甘蔗渣生物炭對(duì)水體鉻吸附反應(yīng)研究

劉成昊，林春嶺，鐘來(lái)元，李鎮(zhèn)城，奉藝婕，賴飛鴻，朱穎佳

（1.廣東海洋大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 湛江 524088；2.廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院，廣東 湛江 524088）

【研究意義】鉻及其化合物是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于金屬加工、電鍍、制革、印染和制藥等行業(yè)［1-2］。由于含鉻工業(yè)廢水的不合理排放，大量鉻擴(kuò)散到水體和土壤中，已造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和人體健康風(fēng)險(xiǎn)［2］。土壤中的鉻可以通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體肝、腎等臟器造成損傷，且致癌致畸致突變。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的規(guī)定，飲用水中鉻的最大允許濃度不超過0.05 mg/L，Cr（Ⅵ）已被國(guó)家生態(tài)環(huán)境部列入《有毒有害水污染名錄（第一批）》［3］。因此，研究水體鉻污染控制和去除方法及其重要。生物炭是一種新型的環(huán)境修復(fù)材料，是生物質(zhì)在缺氧或無(wú)氧條件下熱裂解形成穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物［4］。生物炭含碳量豐富，pH較高，陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)，不僅有較大的比表面積和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)［5］，而且具有大量的表面負(fù)電荷和電荷密度［6］，在治理有機(jī)污染和重金屬污染方面有廣闊的應(yīng)用前景。將農(nóng)業(yè)廢棄的生物質(zhì)加工成生物炭可以起到固碳的作用，不僅提高了資源利用效率，還能減輕溫室氣體的排放。用于制作生物炭的材料來(lái)源豐富，如動(dòng)物糞便、作物秸稈、花生殼、干樹葉以及污泥［7］等。

【前人研究進(jìn)展】鉻污染水體的主要凈化方法有吸附法、化學(xué)法、電化學(xué)法、離子交換法，其中吸附法以節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、高效、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，成為近些年來(lái)治理污染水體的熱門研究方向。吸附法主要分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種，物理吸附主要是根據(jù)重金屬離子與吸附劑表面之間的靜電作用力進(jìn)行吸附，化學(xué)吸附則是通過表面配位或化學(xué)鍵等方式產(chǎn)生吸附作用。常見的吸附劑有硅膠、分子篩、生物炭、活性炭等。劉雪梅等［8］發(fā)現(xiàn)碳化后的甘蔗渣表面生成大量孔隙，在特定條件下去除初始質(zhì)量濃度50 mg/L的Cr（Ⅵ）污染水體時(shí)，去除率達(dá)到94.5%，最大吸附量為4.805 mg/g。邢楠楠等［9］發(fā)現(xiàn)甘蔗渣經(jīng)NaCl改性后，對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附能力明顯提升。Sun等［10］以甘蔗纖維為原材料，經(jīng)硬脂酸酯化反應(yīng)后，對(duì)Hg（Ⅱ）最大吸附量為178 mg/g，而且吸附劑經(jīng)過6次循環(huán)過程后仍有良好的吸附效果?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】甘蔗在我國(guó)的種植主要集中在廣西、云南、廣東、貴州、福建、四川等省區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年甘蔗總產(chǎn)量為7 000多萬(wàn)t，產(chǎn)生的甘蔗渣約2 000多萬(wàn)t，其中70%～80%甘蔗渣用于糖廠鍋爐燃燒，沒有得到合理利用，造成資源浪費(fèi)［11-12］。與其他農(nóng)作物秸稈相比，甘蔗渣含有較多的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素［13］，表面孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，含有較多羥基、羧基等功能基團(tuán)，經(jīng)炭化后含碳量較高，且孔隙結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，以甘蔗渣作為生物炭的制備原料，不僅有價(jià)格低廉、量大集中、對(duì)環(huán)境無(wú)害等優(yōu)勢(shì)，而且可以降低溫室氣體的排放。目前已有的研究集中在生物炭對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附，對(duì)Cr（Ⅲ）吸附的研究較少，也未見有不同溫度碳化的生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）吸附差異的研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究不同溫度下碳化的甘蔗渣生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的吸附差異、最佳吸附條件及其機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甘蔗渣由湛江金海糖業(yè)有限公司提供，用去離子水洗凈風(fēng)干，粉碎備用。制備生物炭時(shí)，先將粉碎后的甘蔗渣置于陶瓷坩堝中，壓實(shí)蓋上蓋放進(jìn)馬弗爐，往馬弗爐中通入氮?dú)馐蛊渑c氧氣隔絕熱解碳化。甘蔗渣生物炭制備溫度分別設(shè)350、450、550 ℃，將所制備生物炭分別標(biāo)記為G350、G450和G550。將制備好的生物炭用超純水洗至pH恒定，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中105 ℃烘干，研磨并通過0.150 mm篩后，放在干燥器內(nèi)儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生物炭表征 取少量研磨過0.150 mm篩的未碳化甘蔗渣及G350、G450、G550生物炭樣品，粘在導(dǎo)電膠上，采用掃描電子顯微鏡（SEM）（型號(hào)：MIRA 3 LMU，Tescan）觀察其表面形貌。

