董 程 李美萍 - 郭彩霞 - 尉立剛 -

(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006)

有機(jī)染料在紡織、造紙、制革和顏料工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[1]。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)[2]表明，生產(chǎn)1 t的染料，所排出的廢水可以高達(dá)700多t，所以進(jìn)行染色時(shí)必須要解決好三廢問(wèn)題，減少對(duì)環(huán)境的污染。亞甲基藍(lán)(MB)作為有代表性的陽(yáng)離子染料，被分類為有毒著色劑[3]，其在實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)釋放出亞甲基，對(duì)環(huán)境造成危害。例如，水體中亞甲基藍(lán)的存在，會(huì)使水體的透明度下降，耗氧量增加，造成水體缺氧，影響了水中生物體的生存，水體的自凈能力也遭到破壞[4]。染料中的重金屬，通過(guò)食物鏈傳遞并富集，危害人體健康[5]。

目前，對(duì)于MB去除的方法主要是氧化法[6]、膜分離[7]、絮凝[8]和光催化[9]。與上述方法相比，吸附具有效率高、消耗低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)?；ㄉ鷼10]、竹子[11]、麥稈、稻殼[12]和其他天然碳纖維[13]等農(nóng)業(yè)廢棄物均被用于吸附MB。隨著辣木籽功能成分的開發(fā)與應(yīng)用，辣木籽殼的廢棄情況也越來(lái)越嚴(yán)重。但有研究[14]表明辣木籽殼含52.36%的粗纖維，而灰分等不利于吸附的成分含量較低。此外，辣木籽殼表面比較粗糙，結(jié)構(gòu)疏松多孔。這些特點(diǎn)為辣木籽殼作為原料制備生物炭提供了基礎(chǔ)。辣木籽殼作為吸附劑在水處理中也有一定程度的應(yīng)用。李豐泉等[15]用辣木籽殼吸附溶液中的MB，結(jié)果表明，最適條件下，對(duì)MB的吸附達(dá)到了94.25 mg/g；李美萍等[16]以辣木籽殼為原料制備生物炭材料并用于Cu2+的去除，取得了很好的去除效果；Reddy等[17]利用辣木籽殼吸附溶液中的Ni2+，效率高達(dá)98.02%。純天然的農(nóng)業(yè)廢棄物，在吸附過(guò)程中會(huì)促進(jìn)微生物的再污染。如何提高辣木籽殼對(duì)染料的吸附能力，減少二次污染，使其得到大規(guī)模應(yīng)用，是亟待解決的問(wèn)題。

研究擬以辣木籽殼為原料，采用超聲輔助碳酸鉀—Fe3O4共浸漬熱解和KOH浸漬—1 000 ℃高溫?zé)峤鈨煞N方法制備辣木籽殼生物炭，并對(duì)其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進(jìn)行表征與分析，研究其對(duì)MB的吸附特性，以期為辣木籽殼的應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

辣木籽殼：云南帥潤(rùn)科技有限公司；

亞甲基藍(lán)(CAS：61-73-4)、碳酸鉀(CAS：584-08-7)、四氧化三鐵(CAS：1317-61-9)、鹽酸(CAS：7647-01-0)和氫氧化鈉(CAS：1310-73-2)：分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

X射線衍射儀：Bruker D8 Advance型，德國(guó)Bruker公司；

傅里葉變換紅外光譜儀：Nicolet380型，美國(guó)Thermo公司；

高速多功能粉碎機(jī)：Q-1000Y型，永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司；

箱式電阻爐：SX-25-12型，天津大港紅杉設(shè)備廠；

分析天平：BS124S型，北京多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；

恒溫培養(yǎng)振蕩器：ZWY-2000型，上海智城分析儀器制造有限公司；

紫外分光光度計(jì)：UV-2550型，日本島津公司；

pH計(jì)：ST-S2100型，奧豪斯儀器有限公司；

數(shù)控超聲波清洗器：KQ3200DA型，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 磁性辣木籽殼生物炭的制備 辣木籽殼洗凈、110 ℃烘干，粉碎，100目篩篩分；超聲輔助條件下，將5 g碳酸鉀和1 g四氧化三鐵充分溶解于去離子水；將10 g辣木籽殼粉加到碳酸鉀和四氧化三鐵的混合溶液中。將浸漬的辣木籽殼粉于110 ℃干燥24 h；粉碎，過(guò)100目篩；經(jīng)過(guò)碳酸鉀和四氧化三鐵浸漬處理的辣木籽殼粉末于350 ℃馬弗爐預(yù)炭化1 h，然后升溫至750 ℃炭化1.5 h，升溫速率為10 ℃/min；冷卻，去離子水洗滌至pH為7左右，110 ℃烘干，粉碎研磨，過(guò)200目篩，得到磁性辣木籽殼生物炭(Fe3O4-MOS)。

