厨房残余物制备生物炭及其对考马斯亮兰的吸附研究＊

2021-07-02龙克诚左思杰刘泽煜

甘肃科技 2021年8期

龙克诚，左思杰，刘泽煜

（六盘水师范学院化学与材料工程学院贵州六盘水 553000）

我国厨房湿垃圾弃物产量巨大，有效利用率低，且腐烂厨余物不仅气味难闻，长期堆放后，渗滤液会随径流污染地下水，急需进一步有效加工利用[1-2]。生物炭（biochar）是动植物残体经过缺氧热解制备的一类含碳物质，具有较高的阳离子交换量、孔隙发达、比表面积大、表面含有多种官能团等特点，在环境治理中发挥了重要的作用[3-5]。生物炭的制备主要以落叶、秸秆、动物粪便等农林废弃物及低价褐煤为原材料。因此，如果以厨余物作为原料，制备生物炭，不仅可以对废弃物进行利用，还能改善环境[6-7]。

因此，本文采用厨房残余物（枯白菜）作为原料，通过高温绝氧制备生物炭，并对其进行改性，最后应用于有机污染物考马斯亮兰吸附。为厨余物的有效利用提供一种新的思路。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验用枯菜叶收集于六盘水当地农贸市场。经太阳晒干，自然揉碎后备用。

1.2 生物炭的制备

取5g 枯菜叶放入马弗炉，在氮气气氛下，以15℃/min 的速率从室温升温至300℃，保温2h，制得生物炭。

1.3 生物炭的改性

采用硝酸对生物炭进行改性，取不同浓度（0.5mol/L、1.5mol/L、2mol/L）硝酸10mL，置于50mL离心管中，加入0.5g 生物炭，在不同转速（rPm、90 rPm、200rPm）下，改性24h、48h 或72h。

1.4 模拟有机废水的配制

采用考马斯亮兰模拟工业有机废水，称取一定量考马斯亮兰，配制成浓度为0.002mol/L 溶液。

1.5 生物炭对有机废水的吸附

准确分别称取改性前后生物炭0.100g，置于50mL 离心管中，加入50 mL 考马斯亮兰溶液，静置24 h、48h、72h 后，测量考马斯亮兰溶液吸光度。吸光度的测定采用北京普析通用仪器有限公司生产的T6 新世纪型紫外可见光分析仪，测定波长为548nm。通过对比吸附前后吸光度的变化计算生物炭对有机废水的吸附率。其计算公式为：

其中，A1和A2分别为吸附前后考马斯亮兰溶液在548nm 处的吸光度。

2 实验结果与分析

2.1 枯白菜基生物炭

枯白菜经高温绝氧制备的生物炭如图1 所示。由图可知，枯白菜叶高温绝氧制备得到的生物炭具有发达的空隙。

图1 制备的枯白菜基生物炭

2.2 未改性生物炭对考马斯亮兰溶液的吸附

对用枯菜叶制备获得的生物炭直接对考马斯亮兰溶液进行吸附，吸附时间为48h，通过测定吸附前后考马斯亮兰含量的变化。结果发现，吸附率为48.0%。可见，效果不太理想，需要对生物炭进行改性。

2.3 改性条件对生物炭吸附的影响

对制备的生物炭进行改性，硝酸浓度分别为0.5mol/L，1.5mol/L，和2mol/L，转速分别取0rpm，90rpm和200rpm，时长分别为24h，48h 和72h，获得改性生物炭。然后用改性生物炭对考马斯亮兰进行吸附研究，吸附时间分别为24h，48h 和72h。最后对吸附后的考马斯亮兰溶液进行测定，计算吸附率。

不同硝酸浓度对改性生物炭的吸附的影响如图2-4 所示。图2 是静置改性，由图2 可知，随着硝酸浓度的增加，改性生物炭对考马斯亮兰的吸附率逐渐上升，最高可达91.4%。改性24h 硝酸的生物炭优于48h 和72h 的，这可能是由于改性时间增强，生物炭表面被硝酸氧化，导致吸附能力降低。

图2 静置时进行改性和吸附的吸附率变化

图3 是转速为90rpm 时，不同硝酸浓度对改性生物炭吸附能力的影响。由图3 可知，当改性时间为24h 时，随着硝酸浓度的增加，改性生物炭的吸附能力增加，当硝酸浓度为2mol/L 时，改性生物炭对考马斯亮兰的吸附率达95.7%。改性时间为48h时，随着硝酸浓度的增加，改性生物炭的吸附率先增加后减少。当改性时间增加到72h 时，改性生物炭的吸附率随着硝酸浓度的增加而减小，最低为15.7%。可见，长时间深度氧化不利于生物炭的吸附。

图3 转速为90rpm 时进行改性和吸附的吸附率变化

图4 是转速为200rpm 时，不同硝酸浓度对改性生物炭吸附能力的影响。高转速条件下改性，改性生物炭的特性与低速和静置条件下完全相反。随着硝酸浓度的增加，改性生物炭的吸附率随之降低。这是由于高转速增加了反应条件，提高了反应速率。当硝酸浓度为0.5mol/L 时，随着改性时间增加，生物炭对考马斯亮兰的吸附率由73.6%增加到91.4%。因此，高转速下适合低浓度硝酸改性。