1.2.2 制備溫度、用量對(duì)生物炭吸附Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的影響 分別稱取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 g的 G350、G450和G550生物炭，加入分別裝有40 mL質(zhì)量濃度100 mg/L的Cr（Ⅲ）或Cr（Ⅵ）溶液的離心管中，用0.1 mol/L HCl和NaOH調(diào)節(jié)溶液pH=7.0，密封并充分搖勻后靜置，每組3個(gè)平行，設(shè)空白對(duì)照，在25 ℃下靜置7 d后取樣測(cè)定溶液中總鉻的濃度。

1.2.3 動(dòng)力學(xué)與等溫吸附試驗(yàn)（1）動(dòng)力學(xué)吸附。取1.2.2結(jié)果確定的對(duì)Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）吸附效果最佳的生物炭用量和相對(duì)應(yīng)的最適濃度鉻溶液，置于50 mL離心管中，每個(gè)處理3次重復(fù)，設(shè)空白對(duì)照。密封并充分搖勻后靜置7 d，每天取樣測(cè)定溶液的鉻濃度。采用下式擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合：

式中，qt為t時(shí)刻的吸附量（mg/g），t為時(shí)間（h），k1為擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)（h-1），k2為擬二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)〔mg/（g·h）〕。

（2）等溫吸附。取1.2.2結(jié)果確定的最佳生物炭用量置于50 mL離心管中，再加入40 mL質(zhì)量濃度分別為25、50、75、100、125、150、175、200 mg/L的Cr（Ⅲ）或Cr（Ⅵ）溶液，每個(gè)處理3次重復(fù)，另設(shè)空白對(duì)照。測(cè)定溶液中鉻的濃度，分別用Langmuir和Freundlich模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合：

式中，qe為平衡時(shí)吸附量（mg/g），qm為生物炭的最大吸附量（mg/g），b為L(zhǎng)angmuir常數(shù)，其中qm與b和結(jié)合位點(diǎn)的親和力有關(guān)；Ce為平衡時(shí)溶液中Cr的質(zhì)量濃度（mg/L），K為Freundlich常數(shù)，1/n為吸附指數(shù)。

1.2.4 Cr初始質(zhì)量濃度對(duì)生物炭吸附Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的影響 以制備溫度和用量對(duì)生物炭吸附不同價(jià)態(tài)鉻的結(jié)果為基礎(chǔ)，探究Cr初始質(zhì)量濃度對(duì)生物炭吸附Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的影響。稱取相應(yīng)的生物炭加入裝有40 mL質(zhì)量濃度分別為25、50、75、100、125、150、175、200 mg/L的Cr（Ⅲ）或Cr（Ⅵ）溶液的離心管中，調(diào)節(jié)溶液pH至中性，密封并充分搖勻后靜置，每個(gè)處理3次重復(fù)，設(shè)空白對(duì)照。在25 ℃的條件下放置7 d，每天充分搖勻1次，7 d后取樣測(cè)定溶液中的鉻濃度。