1.3.2 堿性辣木籽殼生物炭的制備 辣木籽殼洗凈、110 ℃烘干，粉碎，100目篩篩分；超聲輔助條件下，將10 g處理好的的辣木籽殼粉置于250 mL的燒杯中，加入150 mL質(zhì)量濃度為15%的KOH，靜置24 h，每8 h攪拌一次，過(guò)濾，110 ℃充分干燥，冷卻研磨篩分，置于馬弗爐中，120 min升溫至1 000 ℃，炭化1 h，冷卻，稀鹽酸和蒸餾水洗滌至pH 7～8。110 ℃烘干，研磨。得到改性后的辣木籽殼生物炭(KOH-MOS)。

1.3.3 生物炭物化性質(zhì)的表征 利用Bruker D8 AdvanceXRD[參數(shù)設(shè)置：Cu-Kα靶，管電流30 mA，電壓40 kV，掃描速度4(°)/min，掃描步長(zhǎng)0.02°，掃描范圍10°～80°]、FEI Quanta FEG250 SEM(參數(shù)設(shè)置：加速電壓10 kV，工作距離8.9 mm，檢測(cè)器SE2，放大倍數(shù)3 000～10 000)和Nicolet380 FTIR(參數(shù)設(shè)置：掃描范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32次，m生物炭∶mKBr為1∶100)分別對(duì)所合成材料的無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)、表面微觀形貌和表面官能團(tuán)的組成進(jìn)行分析。

1.3.4 MB的吸附試驗(yàn) 向25 mL MB溶液中加入0.025 g辣木籽殼生物炭，25 ℃搖床中以160 r/min進(jìn)行振蕩吸附，用0.45 μm濾膜過(guò)濾，用紫外分光光度計(jì)(Uv-vis)測(cè)定濾液中MB含量。所有試驗(yàn)均重復(fù)3次。以MB的去除率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別改變吸附體系pH值、吸附時(shí)間、初始質(zhì)量濃度、添加量和溫度，考察各因素對(duì)辣木籽殼生物炭吸附MB的影響。MB的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.200 9x+0.064 6(R2=0.994)。按式(1)計(jì)算MB的去除率。

(1)

式中：

R——去除率，%；

C0——吸附前MB的質(zhì)量濃度，mg/L；

Ce——吸附達(dá)到平衡時(shí)MB的質(zhì)量濃度，mg/L。

1.3.5 辣木籽殼生物炭對(duì)MB的等溫吸附研究 采用非線性的Langmuir[式(2)]、Freundich[式(3)]、Temkin[式(4)]和Dubinin-Redushckevich[式(5)～式(7)]方程，對(duì)吸附進(jìn)行擬合。研究Fe3O4-MOS和KOH-MOS對(duì)MB的吸附機(jī)理。

(2)

(3)

(4)

qe=qmexp(-kε2)，

(5)

(6)

(7)

式中：

Ce——吸附平衡時(shí)MB溶液的離子濃度，mg/g；

qe，exp——吸附達(dá)到平衡時(shí)吸附劑的吸附量，mg/g；

KL——Langmuir吸附常數(shù)，L/mg；

qe，cal——吸附劑的理論計(jì)算吸附量，mg/g；

qe——吸附達(dá)到平衡時(shí)吸附劑的吸附量，mg/g；

KF——與吸附容量相關(guān)的Freundlich常數(shù)；

n——吸附程度常數(shù)；

aT、bT——Temkin模型參數(shù)，其中bT與吸附熱有關(guān)；

R——熱力學(xué)常數(shù)，8.314 J/(mol·K)；

T——開氏溫度，K；

K——與吸附能有關(guān)的常數(shù)，mol2/kJ2；

qm——最大吸附量，mol/g；

?——波蘭尼勢(shì)能，J/mol；

E——平均吸附自由能，J。

1.3.6 辣木籽殼生物炭對(duì)MB的動(dòng)力學(xué)研究 利用Pseudo-first order[式(8)]、Pseudo-second order[式(9)]、Elovich[式(10)]和顆粒內(nèi)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型[式(11)]研究MB在制備材料上的吸附動(dòng)力學(xué)。

qt=qe(1-e-k1t)，

(8)

