;磷酸、硅膠、無水硫酸鈉(400 ℃下預(yù)處理4h)為分析純,丙酮、甲醇、二氯甲烷、正己烷為色譜純,商品活性炭為粉狀活性炭(基本參數(shù)為比表面積:523m2/g,亞甲基藍(lán)吸附值:107.4mg/g,碘值483.7mg/g,符合HG3-1290-80),分析純,購于南寧精密儀器有限公司:水為三次水(水蒸發(fā)儀,美國Bedford公司).

分別稱取100mg萘、蒽、菲、芘于1.0L容量瓶中,用500mL/L的乙醇超聲溶解、定溶,配置濃度為100mg/L儲備液(4 ℃保存).吸附實驗時,4 種PAHs的混合溶液新配新用,其濃度由LC20A高效液相色譜測定.

1.2 實驗方法

1.2.1 生物質(zhì)炭的制備 麻瘋樹籽殼經(jīng)清洗、烘干凈后,以濃度為1mol/L麻瘋樹籽殼經(jīng)清洗、烘干凈后,以濃度為1mol/L的磷酸溶液按固液比5g/50mL的比例浸泡72h(磷酸是制備活性炭常用的活化劑,其作用是促進(jìn)熱解反應(yīng)的進(jìn)行,形成初始孔隙,磷酸被清洗后可留下發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)),過濾,用去離子水將固體物質(zhì)清洗至中性,50℃下烘干后用粉碎機粉碎,取一定量經(jīng)粉碎后的麻瘋樹籽殼置于坩堝中,密封后,置于馬弗爐中,按實驗要求調(diào)節(jié)相應(yīng)的炭化溫度,炭化50min后取出,冷卻后,過篩,取過100目分子篩的粉末,密封保存.

參照文獻(xiàn)[23],使用SSA-3600比表面積儀測定樣品的比表面積.

1.2.2 吸附實驗 稱取一定質(zhì)量的生物質(zhì)炭分別置于50mL的離心管中,加入25mL萘、蒽、菲、芘混合溶液,置于轉(zhuǎn)速為170r/min恒溫振蕩器中,恒溫避光震蕩一定時間后,高速離心分離(12000r/min,15min),取上層清液測定4種PAHs的殘留量.吸附量及吸附率按下式計算:

式中:C0為加入的PAHs溶液初始濃,mg/L;Ct為吸附平衡時PAHs溶液的濃度,mg/L;V為加入的PAHs溶液的體積,L;m為加入的生物質(zhì)炭的質(zhì)量,g;Q為吸附容量,mg/g.

時間對吸附效果的影響:在置有25mL萘、蒽、菲、芘濃度為30mg/L的50mL離心管中,加入生物質(zhì)炭0.15g,于25℃進(jìn)行吸附操作,分別振蕩15、30、45、60、75、90min,取樣進(jìn)分析,以吸附量為指標(biāo),考察吸附時間對吸附效果的影響.

吸附劑投加量對吸附效果的影響:分別取0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25g生物質(zhì)炭置于50mL離心管中,然后依次加入25mL濃度均為30mg/L的萘、蒽、菲、芘溶液,震蕩吸附平衡后,取樣分析,考察吸附劑投加量對去除率的影響.

吸附溫度對吸附效果的影響:取0.15mg生物質(zhì)炭置于50mL離心管中,然后依次加入25mL濃度均為30mg/L萘、蒽、菲、芘的溶液,分別在25、35、45℃下震蕩,待吸附平衡后,取樣分析,考察吸附溫度對吸附量的影響.

等溫吸附:準(zhǔn)確量取25mL含萘初始濃度(10～90)mg/L的溶液置于50mL離心管中.于25℃下,加入生物質(zhì)炭0.15g振蕩60min后抽濾,檢測溶液中萘的濃度,同時做空白對照.在相同條件下,研究生物質(zhì)炭對蒽、菲和芘的吸附.

以上實驗平行測定3次.