1.3 分析方法與數(shù)據(jù)處理

Cr（Ⅵ）濃度采用二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定［14］，總鉻濃度用ICP-MS（型號(hào)：7500cx，安捷倫）測(cè)定。Cr（Ⅲ）濃度由總鉻濃度與Cr（Ⅵ）濃度相減得出。計(jì)算樣品Cr（Ⅲ）、Cr（Ⅵ）的去除率和吸附量：

式中，η為去除率（%），C0為吸附前溶液中Cr的質(zhì)量濃度（mg/L），Cx為測(cè)定時(shí)水中Cr（Ⅲ）或Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度（mg/L），qx為單位質(zhì)量生物炭對(duì)Cr的吸附量（mg/g），m為反應(yīng)體系中加入的生物炭質(zhì)量（g），V為溶液體積（L）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016與SPSS 21.0進(jìn)行處理，使用Origin 2018繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭表征掃描電鏡（SEM）分析

未碳化甘蔗渣及G350、G450、G550生物炭的掃描電鏡圖如圖1所示。對(duì)比未碳化甘蔗渣和不同溫度下碳化的甘蔗渣生物炭SEM圖像發(fā)現(xiàn)，碳化前的甘蔗渣表面光滑，而碳化后的甘蔗渣生物炭表面較為粗糙，且有許多排列整齊的孔隙，整體呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，表明高溫對(duì)甘蔗渣有一定的造孔作用，孔隙的增大提高了比表面積，為重金屬的吸附提供更多的位點(diǎn)。生物炭中的孔狀結(jié)構(gòu)是生物質(zhì)在高溫?zé)峤鈺r(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)殘余物，隨著熱解溫度由350 ℃增加到550 ℃，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，原先較小的孔隙逐漸增大、膨脹，有較多新孔生成，且表面的粗糙程度加劇，發(fā)育出許多微孔結(jié)構(gòu)，比表面積增大。

圖1 未碳化甘蔗渣和碳化后甘蔗渣的SEM圖Fig.1 Scanning electron microscope（SEM）of non-carbonated bagasse and carbonated bagasse

2.2 生物炭制備溫度對(duì)Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）吸附效果的影響

不同碳化溫度（350、450、550 ℃）制備的甘蔗渣生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）、Cr（Ⅵ）的吸附效果（圖2）顯示，3種生物炭對(duì)Cr的去除率隨用量的增加均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且增速先快后慢。對(duì)濃度為100 mg/L的Cr（Ⅲ）溶液，G350、G450、G550的最大去除率分別為61.78%、85.48%、98.29%，最大吸附量分別為1.918、4.877、9.158 mg/g，其中G450生物炭加入量達(dá)到20 g/L時(shí)去除率達(dá)到88.49%，G550生物炭加入量達(dá)到10 g/L時(shí)去除率達(dá)到91.58%，兩者均出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后隨著生物炭加入量的增加去除率增加不明顯。對(duì)100 mg/L的Cr（Ⅵ）溶液，G350、G450、G550的最大去除率分別為96.85%、95.64%、64.31%，最大吸附量分別為5.703、4.904、4.390 mg/g。與Cr（Ⅲ）吸附效果相似，G350、G450對(duì)Cr（Ⅵ）去除率隨加入量增加呈現(xiàn)出拐點(diǎn)，而G550對(duì)Cr（Ⅵ）吸附效果較差，未出現(xiàn)拐點(diǎn)。

圖2 不同制備溫度甘蔗渣生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）、Cr（Ⅵ）的去除效果Fig.2 Removal effects of bagasse biochar prepared at different temperatures on Cr（III）and Cr（VI）

