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富氧空位污泥炭的制备及其高效去除六价铬的研究

杜文涛 ,  周华晶 ,  何亮 ,  刘自莲

现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S2) : 211 -218.

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现代化工 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S2) : 211-218. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.S2.038
科研与开发

富氧空位污泥炭的制备及其高效去除六价铬的研究

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Preparation of oxygen vacancy-rich sludge biochar and study on its efficient removal of hexavalent chromium

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摘要

$\mathrm{PO}_{4}^{3-}$介导活化污泥炭(SBC)去除模拟废液中的Cr(Ⅵ),通过引入磷酸改变了污泥炭的电子结构,增强了污泥炭材料的氧空位稳定性,对氧空位周围的未饱和配位原子进行电荷补偿。$\mathrm{PO}_{4}^{3-}$调制的电子结构促进H2O和O2的吸附和活化,阻止这些原子填充氧空位,磷酸改性污泥炭(PSBC)对Cr(Ⅵ)的去除率提升到98.39%,吸附容量达9.88 mg/g。吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型。大量氧空位是主要活性位点,增强了Cr(Ⅵ)与·COOH和·OH基团的络合作用,实现高效快速吸附。

Abstract

Phosphate-mediated activated sludge biochar (SBC) is utilized for the removal of Cr(Ⅵ) from simulated wastewater.The addition of phosphate alters the electronic structure of sludge biochar,improving the stability of oxygen vacancies in sludge biochar and compensating for the charge of unsaturated coordination atoms surrounding these vacancies.Phosphate-mediated electronic structure facilitates the adsorption and activation of H2O and O2,and prevent these atoms from filling oxygen vacancies.The removal efficiency of Cr(Ⅵ) by phosphate modified sludge biochar (PSBC) is improved to 98.39%,with an adsorption capacity of 9.88 mg/g.The adsorption process follows the pseudo-second-order kinetic model and the Freundlich isotherm model.A high density of oxygen vacancies serve as the primary active sites,strengthening the complexation of Cr(Ⅵ) with ·COOH and ·OH functional groups,thereby achieving efficient and rapid adsorption.

Graphical abstract

关键词

污泥炭 / 六价铬 / 电子结构 / 氧空位 / 磷酸

Key words

sludge biochar / hexavalent chromium / electronic structure / oxygen vacancy / phosphoric acid

Author summay

杜文涛(2000-),男,硕士生,研究方向为固废资源化处理水体中的新型污染物和重金属离子等研究,

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杜文涛,周华晶,何亮,刘自莲. 富氧空位污泥炭的制备及其高效去除六价铬的研究[J]. 现代化工, 2025, 45(S2): 211-218 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2025.S2.038

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市政污泥是具有资源化潜力的生物质材料,但其中的重金属等有害物质限制了其进一步利用[1]。传统污泥处理方式,如焚烧和填埋,不仅存在环境污染和资源浪费的问题,还难以满足可持续发展的要求。相比之下,污泥热解制备污泥炭不仅能有效减少污泥体积,降低有毒有机物和病原体的污染风险,污泥炭还可作为高效吸附剂去除水体重金属。市政污泥基污泥炭(SBC)的性能受热解条件影响,高温热解可显著提升其比表面积、孔隙率和碳含量[2],从而增强其吸附能力。为进一步优化其吸附性能,常采用化学试剂进行改性,如氯化锌和氢氧化钠。与磷酸相比,氯化锌改性存在环境污染和回收效率低的问题,且其改性过程可能造成污染。氢氧化钠改性的活性炭产率低于磷酸或氯化锌改性[3]。研究表明,磷酸改性不仅增加了污泥炭的孔体积、比表面积,还增强了其含氧官能团的含量,显著提高其吸附能力[4]。
六价铬[Cr(Ⅵ)]因其高迁移性和生物毒性,严重威胁生态环境和人类健康[5]。将六价铬转化成对人体有益的三价铬是一种可行的技术路线[6],传统的去除六价铬技术如化学沉淀、离子交换、生物吸附和膜分离等虽然有效,但存在工艺复杂、成本较高等限制[7]。近年来,缺陷工程在吸附研究中受到广泛关注,其中氧空位的构建有助于调控吸附剂的电子结构及表面化学特性,从而提升吸附性能。然而,大多数吸附剂在长期使用过程中易因吸附位点堵塞而失活,导致性能衰退。因此,设计稳定、可持续的缺陷炭材料至关重要[8]。
为了增强氧空位的稳定性,研究者探索了多种策略,如表面活性氧修饰和外源元素掺杂。例如,富氧空位的双金属纳米粒子表现出更优异的光催化稳定性[9],而N掺杂石墨烯纳米片可有效提升催化剂的耐久性和选择性[10]。目前针对氧空位稳定性的协同作用机制研究仍然有限,同时,化学品的高消耗也导致废水处理成本增加,不符合当前低碳环保的发展方向。
本研究以污泥为原料,通过热解和磷酸改性制备出具有稳定氧空位特性的污泥炭(PSBC),并应用于Cr(Ⅵ)的去除。考察投加量、pH、吸附时间及 Cr(Ⅵ)浓度等因素对吸附性能的影响。结合SEM、XRD、XPS、FT-IR、EDS等对SBC、PSBC材料进行表征并分析Cr(Ⅵ)去除机制。