1.2.3 分析測定和質(zhì)量控制 分析條件:流動相為乙腈/超純水,流動相流速為1.5ml/min,梯度淋洗程序為:淋洗液為V (水):V(乙腈)=5:5;0～6min,激發(fā)、發(fā)射波長分別215、325nm;6.00～10.6min,激發(fā)、發(fā)射波長分別250、364nm;10.6～13.7min,激發(fā)、發(fā)射波長分別252、402nm;13.7～20.0min,激發(fā)、發(fā)射波長分別333、390nm.柱溫30℃ ,保留時間定性,外標(biāo)峰面積定量.

質(zhì)量保證:整個分析過程采用樣品平行實驗、空白實驗、基質(zhì)加標(biāo)回收實驗等進(jìn)行監(jiān)控,并用回收率指示分析過程中樣品的制備、分析和基質(zhì)等對實驗結(jié)果影響.4種PAHs的保留時間的RSD小于0.1%,峰面積測量值的RSD均小于6.90%;分析方法的檢測限在0.500～0.910ng/ml之間(s/n=3,N=5),加標(biāo)回收率在(75.5%±5.8)%～ (99.6%±3.4)%.實驗用的玻璃儀器用超聲波清洗,恒溫150℃干燥;方法空白實驗無待測物檢出.

2　結(jié)果與討論

2.1 生物質(zhì)炭的制備

2.1.1 炭化溫度與生物質(zhì)炭的比表面積的關(guān)系 制備的麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭的比表面積隨炭化溫度的變化關(guān)系如圖1所示.由圖1可知,300℃時生物質(zhì)炭的比表面積較低,可能是由于炭化較低,有相當(dāng)量麻瘋樹籽殼有機質(zhì)殘留在生物質(zhì)炭里,造成孔隙不發(fā)達(dá)[17-18].隨炭化溫度升高,生物質(zhì)炭的比表面積逐漸增大,700℃時生物質(zhì)炭的比表面積(331m2/g)較高,與Sander和Pignatello[24]制備的N2-BET生物質(zhì)炭的比表面為200～500m2/g一致.生物質(zhì)炭的SEM(圖2)顯示,未改性處理的原麻風(fēng)樹籽殼材料表面較為光滑,經(jīng)化學(xué)物質(zhì)改性造孔以后,生物質(zhì)炭的顆粒表面比未改性的麻瘋樹籽殼表面的孔隙較為豐富,顆粒表面更粗糙,且具有不均勻的孔隙結(jié)構(gòu)[18].實驗制備的生物質(zhì)炭的比表面積與商品活性炭(523m2/g,椰殼活性炭)相比,生物質(zhì)炭的比表面積較低,原因可能是不同生物質(zhì)炭材料所制備的生物質(zhì)炭的孔形、孔徑和孔隙分布有很大不同[25];另外,生物質(zhì)炭材料在炭化的過程中產(chǎn)生灰分,這些灰分隨著溫度的升高而出現(xiàn)富集于生物質(zhì)炭表面,進(jìn)而殘留孔隙中,減小了其比表面積[26].

圖1　生物質(zhì)炭的比表面積Fig.1　Specific surface area of biochar

2.1.2 炭化溫度對PAHs吸附量的影響 炭化溫度對萘、蒽、菲、芘吸附量的影響結(jié)果如圖3.由圖3可知,隨著炭化溫度的上升,生物質(zhì)炭對PAHs吸附量也跟著上升,這是因為在炭化過程中,磷酸的脫水性和氧化性使得麻瘋樹籽殼中的木質(zhì)纖維素在磷酸中用下發(fā)生脫水和聚合反應(yīng),侵蝕原麻瘋樹的纖維構(gòu)架;另一方面,升高炭化溫度會增加麻瘋樹籽殼中的芳香結(jié)構(gòu)、無定形碳的量和分子的無序化程度,使得麻瘋樹籽殼吸附材料表面的微孔不斷增多,比表面積增加[27].研究結(jié)果與Nguyen等[28]和James等[29]的研究一致.由圖可知,在700℃下制備的生物炭吸附效果最好,當(dāng)溫度超過700℃以后去除率略微下降,原因是炭化溫度過高,易造成熱收縮使得生物質(zhì)炭已經(jīng)形成的孔隙結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌,造成比表面積和孔容減小.James等[29]研究表明,820℃下制備的生物炭的比表面積和孔容比700℃下制備的生物炭的明顯減少.所以最佳炭化溫度為700℃.

