莲花生物炭的表面结构分析和甲去除机制:实验和理论视角
Wenchao Ji1, Manping Zhang1, Xingjun Fan1
1College of Resource and Environment, Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100, China.
Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids
|July 27, 2023
概括
莲花生物炭,特别是当在700°C碳化时,通过化学吸附有效地去除甲 (HCHO). 这项研究突出了用于空气净化应用的生物炭中碳基组和无机晶体的作用.
科学领域:
- 环境科学 环境科学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 化学 化学 化学
背景情况:
- 甲 (HCHO) 是一种常见的室内空气污染物,对健康有重大影响.
- 从生物质中提取的生物炭提供了一个可持续且具有成本效益的吸附剂,用于空气污染物.
- 了解生物炭的吸附机制对于优化其环境应用至关重要.
研究的目的:
- 研究莲花在不同温度 (500,700和900°C) 上碳化的生物炭对气体甲的吸附.
- 阐明内部晶体结构和表面功能组在甲吸附中的作用.
- 用实验和计算方法探索吸附动力学,异热和机制.
主要方法:
- 在莲花生物炭上实验吸附甲的研究.
- 生物炭性质的表征,包括晶体结构和表面功能组.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以建模吸附能量和机制.
- 动力和同热分析 (伪二次,兰木尔).
主要成果:
- 在700°C碳化的莲花生物炭在10.50±0.30 mg/m3的度下表现出最高的甲去除率 (87.64%) .
- 吸附跟随伪二阶动力学和兰格穆尔等温,表明化学,单分子层吸附.
- DFT的计算证实了甲在CaCO3和KCl表面上的化学吸附,能量范围从-64.375到-87.554 kJ/mol.
- 生物炭表面的碳素基被确定为负责甲吸附的主要功能基.
结论:
- 莲花生物炭,特别是在700°C时,是甲的高效吸附剂.
- 吸附机制主要是化学的,由无机成分和碳基团促进的电子转移驱动.
- 这项研究提高了对生物炭的环境修复能力的理解,并指导了基于生物炭的先进空气净化材料的开发.