1 材料和仪器

1.1 化学药品和材料

实验所用污泥取自昆明市某污水处理厂的脱水污泥。本实验中使用的所有分析级化学药品均是商业来源,未经进一步提纯,包括硫酸、磷酸、盐酸、氢氧化钠、二苯碳酰二肼(C13H14N4O)、丙酮、重铬酸钾。

1.2 表征仪器

采用傅里叶红外光谱仪(TENSOR27,德国Bruker)在500~4 000 cm-1的波长范围内扫描样品,分析SBC和PSBC的表面官能团;采用扫描电子显微镜(VEGA3,捷克TESGAN)观察样品表面形貌和元素;采用全自动比表面积及孔隙分析仪(ASAP 2460,美国)测定样品比表面积;采用可见分光光度计(722N,上海菁华科技仪器有限公司)测定Cr(Ⅵ)浓度;采用pH计(Starter 3C,奥豪斯仪器有限公司)测定pH。

2 实验方法

2.1 污泥炭的制备

经过干燥、研磨和筛分后,得到颗粒均匀的污泥粉末(60~80目)。将污泥粉末置于管式炉中,在氮气(流量为50 mL/min)氛围中热解2 h,温度为800℃,升温速率为5℃/min。热解完成后冷却至室温,取出污泥炭备用。
将污泥炭与磷酸溶液(4 mol/L)以m(H3PO4)∶m(SBC)为1∶10混合,60℃下恒温振荡8 h,取出粉末用纯水过滤洗涤至中性,置于105℃烘箱中烘 24 h,冷却后置于干燥器中保存备用,记为PSBC。

2.2 不同影响因素对PSBC吸附Cr(Ⅵ)的影响

在100 mL锥形瓶中进行污泥炭对六价铬的吸附实验,样品溶液过0.45 μm针式滤膜,采用二苯碳酰二肼光度法测定水样中Cr(Ⅵ)浓度。

2.2.1 pH的影响

称取0.25 g的PSBC和0.25 g的SBC分别加入Cr(Ⅵ)溶液(50 mL、50 mg/L)中;用HCl溶液(0.1 mol/L)或NaOH溶液(0.1 mol/L)将溶液pH调至1.0~9.0,将锥形瓶置于温度为25℃的水浴摇床中以150 r/min的速度振荡4 h。

2.2.2 PSBC投加量的影响

将PSBC加入Cr(Ⅵ)溶液(50 mL、50 mg/L、pH=2)锥形瓶中,PSBC投加量分别为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.45 g,将锥形瓶置于25℃的水浴摇床中以150 r/min的速度振荡4 h。

2.2.3 吸附时间的影响

将PSBC(0.25 g)加入Cr(Ⅵ)溶液(50 mL、50 mg/L、pH=2)锥形瓶中,置于25℃的水浴摇床中以150 r/min的速度振荡8 h,分别在10、20、40、60、80、100、120、150、180、210、240、300、360、420、480 min取样,样品溶液过0.45 μm针式滤膜。

