多级孔结构的MgO/生物炭复合材料高效吸附水中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)OA
A multi-level porous MgO/biochar composite for the highly efficient adsorption of Pb(Ⅱ)and Cd(Ⅱ)from water
秸秆废弃物的低炭化利用与水体重金属去除是当前环境领域的研究热点.本研究以薰衣草秸秆为原料,采用 MgCl2-NaOH 共浸渍法制备了具有多级孔结构的 MgO/生物炭复合材料(MBC),并探究其对水中 Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除性能.结果表明,共浸渍处理显著提升了材料的比表面积,MBC 的比表面积约为原始薰衣草秸秆生物炭的 54倍.多级孔结构有利于 MgO 纳米颗粒的负载,增强了复合材料的离子交换能力,并提高了其中碱金属离子(Mg2+)的含量.这些结构和组成上的优势使得 MBC对 Pb(Ⅱ)和 Cd(Ⅱ)表现出优异的吸附性能,吸附过程符合准二级动力学模型.其中,MBC-700对 Cd(Ⅱ)和 Pb(Ⅱ)的最大吸附容量分别达到 520和 808 mg/g.吸附机理主要涉及离子交换、沉淀、静电吸引及表面络合作用.此外,研究还利用生物炭的高温还原特性,成功实现了吸附后金属铅的资源化回收.本研究为开发低成本高效重金属吸附剂及推动生物质废弃物的低碳资源化利用提供了科学依据.
A MgO/biochar composite(MBC)with a wide range of pore sizes was prepared by a MgCl2-NaOH co-impregnation method using lavender stalks as the biochar source,which can effectively remove Pb(Ⅱ)and Cd(Ⅱ)from wastewater.The co-impregna-tion treatment resulted in a specific surface area of the MBC that was approximately 54 times greater than that of the biochar derived from untreated stalks.The ion-exchange capacity of MBC was increased by the incorporation of MgO nanoparticles,which increased the alkali metal ion(Mg2+)content.These specific structures and com-positions gave the MBC a high adsorption capacity for Pb(Ⅱ)and Cd(Ⅱ).The adsorption data followed a quasi second-order kinetic model.For Cd(Ⅱ)and Pb(Ⅱ),the maximum adsorption capacities of MBC-700(treated at 700℃for 2 h)reached 520 mg/g and 808 mg/g,respectively.The primary adsorption mechanisms were ion exchange,precipitation,electrostatic at-traction and surface complexation.Furthermore,metallic lead was recovered by using the reducing properties of the biochar at high temperatures.This study provides a reference for developing inexpensive and efficient heavy metal adsorbents and the low-carbonization utilization of biomass waste.
张国捷;刘士伟;孙启花;孙君;田宁;吴钊峰;姜黎
新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐,830046||新疆大学 新疆固体物理与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐,830046新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐,830046||新疆大学 新疆固体物理与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐,830046新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐,830046||新疆大学 物理科学与技术学院,新疆 乌鲁木齐,830046新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐,830046||新疆大学 物理科学与技术学院,新疆 乌鲁木齐,830046新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐,830046||新疆大学 新疆固体物理与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐,830046新疆大学 材料科学与工程学院,新疆 乌鲁木齐,830046||新疆大学 新疆固体物理与器件重点实验室,新疆 乌鲁木齐,830046中国科学院新疆生态与地理研究所 荒漠与绿洲生态国家重点实验室,新疆 乌鲁木齐,830011
化学化工
MgO/生物炭复合材料多级孔结构Pb(Ⅱ)吸附Cd(Ⅱ)吸附吸附机理
MgO/biochar compositeMulti-level porePb(Ⅱ)absorptionCd(Ⅱ)absorptionadsorption mechanism
《新型炭材料（中英文）》 2026 (3)
675-693,19
This research was funded by the National Natur-al Science Foundation of China(52563033),Xinjiang Natural Science Fund for Distinguished Young Schol-ars(2022D01E37),Xinjiang Tianshan Talent Project(2024TSYCCX0007),and Key programs of Xinjiang Natural Science Foundation(2022B02051,2023B2045 and 2024LQ01001-3). 中国国家自然科学基金(52563033)新疆杰出青年自然科学基金(2022D01E37)新疆天山英才项目(2024TSYCCX0007)新疆自然科学基金重点项目(2022B02051、2023B2045、2024LQ01001-3).
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