對(duì)比不同溫度碳化的生物炭分別對(duì)Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的吸附效果可知，生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）吸附效果為G350＜G450＜G550，對(duì)Cr（Ⅵ）吸附效果為G350＞G450＞G550，這表明甘蔗渣生物炭制備溫度越高對(duì)Cr（Ⅲ）的吸附效果越好，反之，較低溫度制備甘蔗渣生物炭對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附效果更好。水體中的Cr（Ⅲ）常以Cr3+、等陽(yáng)離子形式存在，而Cr（Ⅵ）則以等陰離子形式存在。生物炭表面的含氧官能團(tuán)［15］（主要是羧基和羥基）能與氫離子發(fā)生質(zhì)子化作用，形成帶有正電荷的官能團(tuán)，G350生物炭表面官能團(tuán)質(zhì)子化后形成大量的，從而吸附帶負(fù)電的，因而對(duì)水體中Cr（Ⅵ）具有更強(qiáng)的吸附能力。含氧官能團(tuán)會(huì)隨著生物炭的制備溫度升高而裂解，同時(shí)芳香化程度增加［16］，因而對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附能力逐漸減弱，對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附力表現(xiàn)為G350＞G450＞G550；相反，熱解溫度越高則生物炭的陽(yáng)離子交換量（CEC）增加［17］，對(duì)Cr（Ⅲ）吸附力赿強(qiáng)，因此G550甘蔗渣生物炭的陽(yáng)離子交換量最大，對(duì)Cr（Ⅲ）的吸附力表現(xiàn)為G350＜G450＜G550。

2.3 生物炭用量對(duì)Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）吸附效果的影響

在吸附溫度25 ℃、Cr質(zhì)量濃度100 mg/L、吸附時(shí)間7 d的條件下，鉻去除率與生物炭吸附量隨生物炭用量的變化如圖3與圖4所示，隨著生物炭用量的增大，去除率增加，而吸附量降低，主要原因是當(dāng)溶液中Cr（Ⅲ）或Cr（Ⅵ）的濃度保持不變時(shí)，加入的生物炭越多，單位質(zhì)量的生物炭能夠吸附鉻的量就越少，生物炭沒有達(dá)到飽和吸附，不能起到高效利用的效果。由圖3可知，當(dāng)G350生物炭用量為5 g/L時(shí)，單位質(zhì)量生物炭吸附量最大，達(dá)到5.703 mg/g，但此時(shí)溶液中Cr（Ⅵ）的去除率低于30%；當(dāng)生物炭用量繼續(xù)增大達(dá)到15 g/L左右時(shí)，Cr（Ⅵ）去除率和生物炭吸附量均處于較高水平，此時(shí)生物炭利用效率最高。由圖4可知，當(dāng)Cr（Ⅲ）溶液濃度為100 mg/L 時(shí)，G550生物炭用量為10 g/L最經(jīng)濟(jì)高效。

圖3 G350生物炭吸附量與Cr（Ⅵ）去除率的關(guān)系Fig.3 Relationship between adsorption capacity of G350 biochar and Cr（Ⅵ）removal rate

圖4 G550生物炭吸附量與Cr（Ⅲ）去除率的關(guān)系Fig.4 Relationship between adsorption amount of G550 biochar and Cr（Ⅲ）removal rate

2.4 鉻初始質(zhì)量濃度對(duì)Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）吸附效果的影響

Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的去除率隨溶液初始質(zhì)量濃度的變化如圖5所示，均隨著初始溶液質(zhì)量濃度的增大而減小，當(dāng)Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度為50 mg/L、生物炭用量為15 g/L時(shí)去除效果最好，去除率可達(dá)92.39%，隨著濃度的增大去除率開始迅 速降低；同樣，當(dāng)Cr（Ⅲ）質(zhì)量濃度為75 mg/L、生物炭用量為10 g/L時(shí)吸附效果最好，去除率達(dá)97.06%。

