改性棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭的制備及其對(duì)溶液中Pb2+的吸附性能分析

溫嘉偉，王輝*，張浩，姜軍

（1.河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008）

我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，其中農(nóng)林廢棄物作為一大類(lèi)生物質(zhì)資源因諸多因素制約并未充分利用，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[1]。生物質(zhì)炭（Biochar）是在厭氧或缺氧和相對(duì)低溫的（＜800 ℃）條件下，將生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)熱解炭化后產(chǎn)生的一種高比表面積和孔徑的富炭物質(zhì)[2-3]。生物質(zhì)炭因具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)、大量的含氧官能團(tuán)、巨大的比表面積等優(yōu)異特性而被人們廣泛關(guān)注[4]。但與活性炭相比，生物質(zhì)炭的吸附能力、微孔結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度、比表面積的大小等特性仍有待提升。因此，如何有效提高生物質(zhì)炭的吸附性能是目前研究的主要方向。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)如何通過(guò)改性等方法提高生物質(zhì)炭的吸附性能進(jìn)行了大量探索。Yang 等[5]用HNO3對(duì)生物質(zhì)炭進(jìn)行活化改性，增加其含氧官能團(tuán)，極大提高了對(duì)Cu2+的吸附能力。Regmi 等[6]利用KOH活化改性制備的生物質(zhì)炭更易于吸附水中的重金屬Cd、Cu，且改性后生物質(zhì)炭的吸附能力是未改性生物質(zhì)炭的2.4 倍。通常，生物質(zhì)炭復(fù)合材料的吸附能力遠(yuǎn)高于單一原材料所制備的生物質(zhì)炭[7]。呂雙[8]制備的Fe3O4基納米復(fù)合材料可大幅提高對(duì)Cu2+的吸附性能。Zhou等[9]采用浸漬/燒結(jié)方法制備的二氧化錳鐵-生物質(zhì)炭復(fù)合材料（FMBC），對(duì)Cu2+和Cd2+的最大吸附容量分別比原始生物質(zhì)炭提高了3倍和5倍。納米二氧化硅比表面積大且擁有豐富的羥基官能團(tuán)，經(jīng)表面修飾后可以吸附多種有害物質(zhì)[10]。Brown 等[11]制備的巰基修飾二氧化硅納米材料可以吸附Hg2+，肖文香[12]制備的巰基修飾的二氧化硅材料對(duì)Pb2+具有較好的吸附效果。這些研究均采用物理化學(xué)方法改性或?qū)ζ湄?fù)載制備復(fù)合吸附材料，但將兩種方法相結(jié)合的研究目前仍鮮有報(bào)道。本研究通過(guò)將相同的棕櫚樹(shù)纖維在不同溫度條件下制備生物質(zhì)炭，以產(chǎn)出生物質(zhì)炭的碘吸附值為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比選擇最優(yōu)材料對(duì)其進(jìn)行活化改性及納米二氧化硅負(fù)載改性以提高生物質(zhì)炭的吸附性能。研究改性前后生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)，并通過(guò)等溫吸附和動(dòng)力學(xué)吸附試驗(yàn)，分析改性生物質(zhì)炭在含重金屬溶液中的吸附機(jī)理和吸附容量，以期為今后的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 原材料采集和生物質(zhì)炭的制備

本試驗(yàn)生物質(zhì)炭制備原材料為2019 年4 月于河南科技大學(xué)校園內(nèi)采集的棕櫚樹(shù)纖維，將原材料清洗干凈、烘干，經(jīng)機(jī)器研磨后得到原材料粉末，將粉末放入陶瓷坩堝中，加蓋并用錫箔紙密封包嚴(yán)，經(jīng)抽真空程序后在控溫馬弗爐中炭化。以10 ℃·min-1的升溫速率升溫至200 ℃，保溫1 h 后，保持原有升溫速率升溫至指定溫度（300、350、400、450、500、550、600 ℃），炭化1.5 h[13]，當(dāng)溫度降至室溫后取出。采用HCl溶液浸泡處理去除灰分，經(jīng)蒸餾水沖洗、過(guò)濾后于電熱恒溫干燥箱中100 ℃干燥2 h，待冷卻即制得棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭（Plam-Biochar），用聚氯乙烯塑料袋密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 生物質(zhì)炭KOH活化及正交優(yōu)化

