不同构型富氮生物炭对Pb (II)和Cr (VI)的作用机制

为了明确不同构型富氮生物炭对重金属的作用机理，本研究以玉米秸秆为生物质，通过尿素改性结合高温热解制备了3种不同氮构型的富氮生物炭（以吡咯氮为主的Pr-NBC、吡啶氮为主的Pd-NBC和石墨氮为主的Gp-NBC），考察其对典型重金属的作用行为.吸附动力学和吸附等温线等实验结果显示：富氮生物炭对Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的吸附均以化学吸附为主，且存在明显的差异；对Pb（Ⅱ）的吸附容量与溶液离子强度成正比，吸附可能以形成内层络合物为主，对Cr（Ⅵ）的作用则包含吸附和还原两个过程；对两种重金属的吸附容量受pH影响较大，静电吸引作用可能是主要驱动力.吸附前后的材料表征显示：富氮生物炭主要通过静电吸引作用、阳离子交换、沉淀作用和阳离子-π键作用吸附Pb（Ⅱ），通过静电吸引作用吸附Cr（Ⅵ），同时能将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）.不同构型氮与重金属作用机理存在差异，其中，石墨氮主要通过与Pb（Ⅱ）形成阳离子-π键作用促进吸附，吡咯氮和吡啶氮具有还原性，可将Cr（Ⅵ）转化为Cr（Ⅲ），实现减毒.因此，在考察自然环境中富氮生物炭对重金属的作用机制时，应当充分考虑氮构型的影响.