Page 46 - 《精细化工》2021年第7期

·1328· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

然而，大部分制备的沼渣炭是粉末状，较难分 3.1.2 无机污染物的去除
离，而磁性炭可在外部磁场下实现快速分离和回收/ 除有机污染物外，沼渣炭也成功用于水中重金
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再生。鉴于上述考虑，PAN 等 [31] 利用直接热解和化 属离子（Cr 、Cd 、Cu 、Pb 、As 等）的去除。
学法合成的 Fe 3 O 4 制备磁性秸秆沼渣炭，相比未改 HO 等 [39] 在 600 ℃热解 90 min 条件下成功制备消化
性沼渣炭，改性后沼渣炭的比表面积提高了 3 倍至 污泥 炭， 对 6 种重 金属 的吸 附能 力依 次为
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79.64 m /g，对 Cu 和 Pb 的最大吸附量分别为 Pb >Cd >Cu >Zn >Ni >Cr ，其中，对 Pb 的吸
75.76 和 181.82 mg/g，明显高于未改性沼渣炭（32.5 附量高达 51.20 mg/g。BOGUSZ 等 [23] 利用沼气厂玉
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和 33.0 mg/g）。 米青贮饲料为主的沼渣制备生物炭用于吸附 Cd 和
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为改变沼渣炭的活性，提高沼渣炭对阴离子的 Ni ，发现 400 ℃制备的沼渣炭吸附速率最快，
吸附能力，学者们尝试将生物炭表面掺杂一些金属 600 ℃的沼渣炭抗干扰离子最强。另一项研究 [12] 表
氧化物（如 La 2 O 3 、MgO、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 、CaO 等）， 明，虽然缓慢热解（600 ℃）得到的甘蔗沼渣炭
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进而提高沼渣炭的性能 [34] 。LIU 等 [24] 通过在园林和 （DBC）比表面积低于商业活性炭，但对 Pb 的吸
蔬菜的混合沼渣上化学共沉淀 MgCl 2 /FeCl 3 ，热解制 附容量（653.90 mmol/kg）是商业活性炭的 2 倍，是
得一种 MgO 负载的磁性沼渣炭。600 ℃下的改性沼 甘蔗炭的 20 倍。归因于 DBC 具有更高的阳离子和
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渣炭对 PO 4 的吸附量约 70 mg/g，相比未改性提高 阴离子交换容量，在其表面形成了不溶的羧酸铅。
了约 3.5 倍，Langmuir 模型计算得出的最大吸附量 此外，增加比表面积或表面吸附位点可提高沼
可达 149.25 mg/g。WONGROD 等 [33] 发现，H 2 O 2 改 渣炭的性能。经过 ZnCl 2 活化后的沼渣炭在 pH=7，
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性后的城市固废沼渣炭，对水中 Pb 的最大吸附量 500 μg/L 的 As 溶液中表现出优异的吸附性能，去
[9]
从未改性的 73 mg/g 提高到 90 mg/g；消化污泥炭经 除率近 100% 。在热解温度为 715 ℃、Fe 3 O 4 负载
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H 2 O 2 处理后，吸附量从 6.5 mg/g（未改性）提高到 量为 4.24 mmol/g 的最佳参数下对 Cu 和 Pb 最大
25 mg/g。 吸附量分别为 75.76 和 181.82 mg/g，高于其他生物
目前，各种改性及沼渣炭复合材料制备之间的 炭的吸附性能，经过两次吸附-解吸循环后，吸附容
主要区别是活化剂种类、添加及制备方式。酸碱改 量仍达 85% [31] 。
性有助于孔隙生成，但高成本和制备过程产生的腐 除吸附重金属外，沼渣炭通过离子交换/配体相
+ – 3–[13,40-44]
蚀性废水不容忽视。金属掺杂和复合材料的制备， 互作用可捕获水中的 NH 4 、NO 3 和 PO 4 ，实
需避免金属离子的浸出等问题。 现脱氮除磷 [45] 。易蔓等 [40] 利用 Ca/Mg 改性沼渣炭，
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当温度为 303 K、溶液 pH=9 时，对 PO 4 最大吸附
3 沼渣生物炭在水处理中的应用 量达 76.92 mg/g，是改性前沼渣炭的 30.1 倍。LIU
等 [24] 通过热解制备具有磁性和负载氧化镁的沼渣
3.1 沼渣生物炭在吸附体系中的应用 3–
炭，对 PO 4 的最佳吸附容量约 70 mg/g。另外，对
3.1.1 有机污染物的去除
+
NH 4 的吸附研究也出现了类似的结果，猪粪和秸秆
工业染料、抗生素废水各具特殊属性，如有机
混合沼渣炭的比表面积、孔结构和微观形态与其对
物含量高、色度大、碱性大、有毒性、可诱导基因 NH 4 的吸附能力没有直接关系，灰分中的矿质元素
+
突变，对环境和人类健康构成潜在风险 [35] 。吸附具 + [16]
对 NH 4 的吸附起重要作用 。此外，研究发现 700 ℃
有操作简单、环保、经济可行和高效等特点，成为 +
下热解 1 h 的酒糟沼渣炭也是吸附 NH 4 的高效材料，
去除有机污染物最有前景的方法之一 [36] 。沼渣炭是 其比表面积达 251.47 m /g，吸附容量为 5.86 mg/g，
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一种有效吸附剂，SUN 等 [15] 在 400 ℃下热解制备混 与沼渣炭的表面酸性基团数量呈负相关 [42] 。
合餐厨和草屑的沼渣炭，在 pH=7 和 40 ℃的条件下 3.2 沼渣生物炭在吸附体系中的作用机理
对亚甲基蓝的去除率高达 99.5%，Langmuir 等温模 目前，大多研究通过增加生物炭比表面积、孔
型预测在 40 ℃下沼渣炭的最大单层吸附容量为 隙率或表面官能团等活性位点实现最佳的去除效
9.50 mg/g。此外，ZHAO 等 [37] 证实了酸浸（1.5 mol/L 果。沼渣生物炭经过消化处理后无序性增加，表面
的 H 2 SO 4 ）水热 沼渣炭，其 微孔比表面 积可 达 引入一定的 N、S、金属、金属氧化物等活性位点，
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1762 m /g，对甲基蓝吸附容量在 656.70~788 mg/g。 可提高污染物的吸附性能。对有机和无机污染物的
较大的微孔比表面积既增加了吸附活性位点，又促 吸附机制如图 2~4 所示，主要包括孔隙填充、静电
进污染物在吸附剂表面的扩散传递。YAO 等 [38] 在 作用、H 键、π-π 相互作用、离子交换、表面络合
600 ℃下制备甘蔗沼渣炭，其对磺胺甲唑和磺胺 和共沉淀等。
吡啶的最大吸附容量分别达 54.38 和 8.60 mg/g。 如图 2 所示，有机污染物中电子基团与沼渣炭