(9)

(10)

(11)

式中：

t——反應(yīng)時(shí)間，min；

qt——t時(shí)刻的吸附量，mg/g；

α——反應(yīng)初始吸附速率，mg·min/g；

β——與表面覆蓋率和化學(xué)吸附活化能有關(guān)的速率常數(shù)，g/mg；

kd——顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率常數(shù)，mg·min/g；

c——涉及到厚度、邊界層，mg/g；

k1——吸附速率常數(shù)，min-1。

1.3.7 辣木籽殼生物炭對(duì)MB的熱力學(xué)研究 采用吸附熱力學(xué)進(jìn)一步揭示MB的吸附機(jī)理。所涉及到的熱力學(xué)方程表達(dá)式：

(12)

(13)

ΔG=-RTln(KF)，

(14)

式中：

ΔH——吸附焓變，J/mol；

ΔS——吸附熵變，J/(mol·K)；

ΔG——吸附吉布斯自由能變，J/mol。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭物化性質(zhì)的表征

2.1.1 SEM 由圖1可知，經(jīng)過(guò)兩種不同改性方法而得到的辣木籽殼生物炭，表面微觀結(jié)構(gòu)有著明顯的不同。Fe3O4-MOS有著豐富的孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)大小均勻，其表面附著了不同團(tuán)聚度的晶體并且充斥在所形成的孔結(jié)構(gòu)中；KOH-MOS表面具有大量細(xì)孔結(jié)構(gòu)，孔為蜂窩狀，排列相對(duì)整齊，外觀發(fā)生了明顯變化。

2.1.2 XRD 如圖2所示，F(xiàn)e3O4-MOS的晶體衍射峰與立方晶磁鐵礦(PDF#74-0748)相匹配，特征峰出現(xiàn)在2θ為30.10°，35.44°，43.10°，53.43°，56.96°，62.54°時(shí)。材料中的四氧化三鐵主要分布到在(220)，(311)，(400)，(422)，(333)，(440)晶面，表明四氧化三鐵已成功負(fù)載到生物炭的表面上。而KOH-MOS的晶體衍射峰與立體碳酸鉀(PDF#16-0820)相匹配，特征峰出現(xiàn)在2θ為30.23°，31.98°，34.10°，35.28°，38.91°。在KOH-MOS制備過(guò)程所形成的K2CO3主要分布在(031)，(130)，(022)，(122)，(041)晶面。這也說(shuō)明在經(jīng)過(guò)KOH浸漬和1 000 ℃高溫?zé)峤庵苽涞玫降牟牧?，在其表面有碳酸鉀晶體的形成。

圖1 KOH-MOS和Fe3O4-MOS的微觀形貌圖Figure 1 Micro morphology of KOH-MOS andFe3O4-MOS

圖2 KOH-MOS和Fe3O4-MOS的XRD圖Figure 2 XRD diagram of the KOH-MOS andthe Fe3O4-MOS

此外，由圖3可知，F(xiàn)e3O4-MOS的飽和磁化強(qiáng)度為5.73 emu/g，而且所制樣品被強(qiáng)烈吸引到外部磁體，證明了Fe3O4-MOS具有良好的磁分離能力。

