高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻(WT,高硅)和硅缺失突变体水稻(lsi1,低硅)秸秆为原材料制备成300、500、700℃3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd2+的吸附特性及作用机制.野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88％和7.42％,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径.通过元素分析、电镜能谱扫描分析(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)以及比表面积分析(BET-N2)等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1090 cm-1波峰处观察到Si O Si键.吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L?1时对水溶液中Cd2+吸附效果最佳.吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型(R2>0.9),说明该过程以化学吸附为主.通过Langmuir和Freundlich模型进行等温吸附拟合,均能较好反映出高低硅生物炭的吸附行为与特性.结合高低硅生物炭的基本理化性质、FTIR分析和SEM-EDS观察的结果表明生物炭吸附机制主要为离子交换、沉淀和官能团络合作用.研究表明,热解温度较高的高硅生物炭吸附效果更好,这可能与其具有较高的硅含量、较大的比表面积与孔体积、较多的阳离子及较为丰富的官能团有关.