茶渣制备的生物质炭对重金属镍的吸附研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0929

中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (9): 109-114.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0929

所属专题：生物技术；土壤重金属污染；园艺

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茶渣制备的生物质炭对重金属镍的吸附研究

洪慈清(), 桂芳泽, 陈芳容, 方云, 游雨欣, 关雄, 潘晓鸿()

福建农林大学闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室&生物农药与化学生物学教育部重点实验室,福州 350002

收稿日期:2021-09-30 修回日期:2021-12-05 出版日期:2022-03-25 发布日期:2022-04-02
通讯作者: 潘晓鸿
作者简介:洪慈清,女,2001年出生,福建霞浦人,本科,研究方向：制药工程专业。通信地址：350002 福州市仓山区上下店路15号福建农林大学植物保护学院,Tel：0591-83789258,Email： 1084414163@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划“无毒茶叶生产之病虫害综合管理技术”(2017YFE0121700);福建省科技厅面上项目“纳米Bt生物农药在茶叶中的空间分布与环境安全性研究”(2020J01522);福建农林大学科技发展资金“纳米材料对植物病原菌的抗菌机制研究”(CXZX2019005S);“纳米二氧化硅对加替沙星抗菌效果的影响”(CXZX2020024A);福建农林大学茶产业链科技创新与服务体系建设项目“环境友好复合生物杀虫剂”(K1520005A03)

The Adsorption of Heavy Metal Nickel by Biochar Prepared from Tea Residue

HONG Ciqing(), GUI Fangze, CHEN Fangrong, FANG Yun, YOU Yuxin, GUAN Xiong, PAN Xiaohong()

State Key Laboratory of Ecological Pest Control for Fujian and Taiwan Crops & Key Lab of Biopesticide and Chemical Biology, Ministry of Education, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002

Received:2021-09-30 Revised:2021-12-05 Online:2022-03-25 Published:2022-04-02
Contact: PAN Xiaohong

摘要/Abstract

摘要：

为了寻找有效治理重金属镍污染的方法,明确茶渣基生物质炭的吸附能力和机理,本研究通过扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪和Zeta电位对茶渣基生物质炭(TBC-700)进行表征及机理探究,用紫外分光光度计对吸附过程进行测定。结果表明：合成的TBC-700具有较疏松的孔状结构,其对镍的吸附过程更符合准二级动力学模型(R²>0.99)和Freundlich吸附等温线模型(R²>0.95)。TBC-700对镍的吸附存在多分子层吸附,去除率达42.91%,平衡时最大吸附量可达584.58 mg/g;TBC-700吸附重金属镍后在500 mg/L KH₂PO₄溶液中解吸率达62.33%,具有一定的循环吸附能力。

关键词: 生物质炭, 茶渣, 重金属镍, 吸附, 解吸

Abstract:

In order to find an effective method to control heavy metal nickel pollution and clarify the adsorption capacity and mechanism of tea residue-based biochar, the characterization and adsorption mechanism of tea residue-based biochar (TBC-700) were studied by scanning electron microscope (SEM), laser particle size analyzer and Zeta potential, and the adsorption process was determined by UV spectrophotometer. The results showed that synthesized TBC-700 had a relatively loose pore structure, and the adsorption process of nickel was more consistent with the pseudo-second-order kinetic model (R²>0.99) and Freundlich isotherm model (R²>0.95). The adsorption of nickel by TBC-700 was multi-molecular layer adsorption with 42.91% removal rate, and the maximum equilibrium adsorption capacity was 584.58 mg/g. The desorption rate of adsorbed nickel by TBC-700 could reach 62.33% in 500 mg/L KH₂PO₄ solution, showing a certain cyclic adsorption capacity.

Key words: biochar, tea residue, heavy metal nickel, adsorption, desorption

中图分类号:

洪慈清, 桂芳泽, 陈芳容, 方云, 游雨欣, 关雄, 潘晓鸿. 茶渣制备的生物质炭对重金属镍的吸附研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9): 109-114.

HONG Ciqing, GUI Fangze, CHEN Fangrong, FANG Yun, YOU Yuxin, GUAN Xiong, PAN Xiaohong. The Adsorption of Heavy Metal Nickel by Biochar Prepared from Tea Residue[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(9): 109-114.

图/表 8

图1. TBC-700的扫描电镜图(a)和粒度分布图(b)

图2. TBC-700的吸附时间对去除重金属镍的影响

图3. 20 mg TBC-700与250 mg/L镍溶液反应(1、2、4、6、8、10、12 h)的浓度关系曲线及准一级动力学方程拟合曲线(a)、准二级动力学方程拟合曲线(b)

准一级动力学方程				准二级动力学方程
k/min^-1	Qe/(mg/g)	R²		k/[g/(mg·min)]	Qe/(mg/g)	R²
0.0057	454.86	0.9667			0.0000014	666.67	0.9989

表1. TBC-700吸附镍的动力学模型参数

图4. 20 mg TBC-700与不同浓度的镍溶液(20、30、40、50、60、70 mg/L)反应12 h的平衡浓度与吸附量的关系曲线及Freundlich与Langmuir拟合曲线

Langmuir模型				Freundlich模型
b/(L/mg)	Q⁰/(mg/g)	R²		k	n	R²
0.071	22.92	0.8407			3.99	2.52	0.9514

表2. TBC-700对重金属镍的Freundlich与Langmuir方程拟合基本参数

样品名称	Zeta电位/mV
TBC-700	6.34±1.09
重金属镍	-3.46±0.39

表3. TBC-700和镍溶液的Zeta电位

	循环次数1	循环次数2	循环次数3
吸附率/%	40.53	29.40	19.08
解吸率/%	62.33	46.56	17.71

表4. TBC-700对重金属镍的解吸效果参数

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