钙改性花生壳生物炭对废水中四环素的吸附研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0455

摘要/Abstract

摘要：

生物质废弃物的处理和四环素污染物的去除是环境修复的重要问题。以花生壳为原料，通过浸渍-焙烧的方法制备了钙改性花生壳生物炭（CaBC）。采用X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）、扫描电镜（SEM）和氮气吸附-脱附仪对所制备的生物炭进行了表征，考察了溶液pH、共存离子等因素对生物炭去除废水中四环素（TC）性能的影响，并研究了该过程的吸附动力学和吸附等温线。结果表明，所制备的生物炭具有丰富的介孔结构，有利于对四环素的吸附。在pH为7.0条件下，CaBC-800对TC具有最好的吸附效果。共存离子的存在对生物炭的吸附能力影响不显著。动力学研究表明CaBC-800对TC的吸附过程符合准二级动力学方程，二级动力学常数为0.001 3 g/（mg∙min）。吸附等温线符合Langmuir方程，且最大理论吸附量为72.251 mg/g。该研究为四环素的去除提供了一种新型吸附剂，显示了CaBC-800在废水修复中的应用潜力。

关键词: 生物炭, 改性, 四环素, 吸附, 动力学

Abstract:

The treatment of biomass waste and the removal of tetracycline are important issues in environmental remediation.In this study，calcium modified peanut shell biochar（CaBC） was prepared by impregnation-roasting method with peanut shell as raw materials.The prepared biochar were characterized by X-ray diffraction（XRD），infrared spectrometer（FT-IR），scanning electron microscope（SEM） and nitrogen adsorption-desorption instrument.The effects of solution pH and coexisting ions on the removal performance of tetracycline（TC） from wastewater by biochar were investigated.The adsorption kinetics and adsorption isotherms of the process were studied as well.The results showed that the prepared biochar had rich mesoporous structure，which was beneficial to the adsorption of tetracycline.CaBC-800 had the best adsorption effect on tetracycline at pH of 7.0.The presence of coexisting ions had no significant effect on the adsorption capacity of biochar.Kinetic studies showed that the adsorption process of TC by CaBC-800 was following the pseudo-second-order model equation with a constant of 0.001 3 g/（mg∙min）.The adsorption isotherm was according with Langmuir equation with the maximum theoretical adsorption capacity of 72.251 mg/g.This study provided a new adsorbent for tetracycline removal and demonstrated the potential of CaBC-800 in wastewater remediation.

Key words: biochar, modification, tetracycline, adsorption, kinetics

中图分类号:

TQ132.32

范方方, 仝仲凯, 左卫元. 钙改性花生壳生物炭对废水中四环素的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 109-115.

FAN Fangfang, TONG Zhongkai, ZUO Weiyuan. Study on adsorption of tetracycline from wastewater by calcium modified peanut shell biochar[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2023, 55(6): 109-115.