通過(guò)測(cè)定不同溫度下所制備出生物質(zhì)炭的碘吸附值，選取碘吸附值最大的棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭進(jìn)行KOH 活化及正交優(yōu)化。選取KOH 作為活化劑，將炭堿比、活化溫度和活化時(shí)間作為3因素，進(jìn)行L9（33）正交表試驗(yàn)，對(duì)制備的生物質(zhì)炭進(jìn)行優(yōu)化，將未活化棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭標(biāo)記為NPB、經(jīng)KOH 活化后的棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭標(biāo)記為PB。

1.3 生物質(zhì)炭-納米二氧化硅負(fù)載改性

對(duì)PB 表面進(jìn)行負(fù)載改性[14-15]。用無(wú)水乙醇配制質(zhì)量濃度為2%的納米二氧化硅溶液，加入PB并在氣浴恒溫振蕩器中室溫條件下振蕩4 h，經(jīng)抽濾、洗滌、烘干后，采用HCl 溶液活化12 h 再次抽濾、洗滌、烘干[16]。硅烷偶聯(lián)劑負(fù)載改性的理如圖1 所示，將硅烷偶聯(lián)劑（γ-巰丙基三甲氧基硅烷）置于容量瓶中，加入無(wú)水乙醇定容。將活化后的原材料加入改性劑溶液，放入恒溫振蕩器中振蕩。之后經(jīng)過(guò)濾、沖洗、抽濾、洗滌、烘干得到負(fù)載納米二氧化硅的棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭，裝入聚氯乙烯塑料袋中密封保存，記為PBS。

1.4 生物質(zhì)炭樣品的性質(zhì)與表征

通過(guò)傅里葉紅外光譜儀（Nicolet 5700 Spectrometer），在波譜 400～4 000 cm-1范圍內(nèi)掃描，并輔以 X 射線能譜（SystemSIX 型）分析，以驗(yàn)證改性前后生物質(zhì)炭的表面基團(tuán)及元素變化情況；采用X 射線衍射儀（Bruker D8 Advance）檢測(cè)樣品的晶體結(jié)構(gòu)；通過(guò)掃描電鏡（JSM-5610LV 型）觀察改性前后樣品形狀和表面特征的變化；采用比表面積與孔隙率測(cè)定儀（ASAP 2020 V4.03型）測(cè)定改性前后生物質(zhì)炭的比表面積與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。

1.5 吸附試驗(yàn)

默認(rèn)試驗(yàn)條件：采用Pb（NO3）2配制不同濃度的Pb2+溶液；配制 0.01 mol·L-1的 NaNO3為背景溶液；配制 0.1 mol·L-1的 HNO3溶液和 NaOH 溶液用于調(diào)節(jié)溶液pH；振蕩時(shí)溫度為25 ℃，振蕩速率為180 r·min-1，振蕩時(shí)間為0.5～12 h，振蕩時(shí)各錐形瓶均采用封口膜封住瓶口，以減少實(shí)際環(huán)境對(duì)溶液pH 產(chǎn)生的影響，Pb2+溶液濃度采用火焰原子吸收分光光度計(jì)（TAS-990AFG）進(jìn)行測(cè)定。

1.5.1 動(dòng)力學(xué)吸附

配制 25 mL 濃度為 400 mg·L-1的 Pb2+溶液，調(diào)節(jié)pH 至4，溫度設(shè)為25 ℃。稱(chēng)取0.100 0 g 生物質(zhì)炭于各錐形瓶中，分別振蕩0.5、1、2、4、8、12 h，過(guò)濾測(cè)定Pb2+溶液濃度。

1.5.2 等溫吸附

分別配制 25 mL Pb2+濃度為 50、100、200、400、500、600、700、800、900、1 000 mg·L-1溶液，調(diào)節(jié)pH 至4.0，溫度為25 ℃。分別稱(chēng)取0.100 0 g 生物質(zhì)炭于錐形瓶中，振蕩12 h，過(guò)濾測(cè)定。

