硫功能化的粉生物炭用于增强吸附和环境修复:一个多学科的方法和密度功能理论的见解
M M M Ahmed1, Chih-Hao Liao1, S Venkatesan2
1Department of Soil and Environmental Sciences, National Chung Hsing University, 145 Xingda Rd., Taichung, 40227, Taiwan; Innovation and Development Center of Sustainable Agriculture, National Chung Hsing University, 145 Xingda Rd., Taichung, 40227, Taiwan.
Journal of environmental management
|December 13, 2024
概括
修改了硫的粉生物炭显著增强了吸附,增加了多达9倍的容量,并缩短了平衡时间. 这种环保材料为从水中去除重金属提供了一个可持续的解决方案.
科学领域:
- 环境化学环境化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 吸附科学 吸附科学
背景情况:
- 纯粹的生物炭具有有限的重金属吸附能力,原因是孔隙结构和表面功能差.
- 从水性环境中有效地去除 (Cd) 等重金属对于环境保护和公共卫生至关重要.
研究的目的:
- 开发一种硫功能化的粉生物炭,以增强吸附.
- 研究不同硫化方法对生物炭特性和Cd吸附性能的影响.
- 阐明影响Cd去除的吸附机制和电子特性.
主要方法:
- 用硫酸 (H2SO4),硫化 (Na2S) 和硫酸 (Na2S2O3) 进行化学修饰,以引入硫的功能组.
- 使用SEM-EDS,FTIR和XPS分析了表面功能和元素组成.
- 进行了批量吸附实验,以评估Cd吸附能力和动力学,得到密度函数理论 (DFT) 计算的支持.
主要成果:
- 生物炭中的硫含量显著增加,Na2S2O3修饰达到13.27%.
- 硫基生物炭具有4.8-9.0倍高的Cd吸附能力 (高达39.38毫克g-1),并大幅减少平衡时间 (5-10分钟).
- DFT的计算证实,硫注射通过调节电子性质和稳定Cd-生物炭复合体来增强Cd吸附.
结论:
- 氧和硫功能化的粉生物炭是一种高效和环保的吸附剂,用于去除.
- 量身定制的表面修改是提高生物炭对特定污染物的亲和力的关键.
- 这种开发的材料为废水处理和环境修复提供了可持续和可扩展的解决方案.