图/表 12

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参考文献 28

1	汤睿，张寒冰，陆彩妹，等.有机磁性膨润土对环丙沙星和四环素的吸附性能［J］.化工进展，2021，40（11）：6235-6245.
	TANG Rui， ZHANG Hanbing， LU Caimei，et al.Adsorption of ciprofloxacin and tetracycline by organically modified magnetic bentonite［J］.Chemical Industry and Engineering Progress，2021，40（11）：6235-6245.
2	LIU Huidong， XU Guoren， LI Guibai.Preparation of porous biochar based on pharmaceutical sludge activated by NaOH and its application in the adsorption of tetracycline［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2021，587：271-278.
3	LIU Huidong， XU Guoren， LI Guibai.The characteristics of pharmaceutical sludge-derived biochar and its application for the adsorption of tetracycline［J］.Science of the Total Environment，2020，747：141492.
4	蔡思颖，张伟军，陈康，等.中药渣生物炭的制备及其对水中四环素的吸附特性研究［J］.安全与环境工程，2022，29（3）：178-186.
	CAI Siying， ZHANG Weijun， CHEN Kang，et al.Preparation of Chinese medicine wastes biochar and its adsorption characteristics to tetracycline in water［J］.Safety and Environmental Engineering，2022，29（3）：178-186.
5	赵志伟，陈晨，梁志杰，等.锰氧化物改性生物炭对水中四环素的强化吸附［J］.农业环境科学学报，2021，40（1）：194-201.
	ZHAO Zhiwei， CHEN Chen， LIANG Zhijie，et al.Enhanced adsorption activity of Manganese oxide-modified biochar for the removal of tetracycline from aqueous solution［J］.Journal of Agro-Environment Science，2021，40（1）：194-201.
6	DAI Yingjie， LI Jingjing， SHAN Dexin.Adsorption of tetracycline in aqueous solution by biochar derived from waste Auricularia auricula dregs［J］.Chemosphere，2020，238：124432.
7	WEI Xinxing， ZHANG Renjing， ZHANG Wenchao，et al.High-efficiency adsorption of tetracycline by the prepared waste collagen fiber-derived porous biochar［J］.RSC Advances，2019，9（67）：39355-39366.
8	左卫元，仝海娟，史兵方.芒果核壳炭的制备及对水中Cr⁶⁺的吸附［J］.环境工程学报，2016，10（8）：4134-4140.
	ZUO Weiyuan， TONG Haijuan， SHI Bingfang.Adsorption of Cr⁶⁺ from aqueous solutions by modified mango shell［J］.Chinese Journal of Environmental Engineering，2016，10（8）：4134-4140.
9	姜晶，黄晓月，白金龙，等.高锰酸钾改性生物炭对水中噻虫胺吸附性能及机理［J］.环境工程学报，2022，16（4）：1175-1185.
	JIANG Jing， HUANG Xiaoyue， BAI Jinlong，et al.Adsorption of clothianidin by potassium permanganate modified biochar in aqueous solution［J］.Chinese Journal of Environmental Engineering，2022，16（4）：1175-1185.
10	陈慕华，魏尚，李京润，等.金属有机骨架材料ZIF-67对四环素选择性吸附研究［J］.工业水处理，2022，42（3）：76-81.
	CHEN Muhua， WEI Shang， LI Jingrun，et al.Selective adsorption of tetracycline using metal organic framework ZIF-67［J］.Industrial Water Treatment，2022，42（3）：76-81.
11	JANG H M， KAN E.A novel hay-derived biochar for removal of tetracyclines in water［J］.Bioresource Technology，2019，274：162-172.
12	ZHANG Xin， LI Yaru， WU Mengru，et al.Enhanced adsorption of tetracycline by an iron and Manganese oxides loaded biochar：Kinetics，mechanism and column adsorption［J］.Bioresource Technology，2021，320：124264.
13	梅杨璐，徐晋，张寅，等.氮改性对生物炭理化性质的影响及其对废水中铜离子的吸附特性［J］.环境化学，2022，41（5）：1796-1808.
	MEI Yanglu， XU Jin， ZHANG Yin，et al.Effect of nitrogen modification on the properties of biochars and their adsorption behavior on Cu²⁺ removal from wastewater［J］.Environmental Chemistry，2022，41（5）：1796-1808.
14	张妍杰，王欢，蔡玉福，等.改性柚子皮生物炭吸附亚甲基蓝性能研究［J］.化学试剂，2022，44（6）：822-827.
	ZHANG Yanjie， WANG Huan， CAI Yufu，et al.Adsorption of methylene blue by modified pomelo peel biochar［J］.Chemical Reagents，2022，44（6）：822-827.
15	王亚琢，周翔，修磊，等.高铁酸钾改性生物炭的制备及其对水体中Cd（Ⅱ）的吸附特性［J］.生态环境学报，2021，30（12）：2380-2386.
	WANG Yazhuo， ZHOU Xiang， XIU Lei，et al.Preparation of K₂FeO₄ modified biochar and its adsorption characteristics for Cd（Ⅱ） in aqueous solution［J］.Ecology and Environmental Sciences，2021，30（12）：2380-2386.
16	WANG Jianlong， WANG Shizong.Preparation，modification and environmental application of biochar：A review［J］.Journal of Cleaner Production，2019，227：1002-1022.
17	LIU Xiaoning， SHEN Feng， QI Xinhua.Adsorption recovery of phosphate from aqueous solution by CaO-biochar composites prepared from eggshell and rice straw［J］.Science of the Total Environment，2019，666：694-702.
18	SILVA LACERDA V DA， LÓPEZ-SOTELO J B， CORREA-GUIMARÃES A，et al.Rhodamine B removal with activated carbons obtained from lignocellulosic waste［J］.Journal of Environmental Management，2015，155：67-76.
19	XIANG Wei， WAN Yongshan， ZHANG Xueyang，et al.Adsorption of tetracycline hydrochloride onto ball-milled biochar：Governing factors and mechanisms［J］.Chemosphere，2020，255： 127057.
20	ZHANG Hao， TANG Lin， WANG Jiajia，et al.Enhanced surface activation process of persulfate by modified bagasse biochar for degradation of phenol in water and soil：Active sites and electron transfer mechanism［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2020，599：124904.
21	XU Jin， ZHANG Yin， LI Bin，et al.Improved adsorption properties of tetracycline on KOH/KMnO₄ modified biochar derived from wheat straw［J］.Chemosphere，2022，296：133981.
22	CAO Yu， JIANG Shanqing， ZHANG Yanan，et al.Investigation into adsorption characteristics and mechanism of atrazine on nano-MgO modified fallen leaf biochar［J］.Journal of Environmental Chemical Engineering，2021，9（4）：105727.
23	CAO Hongliang， WU Xueshuang， SYED-HASSAN S S A，et al.Characteristics and mechanisms of phosphorous adsorption by rape straw-derived biochar functionalized with calcium from eggshell［J］.Bioresource Technology，2020，318：124063.
24	LIU Qin， LI Dongmei， CHENG Hairong，et al.High mesoporosity phosphorus-containing biochar fabricated from camellia oleifera shells：Impressive tetracycline adsorption performance and promotion of pyrophosphate-like surface functional groups（C-O-P bond）［J］.Bioresource Technology，2021，329：124922.
25	LIU Juanli， ZHOU Baiqin， ZHANG Hong，et al.A novel biochar modified by chitosan-Fe/S for tetracycline adsorption and studies on site energy distribution［J］.Bioresource Technology，2019，294：122152.
26	ZHUO Shengnan， DAI Tianchi， REN Hongyu，et al.Simultaneous adsorption of phosphate and tetracycline by calcium modified corn stover biochar：Performance and mechanism［J］.Bioresource Technology，2022，359：127477.
27	LE TRI NGUYEN D， BINH Q A， NGUYEN X C，et al.Metal salt-modified biochars derived from agro-waste for effective congo red dye removal［J］.Environmental Research，2021，200：111492.
28	CHENG Dongle， NGO H H， GUO Wenshan，et al.Feasibility study on a new pomelo peel derived biochar for tetracycline antibiotics removal in swine wastewater［J］.Science of the Total Environment，2020，720：137662.