2.1.3 FTIR 如圖4所示，KOH-MOS和Fe3O4-MOS在3 410～3 430 cm-1處出現(xiàn)寬峰，歸因于樣品上—OH的伸縮振動(dòng)；在1 400～1 650 cm-1處有兩個(gè)峰，歸因于苯環(huán)骨架的振動(dòng)和苯環(huán)C—H面內(nèi)彎曲伸縮振動(dòng)[18]；Fe3O4-MOS在577.68 cm-1處的寬帶對(duì)應(yīng)于Fe—O鍵的不對(duì)稱振動(dòng)，與磁性Fe3O4納米顆粒相似[19]；在1 120 cm-1和702 cm-1處的峰分別對(duì)應(yīng)于C—O和C—H的彎曲振動(dòng)。在467.33 cm-1處的小峰證明Si—O—Fe官能團(tuán)的存在[20]，說(shuō)明經(jīng)過(guò)處理后磁性Fe3O4成功地負(fù)載到生物炭。對(duì)于KOH-MOS而言，在832.91，702.75，662.91 cm-1處出現(xiàn)的峰，可能是由于苯環(huán)上的取代基—C—H的彎曲振動(dòng)所引起的。

2.2 生物炭吸附亞甲基藍(lán)試驗(yàn)

2.2.1 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響 如圖5所示，前30 min 內(nèi)，兩種生物炭對(duì)MB的去除率都迅速上升。到60 min時(shí)，兩種生物炭的去除率僅增加了2%，120 min后，吸附逐漸達(dá)到飽和。這可能是由于生物炭材料豐富的孔結(jié)構(gòu)為吸附質(zhì)的擴(kuò)散提供了寬敞的通道而更易吸附MB[21]。初始階段，吸附劑中存在大量有效的吸附中心，MB分子具有更大的接觸和吸附機(jī)會(huì)。隨著吸附的進(jìn)行，大量MB分子被吸附在吸附劑的表面，使得吸附劑和亞甲基藍(lán)溶液中的濃度差減小，吸附劑吸附MB的驅(qū)動(dòng)力減弱。因此，吸附量隨吸附時(shí)間的增加而緩慢增加。反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)增加，由于大量MB分子被吸附，吸附劑孔的有效體積不斷減小，使吸附劑內(nèi)部的MB分子流動(dòng)受到限制。此外，吸附中心的數(shù)量也大大減少。因此，MB分子的有效吸附持續(xù)下降，吸附達(dá)到飽和。KOH-MOS的吸附效率優(yōu)于Fe3O4-MOS，可能是由于其整齊和豐富的孔結(jié)構(gòu)有別于Fe3O4-MOS所致。

圖3 Fe3O4-MOS的磁滯回線圖Figure 3 Hyhysteresis loop diagram of Fe3O4-MOS

圖4 KOH-MOS和Fe3O4-MOS的紅外光譜圖Figure 4 IR of KOH-MOS and Fe3O4-MOS

2.2.2 初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附效果的影響 如圖6所示，隨MB初始質(zhì)量濃度的增加，KOH-MOS和Fe3O4-MOS對(duì)MB的去除率呈下降趨勢(shì)，分別從98%左右下降到90%和75%左右。這可能與材料本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，F(xiàn)e3O4-MOS和KOH-MOS規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)有利于其內(nèi)部MB溶液流動(dòng)，使吸附劑對(duì)MB分子有極強(qiáng)的捕捉能力，促進(jìn)溶劑分子與活性吸附中心之間的相互作用。隨著初始質(zhì)量濃度的增加，大量有效的活性吸附中心被占據(jù)，大量溶劑分子的充斥，使孔的有效體積減小，溶劑分子在孔內(nèi)的流動(dòng)受阻。因此許多溶劑分子被排斥在吸附劑的表面上。根據(jù)溶劑置換理論[22]，當(dāng)吸附一個(gè)MB分子時(shí)，需要解吸出多個(gè)水分子，這意味著隨著初始質(zhì)量濃度增加，需要更多能量用于水分子的解吸，使得MB的吸附變得困難，最終導(dǎo)致吸附劑的去除率降低。并且隨著反應(yīng)進(jìn)行，生物炭表面因吸附有大量陽(yáng)離子而成為供電子基團(tuán)，進(jìn)而排斥溶劑分子上的自由π電子，導(dǎo)致溶劑分子表面π電子云密度降低，削弱與溶劑分子之間π—π色散力，因此吸附效率降低。

圖5 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響Figure 5 Effect of adsorption time on adsorption effect

圖6 初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附效果的影響Figure 6 Influence of the initial mass concentration onthe adsorption effect