圖2　生物質(zhì)炭的SEMFig.2　SEM of biochar

圖3　炭化溫度對吸附性能的影響Fig.3　Effect of carbonization temperature on adsorption performance

2.2 生物質(zhì)炭對萘、蒽、菲、芘的吸附性能研究

2.2.1 吸附時間對萘、蒽、菲、芘吸附量的影響 在萘、蒽、菲、芘濃度為30mg/L,生物質(zhì)炭的投加量為0.15g,25℃的條件下,吸附時間對生物質(zhì)炭吸附萘、蒽、菲、芘吸附量的影響結(jié)果如圖4.從圖4可知,隨著吸附時間的增加,生物質(zhì)炭對PAHs的吸附量緩慢上升.當(dāng)t≥60min,吸附量變化已經(jīng)不明顯,可認(rèn)為體系基本達(dá)到吸附平衡,所以吸附時間以60min為宜.麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附能力大小順序為:萘>蒽> 芘>菲.生物質(zhì)炭對萘、蒽和芘的吸附量大于菲的原因為菲的結(jié)構(gòu)是不對稱的,鍵長不能象其他3 種PAHs那樣進(jìn)行平均化,因此菲具有永久偶極矩,有一定的極性[30].根據(jù)相似相溶原理,菲在水相中的溶解度更大.因此,麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對菲的吸附效果最小.由于空間位阻效應(yīng),3環(huán)蒽比4環(huán)的芘更易于進(jìn)入生物炭微孔內(nèi)部的吸附位點[31].因此,麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對蒽的吸附能力大于芘.當(dāng)PAHs濃度較高時,其易進(jìn)入吸附劑的微孔中會引起微孔溶脹;當(dāng)濃度降低時,微孔結(jié)構(gòu)塌縮,大分子PAHs很難從微孔中出來[32].高濃度的菲致使菲進(jìn)入吸附劑微孔進(jìn)而引起吸附劑微孔形變,而萘并不能引起微孔環(huán)境的變化[33].相對蒽和芘而言,2環(huán)PAHs萘由于分子小,與更容易進(jìn)入生物炭微孔,與吸附位點作用.

圖4　時間對吸附量的影響Fig.4　Effect of time on adsorption performance

2.2.2 生物質(zhì)炭投加量對萘、蒽、菲、芘吸附率的影響 在萘、蒽、菲、芘濃度為30mg/L,25 ℃,吸附時間為60min的條件下,生物質(zhì)炭投加量對PAHs吸附影響的結(jié)果如圖5.由圖5可知,隨著生物炭的投加量不斷增加,PAHs的去除率也不斷升高,這是因為較多的吸附劑能提供更多的吸附表面位點,能促進(jìn)吸附質(zhì)由液相向固相轉(zhuǎn)移并吸附在生物炭的表面.當(dāng)吸附劑用量超過0.15g 時,去除率變化不是很明顯,這是因為過多的吸附劑互相堆積在一起,不利于吸附表面的充分利用.所以在本實驗條件下吸附劑投加量以0.15g較為適宜.麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附能力大小順序為:萘>蒽>芘>菲.可能的原因為由于空間位阻效應(yīng),小分子較大分子更易于到達(dá)生物炭微孔內(nèi)部的吸附位點[31].

圖5　投加量對去除效果的影響Fig.5　Effect of dosage on adsorption performance

2.2.3 溫度對萘、蒽、菲、芘吸附量的影響 溫度對PAHs吸附的影響結(jié)果見圖6.從圖6可知,隨著溫度的升高,生物質(zhì)炭對4種PAHs的去除率均有不同程度的下降.這是因為吸附是一個動態(tài)平衡過程,在較高的溫度下,分子熱運動加劇,有可能破壞生物質(zhì)活性炭表面官能團(tuán)與PAHs的結(jié)合作用力[34],加速了4種PAHs從生物質(zhì)炭表面的脫附.另外,溫度升高,增加4種PAHs在溶液中的溶解度,造成溶液中4種PAHs的含量增加.研究結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致[35].在25℃、生物質(zhì)炭投加量為0.15g、吸附時間為60min的條件下,萘、蒽、菲、芘吸附量分別為4.87、4.73、4.65和4.61mg/g.麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附能力大小順序為:萘> 蒽>芘>菲.由于空間位阻效應(yīng),小分子萘更易于到達(dá)生物炭微孔內(nèi)部的吸附位點,而大分子菲則不易進(jìn)入微孔,造成麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對菲的吸附效果最差[31].