2.2.4 Cr(Ⅵ)初始浓度的影响

将初始浓度分别为25、50、75、100、125、150、175 mg/L和200 mg/L,pH为2.0的50 mL Cr(Ⅵ)溶液置于锥形瓶中,投加0.25 g PSBC,将锥形瓶置于25℃的水浴摇床中以150 r/min的速度振荡4 h,样品溶液过0.45 μm针式滤膜。
通过式(1)、式(2)分别计算去除效率和吸附量。
η = [ ( C 0 - C t ) / C 0 ] × 100 %
q t = [ ( C 0 - C t ) × V ] / m
式中,η为Cr(Ⅵ)的去除率,%;C0、Ct为水样中 Cr(Ⅵ)的初始浓度和吸附t分钟后的剩余浓度,mg/L;qt为污泥炭的吸附量,mg/g;m为污泥炭的投加量,g;V为水样的体积,L。

2.3 吸附动力学实验

设置Cr(Ⅵ)初始浓度为50 mg/L、pH为2.0、PSBC投加量为0.25 g,置于恒温25℃、转速为 150 r/min的摇床振荡,在不同时间点取样,样品溶液过0.45 μm针式滤膜。采用二苯碳酰二肼光度法测定水样中Cr(Ⅵ)浓度。
采用准一级动力学方程[式(3)]、准二级动力学方程[式(4)]、颗粒内扩散方程[式(5)]对实验结果进行拟合。
$q_{t}=q_{\mathrm{e}}\left(1-e^{-k_{1} 1^{t}}\right)$
q t = ( k 2 q e 2 t ) / ( 1 + k 2 q e t
$q_{t}=k_{\mathrm{id}} t^{1 / 2}+C$
式中,qe为吸附平衡时的吸附量,mg/g;qt为t时刻的吸附量,mg/g;k1为准一级动力学模型速率常数,k2为准二级动力学模型速率常数;kid为颗粒内扩散模型速率常数;t为吸附时间,min;C为常数。

2.4 吸附等温线的测定

在25、35、45℃的恒温摇床中进行热力学实验。将50 mL Cr(Ⅵ)浓度分别为25、50、100、150、200、250、300、350、400、450 mg/L和500 mg/L,pH调节为2.0的溶液置于100 mL锥形瓶,投加0.25 g的PSBC,放入恒温至前述温度、转速为150 r/min的摇床振荡24 h,样品溶液过0.45 μm针式滤膜。采用二苯碳酰二肼光度法测定水样中Cr(Ⅵ)浓度。
采用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型对实验数据进行拟合,分别如式(6)和式(7)。
$C_{\mathrm{e}} / q_{\mathrm{e}}=C_{\mathrm{e}} / q_{\mathrm{m}}+1 /\left(q_{\mathrm{m}} K_{\mathrm{L}}\right)$
$lnqe=(1/n)lnCe+lnKF$
Ce(mg/L)和qe(mg/g)代表吸附平衡条件下的平衡浓度和平衡吸附量,qm(mg/g)为最大吸附容量,KL(L/mg)、KF[(mg/g)·(L/mg)1/n]和n分别代表Langmui常数、Freundlich常数和强度因子。

