Page 235 - 《精细化工》2023年第12期

第 12 期 邓一博，等: 解磷菌改性生物炭去除水中铀(Ⅵ)的效能与机理 ·2777·

线可由 C—PO 3、C 2—PO 2（133.61 eV）和 C—O—P 抑制炭活性位点或形成物理屏障来阻止氧化，从而提
[35]
（134.51 eV）拟合而成，在与 U(Ⅵ)反应后结合能 高生物炭的稳定性 。因此，改性后生物炭在面对 pH
均略微降低。C—PO 3 、C 2 —PO 2 相较于 C 3 —PO 变化时表现得更加稳定。图 9e 中，PMBC+PSB24+U(Ⅵ)
（133.61 eV）可贡献更多的氧原子，从而提高了生 在 382.17 和 393.00 eV 处出现 U(Ⅵ)的双峰谱线，说明
[36]
物炭表面的电化学性能 [34] 。此外，C—O—P 可通过 U(Ⅵ)成功被固定到生物炭表面，且未被还原为U(Ⅳ) 。

图 9 PMBC+PSB24 与 U(Ⅵ)反应前后的 XPS 谱图
Fig. 9 XPS spectra of PMBC+PSB24 before and after reaction with U(Ⅵ)

2.6 吸附动力学和等温线分析 说明 U(Ⅵ)的去除主要与化学吸附有关 [32] 。两种模
考察了反应时间对改性生物炭除 U(Ⅵ)效果的 型的拟合参数如表 2 所示。
影响，结果如图 10a 所示。在初始 pH 为 4、生物炭 t  1  t （3）
投加量为 20 mg/L 的条件下，未改性生物炭在最初 q t Kq 2 q e
2e
10 min 内对水中 U(Ⅵ)去除率仅 58.33%，120 min ln(q  q )  ln q  K t （4）
e t e 1
时达到最高点（90.95%），随后部分被吸附的铀又 式中：q e 为平衡吸附量(mg/g)；q t 为 t 时刻的吸附量
重新返回到水中，最终平衡时去除率仅有 72.49%。 (mg/g)；K 1 为准一级吸附速率常数，min ；K 2 为准
–1
而 PMBC+PSB24 在 5 min 内对 U(Ⅵ)的去除率高达 二级吸附速率常数，g/(mg·min)。
95.52%，90 min 时达到最高点 99.37%，随后趋于稳 PMBC+PSB24 的吸附等温模型见图 11 和表 3。
定。可见，PSB 改性使得 PMBC 吸附性能提升，同 从图 11 可以看出，吸附容量随着初始 U(Ⅵ)质量浓
时，部分 U(Ⅵ)与可溶磷在 PSB 的作用下形成磷酸 度的增加快速增大。从表 3 可见，PMBC+PSB24 对
盐铀酰沉淀被固定在生物炭表面，因此改性生物炭 水中 U(Ⅵ)最大吸附容量达 533.078 mg/g，为了进一
的吸附效率更高，所用时间更短，且更稳定。 步了解生物炭的吸附机理，采用 Langmuir〔式（5）〕
采用拟二阶〔式（3）〕和拟一阶〔式（4）〕 和 Freundlich〔式（6）〕吸附等温模型对生物炭的吸
动力学模型进行动力学数据拟合，结果如图 10b、c 附实验数据进行拟合。Freundlich 拟合的相关系数（R 2
和表 2 所示。由图 10b、c 和表 2 可知，拟二阶模型 分别为 0.813、0.835、0.851）高于 Langmuir 系数（R 2
可较好地描述其动力学过程，相关系数高达 0.999， 分别为 0.765、0.783、0.828）。可见，Freundlich 模