圖6　溫度對吸附量的影響Fig.6　Effect of temperature on adsorption performance

2.3 吸附等溫線

在25℃下,生物質(zhì)炭對萘、蒽、菲、芘的等溫吸附的結(jié)果如圖7.

圖7　吸附等溫線Fig.7　Adsorption isotherm of PAHs on biochar

從圖7可看出,隨著萘、蒽、菲、芘初始濃度的增加,生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附量增大.現(xiàn)象表明濃度梯度是吸附發(fā)生的推動力,濃度越大對吸附越有利,與Garg等[36]的研究結(jié)果一致.由圖7還可看出,隨著平衡濃度的加大,麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附量逐漸增大,最終趨向于飽和.這是因為一定的吸附劑能提供一定量的吸附接觸面和活性位點,在初始條件下,較多吸附點處于空置狀態(tài),PAHs與其接觸時便能吸附.隨著濃度的加大,空余的吸附點已經(jīng)被充分利用,吸附達(dá)到飽和.為了研究麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對多環(huán)芳烴的等溫吸附情況,分別以Langmuir 和Freundlich方程對圖7數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,Langmuir 和Freundlich方程表達(dá)式如下:

式中:Qm表示吸附劑一定溫度下的飽和吸附量, mg/g;b為Langmuir常數(shù);kF和n為經(jīng)驗常數(shù);Ce為多環(huán)芳烴平衡濃度,mg/L;Qe為PAHs平衡吸附量,mg/g.擬合結(jié)果見表1.

表1 Langmuir和Freundlich等溫吸附參數(shù)

Table 1 Parameters of Langmuir and Freundlich isotherm models

Langmuir 　Freundlich化合物Qm(mg/g) B(L/mg) 　R2　kF(mg/g) 　n 　R2萘 　8.849 　1.341 　0.998　 1.631 　0.331 0.891 蒽 　8.547 　0.894 　0.998　 1.601 　0.368 0.884 芘 　8.097 　0.591 　0.996　 1.713 　0.363 0.902 菲 　7.633 　0.422 　0.992　 1.822 　0.365　 0.911

由表1可知,在本實驗條件下,比較表1中的線性相關(guān)系數(shù)R2可知,生物質(zhì)炭對PAHs的等溫吸附線能更好地符合Langmuir方程,這與肖學(xué)敏等[37]研究結(jié)果一致.其對萘、蒽、芘、菲的吸附容量依次為:8.849、8.547、8.097和7.633mg/g.麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對PAHs的吸附效果低于煤基活性炭(萘、菲、芘飽和吸附量分別為:88.7、82.5和87.1mg/g)[37],但高于改性膨潤土(萘、蒽、菲和芘的飽和吸附量分別為:0.604、0.569、0.548 和0.518mg/g)[38].Langmuir等溫吸附模型是單分子層吸附模型,說明麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對萘、蒽、菲、芘的吸附主要為單分子層吸附[39].

2.4 吸附動力學(xué)

通過動力學(xué)的研究可以進(jìn)一步了解生物質(zhì)炭對萘、蒽、菲、芘的吸附機理.分別采用準(zhǔn)一級動力學(xué)方程ln、準(zhǔn)二級動力學(xué)方程內(nèi)擴散方程對吸附動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,其中: k1為準(zhǔn)一級吸附速率常數(shù),min-1;k2為準(zhǔn)二級吸附速率常數(shù),g/(mg?min); Qe表示平衡吸附量,mg/g;Qt為t時刻吸附量,mg/g;Kp為內(nèi)擴散速率常數(shù),mg/(g?min1/2).具體擬合參數(shù)見表2.