3 结果与讨论

3.1 化学成分与结构

磷酸介导的富氧空位污泥炭的合成过程如图1所示。改性前后污泥炭的XRD图谱如图2所示,引入磷酸的PSBC在20.8°处出现与AlPO4标准卡片(PDF#72-1064)相关的衍射峰,SBC中未发现此衍射峰,表明PSBC表面成功引入磷酸。两种样品均在26.5°处发现与碳(PDF#99-0057)相关的衍射峰。
进一步采用EDS对SBC和PSBC进行元素分析,如图3。SBC中并未发现P元素,磷酸改性的PSBC中出现一定比例的P元素,说明P的成功掺杂。对PSBC所含主要元素(C、O、P、Fe、Al)进行Mapping元素分析,如图3(b)~(f)所示,进一步验证了P的成功掺杂。
FT-IR光谱进一步验证了PSBC的基本微观结构单元。如图4所示,SBC和PSBC具有相似的红外特征波段。在3 423 cm-1处明显出现宽吸收峰,表明氢键的分子间拉伸,是—OH/—COOH的特征峰[11]。与SBC相比,PSBC的羟基明显增加,为吸附Cr(Ⅵ)提供更多的吸附位点。据报道[12],表面羟基、羧基、羰基等含氧官能团的增加为Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)提供了更多的电子,Cr(Ⅵ)的还原可以结合XPS分析进一步说明。1 574 cm-1处的峰表明污泥炭中含有丰富的C══C、C══O和C—C基团,可以改善表面基团与铬离子之间的静电相互作用[13]。C══C作为活性位点,由于其结构不稳定断键生成—COOH会与金属离子Cr(Ⅵ)发生强络合作用。在1 077 cm-1处有一个很强的吸收峰,这是由于C—O官能团的伸缩振动引起的[14],再次验证—COOH与Cr(Ⅵ)之间的强络合作用。此外,一些新的峰出现在PSBC上,例如1 441 cm-1(P══O或P══OOH)、881 cm-1(P—O—P)和839 cm-1处[14],这可能是磷酸基团的拉伸振动引起的,磷酸基团的存在进一步证明了$\mathrm{PO}_{4}^{3-}$的掺杂种类。
此外,利用XPS分析了PSBC未配对的自由电子,并考察了表面氧空位的存在。研究[15]发现,—OH基团和表面氧空位高度相关。经FT-IR光谱分析,PSBC产生了丰富的—OH基团;结合XPS分析,进一步验证了氧空位的产生。如图5(a)所示,PSBC显示了以532.5、531.4、530.4 eV为中心的3个不同类型的峰,分别对应吸附氧(Oads)、羟基氧(OOH)和缺陷氧(Olatt)。氧空位浓度(Vs)与OOH和Olatt的强度比(OOH/Olatt)呈正相关。为了验证氧空位对于铬离子的吸附效能,进一步对比了吸附前后氧空位变化,吸附后Vs出现轻微下降的趋势,由1.43下降到1.29,证明在炭边缘产生的氧空位是主要的活性位点,大量的空位会成为路易斯酸性基团的锚定场所,这种空位型的酸位点会增强官能团与Cr(Ⅵ)之间的电子转移,促进Cr(Ⅵ)离子与 —COOH基团的强络合作用,使其能够被高效快速地吸附去除,大量的空位结构由于其局部缺电子状态可迅速锚定Cr(Ⅵ)而不易被解吸[15];但附着在PSBC表面的O2分子容易解离成氧原子填充在氧空位中,造成氧空位的失活。通过掺杂磷酸改变PSBC局部电子结构,O2分子倾向于吸附在磷酸掺杂位点,这阻碍了O2分子对氧空位的填充,从而获得耐用的氧空位,H2O分子的吸附和活化过程类似[16]。从图5(b)可以看出,部分Cr处于三价,在去除过程中,含氧基团(如羰基、羧基和羟基)和不饱和的C══C键可以作为电子供体。Cr(Ⅵ)可以接受电子并还原为对人体有益的Cr(Ⅲ)[17]。此外,图5(c)也显示了反应前后Fe元素的变化,吸附 Cr(Ⅵ)后Fe2p的特征峰整体向高结合能方向移动,表明吸附剂表面Fe(Ⅱ)向Fe(Ⅲ)氧化的过程,参与了吸附过程。
进一步通过扫描电镜对PSBC的形貌进行分析,如图6所示。与SBC相比,PSBC表面更加粗糙、更不平整。这可能是因为磷酸侵蚀炭体形成孔隙和孔道,PSBC粗糙的表面和良好的孔隙结构提高了其表面积,同时为重金属离子的吸附提供吸附位点,有利于Cr(Ⅵ)的吸附。
结合BET分析结果(表1和图7)发现,PSBC的比表面积约为SBC的5.3倍,这与SEM表征结果吻合;但PSBC的平均孔径却小于SBC,PSBC具有更大的孔体积和更小的平均孔径,意味着PSBC具有更大的孔密度和比表面积,有利于对六价铬的吸附[11]。酸处理可以去除污泥炭中的部分无机物,使其平均孔径减小,使其孔隙结构得到良好发展[18]。同时,酸处理破坏了孔壁,孔径变小,比表面积增加[19]。
从图7可知,根据IUPAC分类,SBC和PSBC的等温线均为Ⅳ型等温线,具有h3型回滞环[15]。采用Barrett-Joyner-Halenda法计算SBC和PSBC的孔径分布曲线。SBC和PSBC的孔径分布峰均小于 50 nm,表明污泥炭中存在大量介孔。然而,SBC和PSBC的平均孔径分别为88 nm和63 nm,表明SBC和PSBC中也存在大孔结构。

