一步热解法制备Cu/Fe双金属生物炭复合材料及其高效吸附Pb2+性能
One-pot pyrolysis synthesis of Cu/Fe bimetallic biochar composites for high efficient adsorption of Pb2+
作者单位E-mail
石云龙 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
贾振亚 海南环泰检测技术有限公司, 海口 571158  
林强 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
宋小毛 墣锦环境工程(海南)有限公司, 海口 570100  
于长江 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158 ycjhnsfdx@163.com 
王向辉 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
解建丽 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
梁小洁 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
商安琪 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
费雨箫 海南师范大学化学与化工学院, 水环境污染治理与资源化重点实验室, 热带药用资源化学教育部重点实验室, 天然高分子功能材料重点实验室, 海口 571158  
摘要: 使用一步热解法制备了Cu/Fe双金属生物炭复合材料(BC@Cu/Fe-X,X=3、5、10)和Fe生物炭复合材料(BC@Fe)。考察了Cu掺杂量对BC@Cu/Fe-X吸附Pb2+的影响,确定最佳掺杂比例。结果显示BC@Cu/Fe-5吸附Pb2+性能最好。考察了吸附时间、Pb2+浓度、pH、背景离子、空气中老化等实验条件对BC@Cu/Fe-5吸附Pb2+的影响。通过动力学、热力学数据拟合分析了BC@Cu/Fe-5吸附Pb2+的行为,利用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段解析了BC@Cu/Fe-5吸附Pb2+前后特征峰变化。BC@Cu/Fe-5吸附Pb2+的机理如下:大约42%的Pb2+被还原为Pb0,33%的Pb2+形成PbO/Pb (OH)2,25%的Pb2+与O-H、C-O、C=O、COO、Fe-O等官能团形成配合物。Cu掺杂可以提高Fe还原Pb2+的能力。
关键词: 双金属  生物炭  Pb2+  吸附机理
基金项目: 海南省科技专项(No.ZDYF2020079,ZDYF2022SHFZ279,ZDYF2022XDNY158)和海口市科技计划(No.2021041)资助。
Abstract: In this study, Cu/Fe bimetallic biochar composites (BC@Cu/Fe-X, X=3, 5, 10) and Fe biochar composites (BC@Fe) were prepared by one-step pyrolysis. The effect of Cu doping amount on the BC@Cu/Fe-X adsorption of Pb2+ was investigated and the optimum doping ratio was determined. The results showed that BC@Cu/Fe-5 had the best adsorption performance for Pb2+. The effects of adsorption time, Pb2+ concentration, pH, coexisting ions, aging in air, and other experimental conditions on the adsorption of Pb2+ by BC@Cu/Fe-5 were studied. The adsorption behavior of BC@Cu/Fe-5 on Pb2+ was analyzed by fitting the kinetic and thermodynamic data. X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and other characterization techniques were used to analyze the changes of the characteristic peaks before and after the BC@Cu/Fe-5 adsorption of Pb2+. The adsorption mechanism of BC@Cu/Fe-5 on Pb2+ is that about 42% of Pb2+ is reduced to Pb0, 33% of Pb2+ forms PbO/Pb(OH)2, and 25% of Pb2+ forms complexes with functional groups such as O-H, C-O, C=O, COO, and Fe-O. Cu doping can improve the ability of Fe to reduce Pb2+.
Keywords: bimetallic  biochar  Pb2+  adsorption mechanism
投稿时间:2022-11-08 修订日期:2023-03-01
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石云龙,贾振亚,林强,宋小毛,于长江,王向辉,解建丽,梁小洁,商安琪,费雨箫.一步热解法制备Cu/Fe双金属生物炭复合材料及其高效吸附Pb2+性能[J].无机化学学报,2023,39(5):841-852.
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