论文标题：Effect and mechanism of changes in physical structure and chemical composition of new biochar on Cu(II) adsorption in an aqueous solution（新型生物炭物理结构和明升手机组成变化对水溶液中铜的吸附影响和机理研究）

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作者：Shengnan Yuan , Zhongxin Tan

发表时间：02 Aug 2021

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本研究在原始生物炭的基础上添加了铁元素，制备了具有特殊C-O-Fe结构的生物炭，不仅对重金属具有稳定的吸附效果，且易于回收利用，为水溶液中重金属的去除提供了一种新方法。

RESEARCH ARTICLE

Shengnan Yuan, Zhongxin Tan

Soil Ecology Letters,

doi:10.1007/s42832-021-0102-6.

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随着近代工业的发展，自然水体和工业废水中的重金属污染问题日益突出。由于重金属离子可以在食物链中蓄积，且具有较强的毒性和难生物降解性，因此其污染控制受到了国内外学者的广泛关注。吸附是去除水溶液中重金属的有效且廉价的途径。生物炭由于其原料来源广泛和良好的吸附效果被广泛用于重金属的修复。生物炭的吸附性能在很大程度上取决于生物炭表面上存在的官能团及其高比表面积。

本研究在原始生物炭的基础上添加了铁元素制备了具有特殊C-O-Fe结构的生物炭，不仅对重金属具有稳定的吸附效果，而且易于回收利用。研究表明：（1）改性生物炭M_2-800对Cu(Ⅱ)的吸附量为98.039mg/g，是原始生物炭C800吸附量(2.525mg/g)的38.8倍；（2）改性过程对生物炭起到了刻蚀和扩孔的作用，这将有助于更多的Cu(Ⅱ)进入孔隙，但明升手机吸附仍旧是Cu(Ⅱ)的最主要的固定途径；（3）碱改性过程促进了含氧官能团的生成，其中-OH和-COOH与铁离子形成了羟基桥（Fe-O-）和羧基桥（Fe-OOC-）等C-O-Fe结构；（4）M_2-800中羧基是Cu(Ⅱ)的主要结合位点，且M_2-800具有较高的电负性(-47.8mV)和较大的pH值(11.61),Cu(Ⅱ)可以通过静电引力和沉淀作用去除。本研究不仅实现了废物资源的利用，还为水溶液中重金属的去除提供一种新方法。

图1 改性生物炭M_2-800对溶液中Cu（II）的吸附和去除机理。

摘要

To improve the adsorption effect of biochar on heavy metal Cu(II), we prepared new biochar and explored its modification process influence on original biochar’s physical structure and chemical composition as well as its adsorption mechanism for Cu(II) in an aqueous solution. Through research work, we have reached some significant conclusions: (1) The modified biochar (M_2-800) can adsorb Cu(II) at the rate of 98.039 mg g^–1, 38.8 times higher than that of the original biochar C800 (2.525 mg g^–1); (2) The biochar modification process boosts its etching and pore expansion, helping Cu(II) enter the inner surface of the adsorbent, but chemical adsorption is still the most essential fixation method for Cu(II); (3) The alkaline modification process promotes the formation of oxygen-containing functional groups, in which-OH/–COOH and iron ions would form C-O-Fe structures such as hydroxyl bridges (Fe-O–) and carboxy bridges (Fe-OOC–); (4) Carboxyl is the primary site of Cu(II) fixation in M_2-800, and M_2-800 has higher electronegativity (−47.8 mV) and larger pH (11.61), so that Cu(II) can be removed by electrostatic attraction and precipitation.

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