3.2 吸附工艺参数的影响

3.2.1 pH的影响

不同pH下Cr(Ⅵ)的去除效率如图8(a)所示。在酸性条件下,两种吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除性能较好[17]。此外,pH从1到9,去除率从99.99%下降到66.48%,吸附容量从9.99 mg/g下降到6.68 mg/g。在pH 2.0~5.0范围内,Cr(Ⅵ)主要以$\mathrm{HCrO}_{4}^{-}$的形态存在,$\mathrm{HCrO}_{4}^{-}$表现出较低的吸附自由能和更高的静电吸附倾向。随着pH的增加,Cr(Ⅵ)主要以$\mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}^{2-}$和$\mathrm{CrO}_{4}^{2-}$形式存在,同时,吸附剂的pHZPC(零点电位pH)测试结果为4.8,在pH范围为2.0~4.8时,PSBC表面高度质子化并带正电荷,这有利于通过静电作用吸附Cr(Ⅵ)。然而,当pH高于pHZPC时,PSBC表面转而带负电荷,吸附剂与带负电的 Cr(Ⅵ)阴离子之间的静电吸引力大大减弱,导致去除效率显著下降[20]。
此外,当溶液的pH增加,溶液中大量的羟基离子可能会与含Cr(Ⅵ)阴离子竞争吸附位点,从而导致对Cr(Ⅵ)的吸附能力降低。综上所述,pH通过影响污泥炭表面的电化学特性和溶液中Cr(Ⅵ)的化学状态,对去除Cr(Ⅵ)的效果有较大影响[20]。在pH=1和pH=2时,去除效果相似,由于pH=2更容易调节,因此选择pH=2作为后续实验的最佳值。

3.2.2 污泥炭投加量的影响

不同污泥炭用量对Cr(Ⅵ)去除的影响见图8(b)。随着污泥炭投加量的增加,两种污泥炭对 Cr(Ⅵ)的去除率均呈上升趋势。当投加量为 5 g/L时,PSBC对Cr(Ⅵ)的去除率可达98.63%。随着污泥炭用量的增加,污泥炭可以提供更多的表面活性位点与Cr(Ⅵ)结合[20],从而获得更好的去除效率。

3.2.3 Cr(Ⅵ)初始浓度的影响

PSBC去除不同初始浓度Cr(Ⅵ)的效果见图8(c)。在Cr(Ⅵ)初始浓度较高的情况下,PSBC仍能保持较高的去除效率,初始浓度为25 mg/L时去除率接近100%,这可能是由于Cr(Ⅵ)与活性表面位点的摩尔比较高。Cr(Ⅵ)初始浓度可以为吸附过程提供驱动相互作用。然而,随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增加,PSBC可用于吸附Cr(Ⅵ)的活性位点减少,不足以维持吸附过程,导致去除效率逐渐下降[21]。

3.2.4 吸附时间的影响

不同吸附时间对PSBC吸附Cr(Ⅵ)效果的影响见图8(d)。随着时间的延长,PSBC对Cr(Ⅵ)的吸附量明显增加,大致可分为三个阶段:吸附量迅速增加,斜率最大;然后缓慢增加,斜率变小;最终反应达到平衡。由于反应初期在PSBC上存在大量的吸附位点,与Cr(Ⅵ)迅速结合,因此反应速率高,后期吸附位点减少,吸附速率缓慢,直至吸附平衡[20]。
为比较PSBC与不同生物炭去除Cr(Ⅵ)的性能,从Cr(Ⅵ)的去除率和吸附容量两个方面进行了对比,如表2,可以看出PSBC具有明显优势。