Langmuir				Freundlich
k_L/（L∙mg^-1）	Q_m/（mg∙g^-1）	R²		k_F/（mg∙g^-1）	n	R²
0.859	72.251	0.999		45.604	8.278	0.812

[1]	杨恩, 申红艳, 刘有智. 硅聚醚原位改性超细氢氧化镁的制备[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 42-49.
[2]	徐梦瑶, 张欣, 何琨鹏, 何坚, 蒋炜. 锆钇废料制备氧化钇和磷酸锆吸附剂及其性能评价[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 116-124.
[3]	陈凤, 冯康, 李铭, 沈豪杰, 田承涛, 唐远, 李智力, 何东升. 有机改性硫酸钙晶须在沥青改性中的应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 125-130.
[4]	李巧云, 黄修行, 韦文业, 陈振. 活性炭协同酸/碱改性粉煤灰对亚甲基蓝的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 131-136.
[5]	赵闯, 陈自浩, 张博宇, 李犇, 靳凤英, 李滨, 孙振海, 郭春垒. 分子筛吸附剂对不同类型柴油吸附分离性能的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 80-85.
[6]	贺翌鹏, 熊晨曦, 王一平, 李军, 金央. 室温制备铁基有机金属框架吸附三价砷的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 111-120.
[7]	李阳, 娄飞健, 隋鑫, 李克艳, 刘飞, 郭新闻. 氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 38-43.
[8]	柳富杰, 何倩, 苏龙, 蒋才云. 海藻酸钠表面功能化磁性生物炭对亚甲基蓝的吸附特性[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 65-73.
[9]	张丽, 张丹, 潘红艳, 董永刚, 李文飞, 秦红. 磷酸法低灰分活性炭的制备研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 95-103.
[10]	向梦琪, 孟华, 王烨, 孟宪章, 白宇航, 王余军垚, 张译丹. 钛石膏中铁浸出动力学及其酸浸循环工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 114-120.
[11]	金声势, 刘凯杰, 刘秋文, 张一波, 杨向光. 磷酸改性CeO₂纳米棒负载Pt催化剂催化丙烷燃烧性能的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 141-148.
[12]	严振, 邱兆富, 金锡标, 王远, 刘畅, 杨骥. 4A分子筛负载Ce和γ-Fe₂O₃去除水中Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 81-89.
[13]	李阳, 臧毅华, 袁标, 盛春光. 抗污染陶瓷膜改性及其在处理含油污水中的应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 33-42.
[14]	王梦迪, 罗瑾, 吴巍, 周靖辉, 王静, 孙彦民, 于海斌. 微反应法制备γ-Al₂O₃及其对甲基橙的吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 66-74.
[15]	周世奇, 王涛, 敬方梨, 罗仕忠. 硝酸镁改性碳分子筛分离氮气/甲烷的性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 75-80.

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