农业环境科学学报

作者：来张汇,张小龙,何慕雨,方若超,孙盛进

单位：深圳市龙华排水有限公司, 广东 深圳 518110,广东省深圳生态环境监测中心站, 广东 深圳 523950,碧兴物联科技(深圳) 股份有限公司, 广东 深圳 523950,深圳市龙华排水有限公司, 广东 深圳 518110,南昌大学资源环境与化工学院, 南昌 330038,深圳市龙华排水有限公司, 广东 深圳 518110

关键词：改性生物炭,Cd2+,吸附机制,DFT计算,

基金：国家重点研发计划重大科学仪器设备开发重点专项（2017YFFO408500）

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭（BC300），通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷（3-MPTS）丰富其表面官能团，得到腐植酸改性生物炭（HBC300）和巯基改性生物炭（SBC300）两种改性生物炭，分析改性生物炭对Cd2+的吸附能力，借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论（DFT）计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd2+的作用。结果表明：改性过程改变了生物炭的理化性质，HBC300表面增加了COOH和OH官能团，而SBC300表面COC、CO和SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd2+吸附反应速率和吸附性能，表现出改性生物炭在水中去除Cd2+的潜力。其中，SBC300对Cd2+吸附效果最佳，其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g-1，但吸附反应速率小于HBC300，符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明，生物炭表面修饰官能团加快了对Cd2+吸附反应速率，但COC和CO官能团限制了SBC300对Cd2+的吸附反应速率。

来源：2023年第9期

《农业环境科学学报》期刊编辑部

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