1.5.3 pH對(duì)吸附效果的影響

配制 25 mL 濃度為 400 mg·L-1的 Pb2+溶液，分別將pH 調(diào)節(jié)至2、3、4、5、6，溫度設(shè)為25 ℃。稱(chēng)取0.100 0 g生物質(zhì)炭于錐形瓶中，振蕩12 h，過(guò)濾測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用Origin 8.0制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同溫度制備生物質(zhì)炭碘吸附值分析

對(duì)不同溫度下制備出的NPB 進(jìn)行碘吸附值的分析測(cè)定，結(jié)果如圖2 所示。隨著炭化溫度的增加，NPB 的碘吸附值先增加后降低，在500 ℃時(shí)達(dá)到最大碘吸附值，為807.76 mg·g-1。因此，選取500 ℃條件下制備的NPB作為KOH活化改性探究的原材料。

2.2 棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭KOH活化及正交優(yōu)化

由表1 可知，對(duì)于指標(biāo)碘吸附值因素的主次順序?yàn)樘繅A比（A）＞時(shí)間（C）＞溫度（B），同時(shí)在C2、A3、B2優(yōu)水平條件下制備的碘吸附值最大。因此，KOH活化棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭的最佳工藝條件為：活化溫度700 ℃，反應(yīng)時(shí)間90 min，炭堿比1∶3。在上述3種最佳優(yōu)水平工藝下制備的PB碘吸附值為1 628.55 mg·g-1。

表1 棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭碘吸附正交實(shí)驗(yàn)Table 1 Orthogonal experiment on adsorption of iodine from palm fibre biochar

2.3 生物質(zhì)炭樣品的性質(zhì)與表征性狀

2.3.1 生物質(zhì)炭紅外光譜（FTIR）分析

利用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)NPB、PB、PBS 3種生物質(zhì)炭進(jìn)行測(cè)定。分析3種樣品的表面官能團(tuán)種類(lèi)，并輔以X 射線能譜（EDS）分析進(jìn)行比較。由圖3 可知，在 2 924、1 430 cm-1處有 C—H 伸縮振動(dòng)[17-18]；在3 400 cm-1附近有—OH 與—NH 的伸縮振動(dòng)形成的多重吸收峰[19-20]。PBS 在 480、1 100.8 cm-1附近發(fā)現(xiàn) Si—O—Si、Si—O—C 伸縮峰[21]。在 2 557.1 cm-1附近有S—H伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明硅烷偶聯(lián)劑中—SH成功嫁接到了生物質(zhì)炭結(jié)構(gòu)上，這與EDS 分析結(jié)果中O、Si和S元素種類(lèi)增加一致。

2.3.2 X射線衍射（XRD）檢測(cè)分析

分別對(duì)NPB、PB、PBS 及負(fù)載改性時(shí)所用納米二氧化硅進(jìn)行了XRD 檢測(cè)分析。根據(jù)圖4 可知，NPB呈現(xiàn)無(wú)定型結(jié)構(gòu)，在2θ=23°附近出現(xiàn)了明顯的饅頭峰，2θ=43°附近出現(xiàn)并不顯著的饅頭鋒，分別對(duì)應(yīng)石墨結(jié)構(gòu)的（002）和（100）晶面，這表明NBP 具有一定的石墨化結(jié)構(gòu)；在KOH 高溫活化下生物質(zhì)炭結(jié)構(gòu)遭到強(qiáng)堿侵蝕形成PB，石墨化結(jié)構(gòu)被部分破壞；SiO2原材料在2θ=21°附近出現(xiàn)了明顯的饅頭鋒，但并未出現(xiàn)晶質(zhì)物體的尖銳衍射峰，且其他位置無(wú)明顯特征衍射峰，這說(shuō)明負(fù)載的SiO2為無(wú)定形結(jié)構(gòu)材料，將其負(fù)載至PB 后形成PBS，同樣出現(xiàn)了以2θ=21°為中心的但峰強(qiáng)度弱于SiO2的饅頭峰，結(jié)合掃描電鏡（SEM）及FTIR 分析中Si—O—Si 的出現(xiàn)可知納米二氧化硅已成功負(fù)載到棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭中。