化合物準(zhǔn)一級 　　準(zhǔn)二級 　　內(nèi)擴散k1Qe,c k2 (min-1)(mg/g)　R2　Qe,c(mg/g)[g/(mg?min)] R2　Kp[mg/(g?min1/2)] R2萘　0.532 8.112 0.892 8.216　 0.026 0.999 　0.532 　0.912蒽　0.493 7.905 0.895 8.132　 0.018 0.998 　0.618 　0.905芘　0.356 0.765 0.873 7.921　 0.013 0.999 　0.785 　0.915菲　0.264 0.683 0.887 7.253　 0.009 1.000 　0.911 　0.926

表2 吸附動力學(xué)參數(shù)

Table 2 Kinetics parameters of pseudo first order and pseudo second order equation

從表2可以看出,準(zhǔn)二級動力學(xué)方程的擬合結(jié)果(R2大小順序為二級動力學(xué)>內(nèi)擴散>一級動力學(xué))優(yōu)于準(zhǔn)一級動力學(xué)方程和內(nèi)擴散方程,表明該吸附過程為化學(xué)吸附過程.這與文獻(xiàn)報道的煤基活性炭和改性膨潤土對PAHs的吸附動力學(xué)的研究結(jié)果一致[37-38].其對萘、蒽、芘、菲的吸附速率常數(shù)分別為:0.026、0.018、0.013和0.009g/(mg·min).

3　結(jié)論

3.1 以麻瘋樹籽殼廢棄物為材料,經(jīng)磷酸溶液改性活化,可以制備出對萘、蒽、菲、芘4種PAHs吸附效果較為理想的生物質(zhì)吸炭附劑.

3.2 炭化溫度對麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭的比表面積和孔結(jié)構(gòu)有影響,隨著炭化溫度的升高,生物質(zhì)炭的比表面積及吸附性能增加.炭化處理溫度為700℃下制備的生物質(zhì)炭的性能較為理想.

3.3 在25℃、生物質(zhì)炭投加量為1.50mg、吸附時間為24h的條件下,萘、蒽、芘和菲去除率分別為97.4%、94.6%、93.1%和92.1%.

3.4 麻瘋樹籽殼生物質(zhì)炭對4種PAHs的吸附機理服從準(zhǔn)二級動力學(xué)方程,萘、蒽、芘、菲的吸附速率常數(shù)分別為0.026、0.018、0.013和0.009g/(mg·min);該吸附劑吸附等溫線服從Langmuir方程,萘、蒽、芘和菲的飽和吸附量分別為8.849、8.547、8.097和7.633mg/g.

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要從事水污染控制研究.發(fā)表論文30余篇.

* 責(zé)任作者, 副教授, shibingfang@126.com Biochar prepared by the husk ash of Jatropha curcas seeds and its sorption ability for polycyclic aromatic hydrocarbons in water.

SHI Bing-fang*, TONG Hai-juan, ZUO Wei-yuan, ZHANG Jin-lei (Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi, College of Chemistry＆Environmental Engineering, Baise University, Baise 533000, China). China Environmental Science, 2016,36(4)：1059～1066

Abstract：Husk ash of Jatropha curcas seeds were pyrolyzed and charred for 50min at 300～700 ℃ to obtain biochar after phosphoric acid treatment. The influence of some parameters such as biochar dosage, contact time, and temperature on the naphthalene, anthracene, phenanthrene, and pyrene removal by the biochar was investigated. In addition, the sorption efficiency and mechanism of the biochar on polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) were studied. Results showed that the maximum removal rate of naphthalene, anthracene, pyrene and phenanthrene was 97.4 %、94.6 %、93.1 % and 92.1 %, respectively, under the following conditions: temperature 25℃, contact time 60min, the initial concentration of the four PAHs 30mg/L, and dosage of biochar 0.15g. All results suggest that the sorption of the four PAHs by the biochar followed the second-order kinetics model very well. Moreover, the Langmuir model gave an acceptable fit to the experimental data. Maximum uptake of naphthalene, anthracene, pyrene and phenanthrene was 8.849, 8.547, 8.097 and 7.633mg/g, respectively.

Key words：biochar；husk ash of Jatropha curcas seeds；polycyclic aromatic hydrocarbon；sorption；preparation

作者簡介：史兵方(1974-),男,安徽壽縣人,副教授,博士研究生,主

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41163007);廣西自然科學(xué)基金項目(2012GXNSFAA053036);廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項目(KY2015LX387,2013LX156).

收稿日期：2015-08-20

中圖分類號：X52

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-6923(2016)04-1059-08