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城市環境所在生物炭的應用研究中取得新進展

2019-10-12 城市環境研究所
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  生物炭是指由生物質在完全或部分缺氧狀態下低溫(<700℃)熱解生成的一類富含碳、高度芳香化的固態物質。生物炭因其制備原料來源廣泛、比表面積大、孔隙發達等特點在水污染控制和土壤污染修復等領域具有良好的應用前景。目前生物炭在實際應用中主要存在以下問題:1. 生物炭粉末無法從水或土壤中快速有效分離,使用后的生物炭粉末易造成二次污染;2.高溫熱解制備過程會導致生物炭表面含氧官能團的分解,因而其對重金屬的吸附去除性能有限。如何實現生物炭與水體的快速分離以及提高生物炭的吸附性能是生物炭材料大規模應用的重大挑戰。

  基于此,中國科學院城市環境研究所納米環境功能材料研究組(付明來研究組)MnO2改性稻殼炭為基礎,聚丙烯酰胺凝膠的三維網絡結構為負載媒介,實現了生物炭的凝膠化成型,同時利用表面活性劑發泡在凝膠內部制造豐富孔隙,最終成功構建了改性生物質炭負載的三維多孔宏觀材料(MBCG)。該合成方法簡單快捷,價格低廉,且易于放大生產。實驗結果表明,制得的材料具有豐富的吸附位點和內部孔隙結構,呈現出良好的重金屬吸附性能,其對Cd(II)Pb(II)Langmuir最大理論吸附量可達到84.870.9 mg·g-1,吸附性能甚至高于改性后的生物炭粉末。生物炭的引入使凝膠結構的熱穩定性能和力學性能均得到顯著提升。此外,宏觀材料MBCG有效解決了生物炭粉末難以回收循環的問題,并具有良好的結構穩定性。在五次吸附解析循環實驗后,其對Cd(II)Pb(II)的吸附量仍能保持在92.1%80.5%。該材料的成功開發將推動生物炭材料在重金屬污染水體和土壤中的實際應用。

  上述成果以A facile foaming-polymerization strategy to prepare 3D MnO2 modified biochar-based porous hydrogels for efficient removal of Cd(II) and Pb(II) 為題發表于環境科學期刊Chemosphere上,相關專利也在受理中(公開號201910268850.2)。該研究得到國家自然科學基金、廈門市科技項目和中日合作項目的支持。

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生物炭凝膠化成型技術及吸附重金屬的示意圖

打印 責任編輯:葉瑞優

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