2.3.3 SEM與EDS分析

由圖5a 可知，NPB 表面較為光滑，呈現(xiàn)蜂窩狀骨架結(jié)構(gòu)[22]，蜂窩狀結(jié)構(gòu)中存在大量的微孔區(qū)，同時(shí)表面存有顆粒狀物質(zhì)緊密排列，NPB存在較明顯的孔隙結(jié)構(gòu)。經(jīng)KOH 活化后（圖5b），PB 表面存在不同程度的刻蝕，變稍粗糙，原有顆粒狀物質(zhì)大部分被去除，材料更細(xì)碎，蜂窩狀結(jié)構(gòu)中存在大量微孔且更粗糙，因此具有巨大的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，并為生物質(zhì)炭負(fù)載納米二氧化硅提供了場(chǎng)所。圖5c 中有簇狀小顆粒物附著在PBS孔隙及表面，此時(shí)生物質(zhì)炭表面粗糙不平，且外表面出現(xiàn)了一些細(xì)小顆粒。

結(jié)合表 2 中 EDS 分析可知：NPB 中 C、O、Si 是主要構(gòu)成元素，其含量分別為34.63%、48.56%、16.81%。經(jīng) KOH 活化為 PB 后，C 元素含量升高為78.11%；O、Si 元素含量下降為18.86%、1.20%，由此可知經(jīng)KOH 活化后去除的原有顆粒狀物質(zhì)為SiO2；KOH改性滯留的K元素含量為1.11%，另外有Cl和Al元素檢出，但檢出含量相對(duì)較低。PBS 元素組成種類(lèi)較PB 及NPB 增加，γ-巰丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑SH（CH2）3Si（OCH3）3中巰基（—SH）對(duì)重金屬離子具有極強(qiáng)親合力，將巰基接枝到納米二氧化硅表面，從而進(jìn)一步增強(qiáng)PBS 對(duì)重金屬的吸附能力。因此，PBS中S 元素的含量增加為6.97%。而O、Si 元素含量增加至30.31%、16.23%，結(jié)合圖5c中表面增加的簇狀小顆粒狀物質(zhì)及FTIR 中發(fā)現(xiàn)的Si—O—Si 可知納米二氧化硅已成功負(fù)載到棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭中。

2.3.4 比表面積和孔徑分布（BET）

比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)是分析生物質(zhì)炭吸附性能的重要指標(biāo)之一，在吸附過(guò)程中，大孔、中孔和微孔所起到的作用各不相同，大孔和中孔起到傳輸吸附質(zhì)的作用，微孔主要起到吸附污染物因子的作用[23-24]。本試驗(yàn)對(duì)活化前后棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭進(jìn)行表征，分析了比表面積及孔隙度的變化，為后期生物質(zhì)炭吸附重金屬機(jī)理提供理論支撐。

表2 NPB、PB及PBS表面區(qū)域能量色散X射線分析Table 2 Energy dispersive X-ray analysis of surface areas of NPB，PB and PBS

（1）N2吸附-脫附等溫線

根據(jù)IUPAC 的吸附等溫線及遲滯回線類(lèi)型[25]，結(jié)合圖6 可知，NPB 的N2吸附-脫附等溫線屬于Ⅳ型。當(dāng)相對(duì)壓力較低時(shí)，NPB的吸附量隨著相對(duì)壓力的升高而快速增加，此時(shí)完成了NPB 的單分子層吸附過(guò)程，達(dá)到了單分子層飽和吸附量；當(dāng)相對(duì)壓力超過(guò)0.4時(shí)，由于NPB 的中孔及大孔發(fā)生了毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，開(kāi)始出現(xiàn)滯后環(huán)（H4 類(lèi)吸附回滯環(huán)），進(jìn)而導(dǎo)致吸附與脫附曲線分離，吸附量隨相對(duì)壓力的持續(xù)升高而逐漸變緩，此時(shí)開(kāi)始進(jìn)行多分子層吸附。從NPB 的N2吸附-脫附線可以得出，NPB 中存在微孔、中孔和大孔。而PB 與PBS 的N2吸附-脫附等溫線屬于Ⅰ型。當(dāng)相對(duì)壓力較低時(shí)，PB 與PBS 的吸附量隨相對(duì)壓力的升高而快速增加，隨后吸附量的增加速率逐漸降低并出現(xiàn)吸附平衡，進(jìn)而達(dá)到吸附飽和。由此可知PB 與PBS中以微孔為主并存在少量的中孔。