圖5 鉻初始質(zhì)量濃度與Cr元素去除率的關(guān)系Fig.5 Relationship between initial concentration of Cr and Cr element removal rate

用Langmuir與Freundlich模型對(duì)G550吸附Cr（Ⅲ）和G350吸附Cr（Ⅵ）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果（表1）表明，R2（G350）=0.9541，R2（G550）=0.9920，兩種生物炭吸附行為均符合Langmuir等溫吸附模型。Langmuir等溫吸附模型基于吸附劑表面均勻的假設(shè)，認(rèn)為所有的吸附位點(diǎn)具有相同的能量。當(dāng)生物炭表面吸收的Cr形成飽和層時(shí)，Cr離子形成最大單層吸附，即Cr離子在G350與G550生物炭上呈單分子層分布，且當(dāng)生物炭達(dá)到吸附飽和后，被吸附的Cr離子間作用力可忽略不計(jì)。由Langmuir等溫吸附模型可得出G350與G550的最大理論吸附量分別為5.939、8.381 mg/g。G350與G550生物炭在對(duì)Cr元素吸附的過程中，生物炭吸附量與溶液Cr平衡濃度之間存在著一定關(guān)系，吸附量均隨著Cr平衡濃度的增大而增大，而兩種生物炭的吸附效率隨著Cr平衡濃度的增大而減小。

表1 G350與G550生物炭等溫吸附模型參數(shù)Table 1 Isothermal adsorption model parameters of G350 and G550 biochar

2.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）吸附效果的影響

吸附時(shí)間對(duì)Cr去除率的影響結(jié)果（圖6）表明，在一定時(shí)間范圍內(nèi)（7 d），隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種價(jià)態(tài)Cr的去除率與生物炭的吸附量均呈增加趨勢(shì)，但增加速率逐漸變緩，其原因可能是開始時(shí)生物炭的吸附位點(diǎn)多，有很大的空間吸附Cr元素，吸附速率快，隨著吸附位點(diǎn)減少，吸附速率逐漸變緩。

圖6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Cr元素去除率的影響Fig.6 Effect of reaction time on Cr element removal rate

用擬一級(jí)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，擬合結(jié)果（表2）顯示，G350吸附Cr（Ⅵ）的行為符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，擬合系數(shù)R2=0.9941，表明G350吸附Cr（Ⅵ）行為以物理吸附為主，其理論吸附量qe=3.195 mg/g與試驗(yàn)結(jié)果（qt7=2.823 mg/g）相差較小。而G550吸附Cr（Ⅲ）擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型比擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型（R2=0.7856）擬合更好，擬合系數(shù)R2=0.9997，表明G550對(duì)Cr（Ⅲ）吸附行為以化學(xué)吸附為主，理論吸附值為qe=7.5075 mg/g。

表2 G350與G550生物炭動(dòng)力學(xué)吸附模型擬合數(shù)據(jù)Table 2 Fitting data of G350 and G550 biochar kinetic adsorption models

