Page 195 - 《精细化工》2020年第2期

第 2 期 莫官海，等: 硝酸改性污泥基生物炭除 U(Ⅵ)效果及机理分析 ·397·

其冷却至室温后转移至 1 L 容量瓶中，定容得到 过滤，收集 SSB-AO，并将其加入到 0.1 mol/L 的
1.00 g/L U(Ⅵ)标准溶液。其他浓度的 U(Ⅵ)溶液由该 HCl 中振荡脱附 2 h。之后，将其过滤，用去离子水
标准溶液稀释而得。 洗至中性，60 ℃恒温干燥 12 h 后重复上述吸附实
采取加入一定浓度的 NaNO 3 为背景离子，模拟 验，计算每次吸附实验后的 U(Ⅵ)去除率 [15] 。
实际水体中的共存离子环境 [14] 。在反应温度 30 ℃、 1.7 溶液中释放金属离子浓度测定
NaNO 3 为 0.01 mol/L、吸附时间 720 min、25 mL 初 在 30 ℃、初始 pH 为 6、SSB-AO 投加量 0.6 g/L
始 U(Ⅵ)质量浓度 10 mg/L 及 SSB-AO 投加量 0.6 g/L 及 NaNO 3 浓度 0.01 mol/L 条件下，取不同质量浓度
的条件下，考察不同硝酸（1 mol/L）用量（50~500 mL） （10~100 mg/L）的 U(Ⅵ)被 SSB-AO 吸附 300 min
对生物炭改性后去除 U(Ⅵ)的影响。 后的过滤溶液 15 mL，利用原子吸收分光光度计测定
2+
2+
在反应温度 30 ℃、NaNO 3 为 0.01 mol/L、吸附 溶液中 Ca 和 Mg 的浓度，同时设置不含 U(Ⅵ)离子
时间 720 min 以及 25 mL 初始 U(Ⅵ)质量浓度 10 mg/L 空白组以消除 SSB-AO 释放的金属离子的影响，再通
2+
2+
的条件下，考察 SSB-AO 投加量（0.2~4.0 g/L）对 过式（6）计算出 Ca 和 Mg 的释放量（mg/L）。
去除 U(Ⅵ)的影响和溶液初始 pH（2~7）以及共存离 金属离子释放量=实验组溶液中金属离子的质量浓度–
子（NaNO 3 、Na 2 CO 3 及 CaCl 2 ）对 SSB-AO（投加 空白组溶液中金属离子的质量浓度 （6）
量 0.6 g/L）去除 U(Ⅵ)的影响。
2 结果与讨论
配制 500 mL 质量浓度分别为 5、10、15 mg/L
含 U(Ⅵ)废水，SSB-AO 投加量 0.6 g/L、反应温度 2.1 硝酸用量对生物炭改性效果的影响
30 ℃ 及 NaNO 3 为 0.01 mol/L 条件下，考察吸附时
在 1.4 节条件下，考察硝酸用量对生物炭改性
间（5~720 min）对 U(Ⅵ)去除的影响。 效果的影响如图 1 所示。
在初始 pH 为 6、SSB-AO 投加量 0.6 g/L、NaNO 3
浓度 0.01 mol/L 及吸附时间 300 min 条件下，考察
温度（20、30、40 ℃）与 25 mL 初始 U(Ⅵ)质量浓
度（10~100 mg/L）对 U(Ⅵ)去除的影响。
以上每组实验设置 3 组平行实验，以平均值作
为测定结果，并计算相对偏差。吸附结束后，溶液以
6000 r/min 离心 10 min，取上清液采用 5-二乙氨基苯
酚（5-Br-PADAP）分光光度法测定剩余 U(Ⅵ)质量浓
度 [15] ，并通过式（4）和（5）计算去除率与吸附量：
(ρ ρ  )
R /%  0 e  100 （4）
ρ 0 图 1 硝酸用量对 SSB-AO 去除 U(Ⅵ)的影响
(ρ ρ  ) V Fig. 1 Effect of nitric acid dosage on the removal of U(Ⅵ)
Q  0 e （5） by SSB-AO
m

式中：R 为去除率，%；ρ 0 为溶液中初始 U(Ⅵ)质量 由图 1 可以看出，用 50 mL 硝酸对生物炭改性
浓度，mg/L；ρ e 为吸附平衡后溶液中 U(Ⅵ)质量浓 后，其对 U(Ⅵ)的去除率为 45.95%；随着硝酸用量
度，mg/L；Q 为平衡吸附量，mg/g；V 为溶液体积， 增到 200 mL 时，其对 U(Ⅵ)的去除率增加到 75.06%；
L；m 为吸附剂质量，g。 当硝酸用量大于 200 mL 后，去除率基本保持不变，
1.5 表征分析 推测原因是生物炭表面可被硝酸酸化改性的官能团
通过 N 2 吸附-脱附比表面积测量仪分析硝酸处 有限。因此，后续实验均采用 200 mL 硝酸（1 mol/L）
理前后 SSB 的比表面积、孔体积及孔径。对吸附 进行 SSB 改性。
U(Ⅵ)前、后的 SSB-AO，采用 SEM-EDS 分析其微 2.2 改性前后 SSB 的酸性官能团和物性分析
观结构及元素组成；通过 FTIR 分析 SSB-AO 的特 通过 Boehm 滴定法 [13] 分析 SSB 硝酸改性前、
征官能团；通过 XPS 分析 SSB-AO 的元素价态。 后 SSB 的羟基、羧基及内酯基含量，结果如图 2
1.6 吸附/解吸实验 所示。经过硝酸处理后，SSB-AO 中的羧基含量
在 30 ℃、溶液初始 pH 6、NaNO 3 为 0.01 mol/L 明显增加，内酯基和羟基含量小幅增加，说明硝
及 SSB-AO 投加量 0.6 g/L 条件下，对 U(Ⅵ)初始质 酸改性 SSB 增加了羧基等含氧官能团含量，这与
量浓度为 10 mg/L 的溶液吸附 300 min 后，离心、 之前报道结果类似 [8] 。