2.2.3 pH對(duì)吸附效果的影響 如圖7所示，F(xiàn)e3O4-MOS對(duì)溶液中MB的去除率在pH為2～6時(shí)有明顯的上升趨勢(shì)，之后受pH影響較小；KOH-MOS對(duì)溶液中MB的去除率在pH為2～4時(shí)迅速上升，之后受pH影響較小。這可能是由于吸附劑表面官能團(tuán)的質(zhì)子化，在表面帶有H+的吸附劑和陽(yáng)離子MB分子之間發(fā)生了靜電排斥以及在H+與MB之間的吸附位競(jìng)爭(zhēng)。隨著pH的升高，樣品和吸附溶液的官能團(tuán)去質(zhì)子化，并在表面形成帶負(fù)電荷的活性位點(diǎn)，通過(guò)靜電相互作用結(jié)合更多的MB陽(yáng)離子，當(dāng)MB溶液的pH接近中性時(shí)帶電的MB分子對(duì)兩種材料的靜電排斥最小，而π—π分散力最強(qiáng)。并且作為吸電子基團(tuán)(含氧基團(tuán))，隨著pH的增加，生物炭表面附著更多—OH，表面負(fù)電荷增加,羥基作為二級(jí)吸附點(diǎn)，增強(qiáng)了與MB的相互作用力。

2.2.4 溫度對(duì)吸附效果的影響 由圖8可知，當(dāng)溫度為298～323 K時(shí)，F(xiàn)e3O4-MOS和KOH-MOS對(duì)MB的去除率大體隨溫度的升高而緩慢增加，去除率從98%增加到接近100%，可能是因?yàn)闇囟壬呤筂B分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)速率增加，從而增加了與吸附劑活性位點(diǎn)發(fā)生碰撞的可能性，并且阻礙吸附過(guò)程的傳質(zhì)阻力在高溫下會(huì)減弱甚至消除。此外，隨著溫度的升高，溶液的黏度降低，染料分子的表面活性增加，導(dǎo)致MB分子在吸附劑通道上的擴(kuò)散速率加快。隨著溫度的增加，可能會(huì)在吸附劑表面上形成額外的吸附活性位點(diǎn)，增強(qiáng)了高溫下的吸附能力。由于上述原因，隨著溫度的升高，MB的吸附變得容易和快速。但是，與KOH-MOS相比，隨著溫度的升高，F(xiàn)e3O4-MOS對(duì)MB的吸附速率更穩(wěn)定且更高，可能是因?yàn)镕e3O4-MOS攜帶的鐵離子對(duì)溫度變化不敏感。

圖7 pH對(duì)吸附效果的影響Figure 7 Effect of pH on the adsorption effect

圖8 溫度對(duì)吸附效果的影響Figure 8 Effect of temperature on adsorption effect

2.2.5 添加量對(duì)吸附的影響 如圖9所示，當(dāng)添加量從0.2 g/L增加到0.4 g/L時(shí)，兩種材料對(duì)MB的吸附明顯上升；當(dāng)添加量超過(guò)0.4 g/L時(shí)，隨著添加量的增加，去除率逐漸趨于平衡。這可能是由于添加量的增加，有更多活性位點(diǎn)暴露和含氧官能團(tuán)數(shù)量增加，使得吸附劑與MB分子的極性部分之間的相互作用得到增強(qiáng)，從而有利于MB分子以立式狀態(tài)被吸附，增加單位表面積上MB的吸附量[21]。并且材料上的含氧官能團(tuán)為吸電子基團(tuán)，減弱了活性炭骨架上的π電子密度，從而減弱了吸附劑和吸附質(zhì)之間的π—π作用，導(dǎo)致吸附量下降。同時(shí)含氧官能團(tuán)使活性炭的親水性增加，水分子通過(guò)與含氧官能團(tuán)之間的氫鍵作用吸附在活性炭上，吸附的水分子成為二級(jí)吸附位點(diǎn)，從而吸附更多的水分子，形成水分子簇，吸附水在活性炭孔隙內(nèi)部或入口處形成簇狀結(jié)構(gòu)，阻止了亞甲基藍(lán)向活性炭微孔的擴(kuò)散[23]。

