三种菌糠制备的生物炭对重金属镍的吸附探究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0228

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (32): 40-46.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0228

三种菌糠制备的生物炭对重金属镍的吸附探究

陈洪森(), 洪慈清, 莫雯婧, 蔡鑫铠, 桂芳泽, 关雄, 潘晓鸿()

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，福建农林大学植物保护学院，福州 350002

收稿日期:2023-03-21 修回日期:2023-08-21 出版日期:2023-11-15 发布日期:2023-11-10
通讯作者: 潘晓鸿，女，1988年出生，福建浦城人，副教授，博士，主要从事农药学、微生物学方面的研究。通信地址：350002 福州市仓山区上下店路15号福建农林大学生物农药与化学生物学教育部重点实验室，Tel：0591-83789258，Email：panxiaohong@163.com。
作者简介:
陈洪森，男，2001年出生，福建诏安人，本科，研究方向：制药工程。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，E-mail：CHS6607@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划“病虫害生防微生物资源挖掘、改良与新产品创制”(2022YFD1400700); 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); 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)

Study on the Adsorption of Heavy Metal Nickel by Biochar Prepared from Three Kinds of Bran

CHEN Hongsen(), HONG Ciqing, MO Wenjing, CAI Xinkai, GUI Fangze, 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/ College of Plant Protection, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002

Received:2023-03-21 Revised:2023-08-21 Published-:2023-11-15 Online:2023-11-10

摘要/Abstract

摘要：

为探究重金属镍的处理及菌糠资源过度浪费的问题，利用杏鲍菇菌糠、姬平菇菌糠、香菇菌糠为原料制备生物炭（PEBC、PGBC和LEBC），通过扫描电镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)和比表面积分析(BET)对其结构进行表征，并采用Zeta电位测定探究其吸附机理，同时通过吸附实验对比3种菌糠生物炭对镍离子的吸附影响。结果表明：3种菌糠生物炭均具有不规则孔隙，且表面附着较多的矿物质晶体。综合而言，PEBC的吸附效果最好，去除率超99%且最大平衡吸附量可达122.89 mg/g。采用废弃菌糠探究重金属镍的处理问题，在实现菌糠资源化利用的基础上，验证了其在重金属镍的水污染处理方面具有较广阔的应用前景。

关键词: 菌糠, 生物炭, 镍离子, 吸附

Abstract:

In order to explore the treatment of heavy metal nickel and the excessive waste of bran resources, this study used Pleurotus eryngii mushroom bran, agaricus mushroom bran and shiitake mushroom bran as raw materials to prepare biochar (PEBC, PGBC and LEBC), and scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffraction (XRD) and surface area measurement (BET) were applied to characterize their structure. Zeta potential was determined to explore the adsorption mechanism, and the adsorption effect of three kinds of bran biochar on nickel was compared by adsorption experiments. The results showed that all three kinds of bran biochar had irregular pores and more mineral crystals attached to the surface. In general, PEBC had the best adsorption effect with a removal rate of more than 99% and the maximum equilibrium adsorption capacity reaching 122.89 mg/g. In this study, waste bran was used to explore the treatment of heavy metal nickel, which proved that it had a broad application prospect in the treatment of heavy metal nickel in water pollution based on the resource utilization of bran.

Key words: bran, biochar, nickel ion, adsorption

陈洪森, 洪慈清, 莫雯婧, 蔡鑫铠, 桂芳泽, 关雄, 潘晓鸿. 三种菌糠制备的生物炭对重金属镍的吸附探究[J]. 中国农学通报, 2023, 39(32): 40-46.

CHEN Hongsen, HONG Ciqing, MO Wenjing, CAI Xinkai, GUI Fangze, GUAN Xiong, PAN Xiaohong. Study on the Adsorption of Heavy Metal Nickel by Biochar Prepared from Three Kinds of Bran[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(32): 40-46.

图/表 10

图1. PEBC(a)、PGBC(b)和LEBC(c)为10μm下，PEBC(d)、PGBC(e)和LEBC(f)为1 μm下的扫描电镜图

图2. PEBC(a)、PGBC(b)和LEBC(c)的X-射线粉末衍射图

吸附剂	比表面积/(m²/g)	总孔容/(cm³/g)	平均孔径/nm
PEBC	44.8809	0.09375	8.3556
PGBC	110.3241	0.08201	2.9737
LEBC	9.3259	0.04371	18.7516

表1. 3种菌糠生物炭的特征参数

图3. 20 mg PEBC (PGBC、LEBC)与250 mg/L镍溶液反应（1、2、4、6、8、10及12 h）的吸附量(a)及去除率(b)关系曲线

吸附剂	准一级动力学方程			准二级动力学方程
吸附剂	K/min	Qe/(mg/g)	R²	K/[g/(mg·h)]	Qe/(mg/g)	R²
PEBC	0.01017	2.87	0.5396	0.0137	118.06	0.9999
PGBC	0.00436	17.69	0.5665	0.0004	50.74	0.9968
LEBC	0.00434	24.59	0.9452	0.0005	81.10	0.9988

表2. PEBC(PGBC、LEBC)吸附Ni的动力学模型参数

图4. PEBC(a)、PGBC(b)和LEBC(c)对Ni2+准一级动力学方程拟合曲线及PEBC(d)、PGBC(e)和LEBC(f)对Ni2+准二级动力学方程拟合曲线

吸附剂	Langmuir模型			Freundlich模型
吸附剂	b/(L/mg)	Q₀/(mg/g)	R²	k	n	R²
PEBC	0.405	134.33	0.8887	101.26	18.18	0.9653
PGBC	0.054	49.41	0.9359	21.90	7.342	0.9694
LEBC	0.184	76.03	0.9308	51.38	14.29	0.9173

表3. PEBC(PGBC、LEBC)对重金属镍的Freundlich与Langmuir方程拟合基本参数

图5. PEBC(a)、PGBC(b)和LEBC(c)对Ni2+ Freundlich与Langmuir拟合曲线

图6. 3种菌糠生物炭投加量对吸附镍离子的影响

名称	Zeta电位(mV)
PEBC	-17.05±0.88
PGBC	-7.83±3.85
LEBC	-28.52±2.25
Ni²⁺	8.52±4.41

表4. 3种菌糠生物炭及镍溶液的Zeta电位

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