BT：北京科技大学林海团队在生物炭同步去除阴阳重金属离子取得新进展学术资讯

来源：农环视界

目前，我国尾矿约60亿吨，其具有不稳定、易浸出、易侵蚀特征，易释放大量镉、砷等重金属，给周边水体环境和生态安全造成极大威胁。近期研究表明，纳米颗粒负载生物炭可有效提高生物炭吸附能力，但大部分研究针对的为重金属阳离子或阴离子，同步高效去除的研究相对较少。为解决这一问题，本文采用溶胶凝胶法合成性能良好、去除能力强的生物炭材料BCTD，并探讨了生物炭的改性机理及去除重金属机理，文章结构如图1。

图1 BCTD制备及其对污染物的去除机理

本研究围绕有色金属尾矿中普遍释放的As和Cd重金属元素为去除目标。实验结果表明：BET、SEM-EDS、FTIR、XPS等表征证明超声清除了生物炭表面及孔道中杂质，增加了总孔体积和孔数量，提高了生物炭的负载能力，且TiO2负载成功；与未改性生物炭相比，BCTD比表面积增大了150倍，总孔体积提高了6.5倍，孔数量明显增多（图2）。根据BCTD对As (V)和Cd(II)的热力学值可得出，该反应是自发的、不可逆、吸附反应（图3）。BCTD对Cd(II)和As(V)的朗格缪尔吸附量分别为72.62 mg/g和118.06 mg/g，其同步去除As (V)和Cd(II)主要机理为离子交换和络合作用，更详细的机理解释请参考论文。

图2 BC、TD和BCTD吸附前后的SEM-EDS图

图3 不同温度As和Cd的等温吸附热图

为了进一步了解BCTD的吸附性能，研究了BCTD在不同的pH、共存离子强度（Ca2+、K+、Cl-和NO3-）和重金属初浓度（0-300mg/L）下对重金属As和Cd同步去除效果影响，并研究其最佳投加量。实验结果表明，pH ≥ 4时，BCTD对As和Cd的吸附达到最佳吸附容量的75%；投加量为0.45g/L，As和Cd去除率均超过80%；当共存离子Ca2+、K+、Cl-和NO3-在浓度为5-20 mg/L，对BCTD吸附能力影响均在±10%以内；Cd(II)和As(V)初始浓度少于100 mg/L，二者在BCTD上吸附具有协同作用。本研究为水体中重金属阴、阳离子同步去除提供一种好的方法，为农业废弃物玉米芯的资源化利用提供技术参考。

图4 共存离子对BCTD吸附As(V)和Cd(II)的影响

本研究来自北京科技大学能源与环境工程学院林海教授课题组，近期以“Efficient simultaneous removal of cadmium and arsenic in aqueous solution by titanium-modified ultrasonic biochar”在线发表于国际环境科学与生态学领域重要期刊Bioresource Technology（2019 IF = 6.67）。论文第一作者为博士生罗明科，通讯作者为林海教授。本研究得到了国家水污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07205-003)和工业污染物资源化处理北京市重点实验室资助。

论文连接：

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.03.108

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