3 討論

生物炭吸附去除重金屬的主要機(jī)理是靜電作用和離子交換作用，而這兩種機(jī)理在產(chǎn)生作用的過程中很大程度上受到吸附材料表面電荷的影響。從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，不同制備溫度產(chǎn)生的甘蔗渣生物炭對(duì)不同價(jià)態(tài)鉻離子的吸附作用存在很大差異，這是由于熱解溫度影響了生物炭的理化性質(zhì)。賴長(zhǎng)鴻等［18］發(fā)現(xiàn)熱解溫度對(duì)皇竹草生物炭的理化性質(zhì)有顯著影響，隨著熱解溫度的升高，生物炭產(chǎn)率減少，灰分、pH增加。Chen等［19］認(rèn)為，生物炭性質(zhì)的差異來(lái)源于材料和熱解溫度的不同，熱解溫度越高，生物炭產(chǎn)量越低，微觀結(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá)，當(dāng)熱解溫度升高時(shí)，生物炭表面官能團(tuán)的損失增大。這與本試驗(yàn)SEM分析結(jié)果一致，甘蔗渣有機(jī)物質(zhì)隨溫度的升高逐漸分解，留下很多細(xì)小的孔隙。值得注意的是，并非熱解溫度越高，生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積就越優(yōu)于低溫制備的生物炭，溫度過高會(huì)破壞生物炭的結(jié)構(gòu)［20］。本試驗(yàn)中，550 ℃制備的生物炭孔隙結(jié)構(gòu)比350℃制備的生物炭發(fā)達(dá)，而表面官能團(tuán)數(shù)量卻減少，對(duì)重金屬離子的吸附作用主要是物理吸附。吳黛靈等［21］采用玉米皮渣生物炭修復(fù)含Cr（Ⅵ）廢水，通過Dubinin-Raduskevich（D-R）模型發(fā)現(xiàn)吸附過程中以物理吸附為主。本試驗(yàn)中350 ℃制備的甘蔗渣生物炭雖然孔隙結(jié)構(gòu)沒有550 ℃的發(fā)達(dá)，但表面官能團(tuán)數(shù)量多，與金屬離子之間產(chǎn)生的靜電作用比G550生物炭強(qiáng)。大量研究表明［22-24］，生物炭表面官能團(tuán)隨熱解溫度的升高不斷減少。隨著碳化溫度升高，生物炭的C含量增大，芳香性增強(qiáng)，O和H含量減小，極性和親水性減弱［25］。同時(shí)，酸性官能團(tuán)數(shù)量也隨生物炭熱解溫度的升高逐漸減少，而堿性官能團(tuán)數(shù)量增加［26］，羧基已被證實(shí)是吸附Cr（Ⅵ）最重要的官能團(tuán)之一［15］，這是低溫制備的生物炭對(duì)Cr（Ⅵ）吸附效果好的主要原因。另外，生物炭表面的羥基和羧基易與溶液中的H+發(fā)生質(zhì)子化效應(yīng)，形成帶有正電荷的官能團(tuán)，與溶液中的金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生靜電排斥，從而對(duì)Cr（Ⅵ）溶液中等陰離子具有更強(qiáng)的吸附力。本試驗(yàn)中，G350生物炭對(duì)Cr（Ⅵ）具有較好的吸附效果，正是因?yàn)镚350生物炭表面的官能團(tuán)數(shù)量較更高溫度制備的生物炭多，因此帶正電荷的等官能團(tuán)數(shù)量多，對(duì)Cr（Ⅵ）的靜電吸引作用更強(qiáng)。而Cr（Ⅲ）在溶液中以陽(yáng)離子形式存在，當(dāng)溶液中帶正電荷的等官能團(tuán)數(shù)量減少時(shí)，靜電排斥的作用相對(duì)減弱，因此高溫條件下制備的G550生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）的吸附效果更好。

4 結(jié)論

高溫碳化對(duì)于甘蔗渣具有一定的造孔作用，能使生物炭表面形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，增大比表面積，有利于增加吸附反應(yīng)位點(diǎn)。不同溫度下制備的甘蔗渣生物炭對(duì)不同價(jià)態(tài)的Cr離子吸附具有選擇性，其中350 ℃制備的生物炭對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附效率最高、對(duì)Cr（Ⅵ）最大吸附量為5.703 mg/g，而550 ℃制備的生物炭對(duì)Cr（Ⅲ）的吸附效率最高、對(duì)Cr（Ⅲ）最大吸附量為9.158 mg/g，且甘蔗渣生物炭吸附Cr離子的行為符合Langmuir等溫吸附模型。甘蔗渣生物炭對(duì)Cr（Ⅵ）吸附行為符合擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，以物理吸附為主；對(duì)Cr（Ⅲ）吸附行為符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，以化學(xué)吸附為主。