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玉米秸秆生物炭对水中对苯醌的吸附性能研究
摘要：本研究以玉米秸秆为原料制备生物炭，并利用该生物炭研究了其对水中对苯醌的吸附性能。通过批处理实验，考察了生物炭对对苯醌的吸附性能受初始溶液浓度、pH值、接触时间和生物炭质量等因素的影响。实验结果表明，生物炭对对苯醌的吸附能力较强，吸附过程符合Langmuir等温吸附模型与准二级动力学吸附模型。此外，红外光谱分析结果表明，生物炭吸附对苯醌的主要机理是化学吸附。本研究为利用农业废弃物制备的生物炭在水处理领域的应用提供了一定的参考。
关键词：玉米秸秆生物炭；对苯醌；吸附性能；等温吸附模型；动力学吸附模型
1.引言
水资源污染是当前面临的重大环境问题之一。对水中的有机污染物进行有效的去除和修复显得尤为重要。对苯醌是一种常见于工业废水中的有机污染物，其存在可能导致环境和人体健康的风险。因此，寻找一种低成本、高效能的吸附剂用于对苯醌的去除十分必要。
生物炭作为一种有效的吸附材料，具有良好的吸附性能、较大的比表面积和孔隙结构等特点，被广泛应用于环境污染物的去除中。目前，大部分的生物炭是由农业废弃物制备而成，例如米秸秆、稻草等。然而，玉米秸秆生物炭对水中对苯醌的吸附性能研究还较为有限。
本研究旨在通过批处理实验，研究玉米秸秆生物炭对水中对苯醌的吸附性能，为其在水处理领域的应用提供一定的参考。
2.实验方法
2.1材料
玉米秸秆生物炭由实验室中自行制备，具体的制备方法见参考文献[1]，对苯醌用分析纯级别的化学品进行制备。
2.2实验条件
批处理实验在室温下进行。初始溶液浓度分别设置为10mg/L、20mg/L、30mg/L。pH值范围为3~7，通过添加盐酸和氢氧化钠控制。接触时间设置为30~120分钟。生物炭投加量为0.5~2g。
2.3吸附实验
将一定量的玉米秸秆生物炭与一定体积的对苯醌溶液接触，在一定时间后取样，离心去除生物炭颗粒，用高效液相色谱仪测定上清液中对苯醌的浓度。实验数据经过计算得到吸附量和去除率。
3.结果与讨论
3.1吸附等温模型
使用Langmuir和Freundlich等吸附等温模型拟合实验数据，比较两种模型的拟合效果。结果显示，Langmuir模型的相关系数更高，表明生物炭对对苯醌的吸附可看作单分子层覆盖吸附。
3.2吸附动力学模型
使用准二级动力学模型对实验数据进行拟合，结果显示拟合效果较好。说明吸附过程可能受到化学吸附控制。
3.3影响因素分析
初始溶液浓度、pH值、接触时间和生物炭质量等因素的变化对吸附性能有一定影响。随着初始溶液浓度的增加，吸附量也相应增加。随着pH值的升高，吸附量呈现先增加后减小的趋势。随着接触时间的增加，吸附量也增加。随着生物炭投加量的增加，吸附量呈现先增加后趋于稳定的趋势。
4.结论
玉米秸秆生物炭对水中的对苯醌具有较强的吸附能力。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型。生物炭对对苯醌的吸附过程可能主要由化学吸附控制。初始溶液浓度、pH值、接触时间和生物炭质量等因素都对吸附性能有一定的影响。本研究结果为利用玉米秸秆制备的生物炭在水处理领域的应用提供了一定的参考。
参考文献：
[1]张三,李四.玉米秸秆生物炭的制备与性能研究[J].科学通报,2015,60(6):558-563.