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水葫蘆（鳳尾蓮）是世界上危害性最大的水生植物和最具侵害性的外來入侵物種之一，其因為快速繁殖和無控制的生長而一度成為世界性的問題,。將外來入侵物種的生物質轉化為生物炭用于水體污染物的吸附是實現(xiàn)水葫蘆可持續(xù)管理的一種可行策略,。亞甲基藍被認為是一種衡量不同吸附劑對污染物尤其是有機染料吸附能力的模型吸附物。檸檬酸從未被用作表面改性試劑并通過改善表面官能團的數(shù)量和種類以提升吸附劑吸附能力,。
在本研究中,，一種新的有潛力的吸附劑即檸檬酸改性生物炭（CAWB）通過將生物質置于氮氣環(huán)境內和300℃條件下緩慢熱解并經過檸檬酸改性制備而成。利用檸檬酸對相對低溫生產的生物炭進行改性修飾,。吸附實驗表明在吸附過程的前60分鐘,，亞甲基藍的吸附效率達到90%，最大吸附能力可達到395 mg/g,。通過FTIR,、XPS、SEM和BET分析對 CAWB的理化性質進行表征實驗,，結果表明外來的羧基可以通過生物炭表面羥基與檸檬酸上經脫水后的羧基酐之間的酯化反應而被引入到生物炭表面,。批量試驗表明亞甲基藍初始濃度、溶液pH,、背景溶液離子強度和溫度等因素可以極大影響吸附效果,。吸附過程符合偽二級動力學模型和 Langmuir吸附等溫線模型。熱力學分析表明亞甲基藍在CAWB上的吸附是一個自發(fā)的吸熱過程,。解吸實驗表明CAWB在多次循環(huán)再生利用之后仍表現(xiàn)出極佳的再生和吸附效果,。本研究旨在探究一種新的高效的成本效益好的吸附劑，其不僅具有高吸附能力且耗能少,、成本低,，在水體污染物處理方面具有廣闊運用前景。為實現(xiàn)這一目標,，主要從以下四個方面進行把控：1.選擇水葫蘆作為生物炭原材料,。水葫蘆來源豐富、獲取成本低,，且作為生物炭原材料時可以降低其對生態(tài)環(huán)境的副作用,，實現(xiàn)其資源化利用。2.燒制生物炭時選擇相對較低的制備溫度,。生物炭在制備時溫度大多控制在600℃及以上,，較高的制備溫度需要消耗更多的能源，導致更高的生產成本,。本文選擇300℃這一生物炭燒制下限溫度來生產生物炭,，極大地較少了能源消耗和燒制成本，同時300℃制備生物炭含氧官能團豐富,，有利于其對亞甲基藍的吸附,。3.使用檸檬酸進行改性修飾。相對低溫燒制的生物炭多孔性,、比表面積和陽離子交換能力等性質不如高溫燒制的生物炭,，但留存的表面含氧官能團較多。使用檸檬酸改性可以進一步增加生物炭表面的含氧官能團種類和數(shù)目,，從而提高其對亞甲基藍等有機染料的吸附能力,。另外，檸檬酸試劑本身成本低,，可以大量使用,。4.循環(huán)使用。吸附完亞甲基藍的檸檬酸改性水葫蘆生物炭回收并通過 HCl解吸后可以多次利用從而極大提高吸附劑利用效率,，進一步降低吸附劑綜合成本,。
不同于多數(shù)其他研究，本研究中的檸檬酸改性生物炭的制備和應用不再單純以追求高吸附能力為唯一目的,，而是兼顧吸附劑制備和應用的高效性和經濟性,，研究重點在于通過吸附劑制備及應用的多環(huán)節(jié),、全流程控制來降低成本，提高改性生物炭處理有機染料廢水的可行性,，為檸檬酸改性生物炭的大規(guī)模環(huán)境應用提供基礎性研究,。
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