2.3 吸附機(jī)理的探索

2.3.1 吸附等溫模型 采用1.3.5所提及的4種等溫吸附模型對(duì)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，研究Fe3O4-MOS和KOH-MOS對(duì)MB的吸附機(jī)理。如表1所示，4種等溫吸附模型均展現(xiàn)出良好的相關(guān)性。但Freundlich模型更加適合去解釋兩種生物炭材料對(duì)MB的吸附，這也說(shuō)明了它們?cè)谌芤褐袑?duì)MB的吸附是在非均相固體表面上的非理想多層吸附過(guò)程。兩種材料的參數(shù)n均大于2，說(shuō)明兩種材料對(duì)MB吸附很容易發(fā)生且化學(xué)吸附為主要的限速步驟，而MB的吸附在KOH-MOS更加容易進(jìn)行。由Langmuir模型所計(jì)算得到的最大吸附量分別為116.83，99.37 mg/g。

2.3.2 吸附動(dòng)力學(xué) Fe3O4-MOS和KOH-MOS的4種動(dòng)力學(xué)模型和擬合參數(shù)如表2所示。相對(duì)而言，4種模型與KOH-MOS試驗(yàn)數(shù)據(jù)展現(xiàn)出了較好的相關(guān)性。由Pseudo-second order得到的兩種材料的吸附量也與試驗(yàn)所得的十分接近，表明這兩種材料吸附MB以化學(xué)吸附為主。具有極好相關(guān)性的Elovich模型說(shuō)明了，MB在Fe3O4-MOS和KOH-MOS表面有非均質(zhì)分布表面吸附能。由表2所得的顆粒內(nèi)部擴(kuò)散模型參數(shù)可知，qt和t0.5呈良好的線性關(guān)系，且第一階段的擬合曲線未通過(guò)原點(diǎn)，吸附劑內(nèi)部顆粒擴(kuò)散步驟可以控制吸附速率，但不是唯一的控制步驟。以上動(dòng)力學(xué)模型說(shuō)明了兩種材料吸附MB是發(fā)生在顆粒內(nèi)部和表面的化學(xué)吸附反應(yīng)。

圖9 添加量對(duì)吸附效果的影響Figure 9 Effect of dosage on adsorption

表1 KOH-MOS和Fe3O4-MOS 等溫吸附模型擬合參數(shù)

表2 KOH-MOS和Fe3O4-MOS動(dòng)力學(xué)模型擬合參數(shù)

2.3.3 吸附熱力學(xué) 由熱力學(xué)計(jì)算得到Fe3O4-MOS和KOH-MOS的吉布斯自由能分別為-8.74，-9.79 kJ，熵值分別為194.22，125.62 J/mol，焓值分別為45.26，25.86 kJ/mol，說(shuō)明兩種材料吸附MB的過(guò)程是一個(gè)吸熱無(wú)序度增加的自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。這可能是因?yàn)槿芤褐械挠坞xMB離子濃度隨著吸附的進(jìn)行而降低，增強(qiáng)了離子混亂度，且MB在吸附位點(diǎn)上交換下了更活潑的離子或者由于吸附水分子的置換所引起的熵增效應(yīng)大于離子吸附所引起的熵減效應(yīng)[24]。

3 結(jié)論

兩種方法制備的辣木籽殼生物炭可有效去除溶液中的亞甲基藍(lán)，在吸附溫度為25 ℃，添加量為1 g/L，初始質(zhì)量濃度為25 mg/L，pH為7的條件下吸附120 min，磁性辣木籽殼生物炭和改性后的辣木籽殼生物炭對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效率接近100%，且由Langmuir模型計(jì)算得到的最大吸附量分別為116.83，99.37 mg/g。改性后的辣木籽殼生物炭對(duì)溶液中亞甲基藍(lán)吸附效果優(yōu)于磁性辣木籽殼生物炭，但磁性辣木籽殼生物炭的飽和磁通量為5.73 emu/g，具有良好的磁分離能力。所制備的兩種材料對(duì)溶液中亞甲基藍(lán)吸附符合Freundlich模型；動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和等溫吸附模型表明：兩種材料吸附溶液中亞甲基藍(lán)是一個(gè)自發(fā)吸熱熵增的化學(xué)吸附行為。

后續(xù)將對(duì)吸附過(guò)程和吸附達(dá)到平衡的生物炭材料表面的元素組成、孔徑、表面積和官能團(tuán)的變化進(jìn)行表征，以此來(lái)揭示生物炭的吸附機(jī)理。