3.3 吸附动力学、吸附等温线研究

利用准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒内扩散模型对PSBC吸附Cr(Ⅵ)的动力学进行拟合,结果和参数见图9和表3。从图9(a)和表3可知,吸附量在40 min内迅速增加,120 min后逐渐平缓,表中拟合数据表明准一级动力学方程和准二级动力学方程均能对PSBC吸附Cr(Ⅵ)的过程进行高度拟合(R2>0.90),但准二级动力学方程(R2=0.998 5)比准一级动力学方程(R2=0.974 3)能更好地描述PSBC对Cr(Ⅵ)的吸附过程,而且准二级动力学方程拟合所得的qe值更接近实测值,初步判断该吸附过程主要以化学吸附为主[27]。
图9(b)为PSBC内扩散模型拟合结果,吸附过程可分为三个阶段:第一阶段为膜扩散,吸附过程较快,斜率最大;第二阶段为Cr(Ⅵ)向孔隙内部扩散,斜率变缓;第三阶段溶液中离子浓度趋于平衡,斜率最小[27]。拟合结果中,常数C≠0、直线未经过原点,说明离子外部扩散和内部扩散在整个吸附过程中占主导地位,内扩散速率常数Kid1>Kid2>Kid3,表明吸附剂上的吸附位点被吸附质所占据,所以吸附速率会变慢,最终达到平衡。
采用Langmuir和Freundlich两个吸附等温线模型对实验数据进行拟合,结果见图10和表4。显然,Freundlich模型(R2=0.933)拟合优于Langmuir模型(R2=0.830)。因此,可以推断PSBC对 Cr(Ⅵ)的吸附是不均匀吸附,并非单层均匀吸附,而是改性污泥炭表面的官能团和铬离子之间的多层吸附[28],这与表面酸性基团络合的结论一致。强度因子n值反映了吸附强度,n值介于1~10之间,表明污泥炭对溶液中Cr(Ⅵ)良好的吸附性能。特别是在45℃时,PSBC的n值最大值为8.13,表明 PSBC与铬离子之间存在有效的相互作用过程[29]。

3.4 改性污泥炭在吸附Cr(Ⅵ)中的可重复性

采用1 mol/L的NaOH溶液作为脱附剂。将 50 mL初始浓度为50 mg/L、pH=2.0的含Cr(Ⅵ)废水加入到100 mL具塞锥形瓶中,投加0.25 g PSBC,将锥形瓶置于25℃、转速为150 r/min的恒温水浴摇床振荡4 h,水样经针式滤头过滤并测量Cr(Ⅵ)浓度,计算第一次吸附量。将第一次吸附后的PSBC通过抽滤从溶液中分离出来,置于100 mL具塞锥形瓶中,加入50 mL脱附剂,置于25℃、转速为150 r/min的恒温水浴摇床振荡12 h,抽滤后将PSBC用纯水浸泡冲洗至中性,再次抽滤后置于105℃烘箱烘干,用于下一循环实验,共进行5次吸附-脱附循环实验。如图11所示,Cr(Ⅵ)的去除率从第一次循的97.46% 缓慢下降到第五次循环的91.37%,吸附容量从9.7 mg/g缓慢下降到9.1 mg/g,表明PSBC具有较好的可再生性和可重复性。
通过图12所示机理图,Cr(Ⅵ)的去除机制如下:①PSBC多孔结构截留Cr(Ⅵ);②Cr(Ⅵ)阴离子通过静电吸引与PSBC带正电的表面结合,Cr(Ⅵ)与含氧官能团络合;③大部分吸附的Cr(Ⅵ)阴离子被含氧官能团(羰基、羟基和羧基等)和不饱和C══C还原为Cr(Ⅲ),然后与PSBC上的含氧官能团发生吸附和络合。

4 结论

本研究利用$\mathrm{PO}_{4}^{3-}$介导的方式活化市政污泥炭作为吸附剂去除模拟废液中的铬离子。
(1)H3PO4改性增加了污泥炭的比表面积、孔体积,提高了污泥炭对Cr(Ⅵ)的去除能力,PSBC对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量达9.88 mg/g,去除率达98.39%;Cr(Ⅵ)被PSBC表面含氧官能团还原成 Cr(Ⅲ)并稳定络合,吸附在PSBC上的铬部分以 Cr(Ⅲ)的形式存在。
(2)Cr(Ⅵ)与污泥炭之间是化学吸附占主导作用,氧空位是吸附过程的本质原因,磷酸掺杂也会引起电子的再分配性质增强,进一步对氧空位周围的不饱和配位原子产生电荷补偿。$\mathrm{PO}_{4}^{3-}$调制的独特的电子结构可以促进H2O和O2的吸附和活化,阻止这些原子填充到氧空位中,保证了氧空位的耐用性。
(3)pH影响PSBC对Cr(Ⅵ)的去除效果。pH越低,PSBC与六价铬阴离子之间越容易产生静电吸引力,有利于污泥炭吸附Cr(Ⅵ)。
(4)PSBC对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型,表明该吸附过程是化学吸附与物理吸附协同的多层非均相吸附。
本研究为开发优异重金属离子分离性能的低成本污泥炭材料提供了指导。

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云南省“双一流”重大科技专项(202302AG050002-4)

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