（2）孔徑分析

由圖7 可以看出，NPB 中孔含量較為豐富且集中（2～5 nm），微孔及大孔含量相對(duì)較少，故NPB 的孔徑分布線型較為平坦；PB 與PBS 中存在豐富的微孔（1～2 nm）和大量的中孔（2～8 nm），孔徑分布線型與NPB相似。PB 與PBS 結(jié)構(gòu)中豐富的中孔和微孔結(jié)構(gòu)，極大地提高了生物質(zhì)炭的比表面積和孔隙率。

（3）孔徑特性分析

由表 3 可知，PBS 的比表面積為 PB、NPB 的 1.26、1.98 倍，總孔體積為 PB、NPB 的 1.14、2.00 倍，且 PBS的平均孔徑分別為PB、NPB 的50.5%、79.4%。PB 的比表面積和總孔體積較NPB 均有提升，說(shuō)明KOH 活化改性過(guò)程會(huì)在一定程度上增強(qiáng)生物質(zhì)炭的吸附性能，而PBS的比表面積及總孔體積較PB 進(jìn)一步增加，說(shuō)明負(fù)載納米二氧化硅改性能夠進(jìn)一步提升生物質(zhì)炭的吸附性能。田淑艷等[26]以棕櫚纖維為原材料并采用磷酸為活化劑制備生物質(zhì)炭，其改性后生物質(zhì)炭的比表面積達(dá)到1 358.48 m2·g-1，其改性結(jié)果與本研究相類(lèi)似，均達(dá)到了增大比表面積的目的，同時(shí)一定程度上說(shuō)明對(duì)于棕櫚樹(shù)纖維這一材料采用KOH 改性較磷酸改性效果更佳。

2.4 吸附試驗(yàn)分析

2.4.1 pH對(duì)吸附效果的影響

溶液的pH很大程度上會(huì)對(duì)生物質(zhì)炭的吸附性能造成影響，pH 通過(guò)影響生物質(zhì)炭的表面電荷、官能團(tuán)形態(tài)及溶液中金屬離子的存在形態(tài)，進(jìn)而影響吸附過(guò)程和吸附效果[27-29]。研究溶液的pH 對(duì)NBP、PB、PBS吸附Pb2+產(chǎn)生的影響具有重要意義。由圖8 可知，生物質(zhì)炭對(duì)Pb2+的去除率隨著pH 的升高先增加后降低。3 種生物質(zhì)炭對(duì)Pb2+的去除率在pH 增至4 后開(kāi)始下降；各pH范圍內(nèi)PBS對(duì)Pb2+的去除率均高于PB、NPB。在pH 為2 時(shí)，溶液中含有大量的H+，與生物質(zhì)炭接觸后使生物質(zhì)炭表面帶正電荷，而溶液中重金屬離子也帶正電荷，致使生物質(zhì)炭與重金屬產(chǎn)生靜電斥力，同時(shí)大量H+與Pb2+競(jìng)爭(zhēng)生物質(zhì)炭表面的吸附位點(diǎn)；隨著pH 升高，溶液中H+含量減少，靜電斥力及競(jìng)爭(zhēng)吸附效果減弱，帶正電荷的Pb2+開(kāi)始占據(jù)生物質(zhì)炭表面的吸附位點(diǎn)，增大了生物質(zhì)炭對(duì)Pb2+吸附量；當(dāng)pH 大于 4 時(shí)，溶液中 Pb2+逐漸轉(zhuǎn)化為 Pb（OH）+，隨著溶液中OH-不斷增加，Pb2+自由度減少，吸附效果也逐漸下降。

表3 KOH活化改性前后生物質(zhì)炭的比表面積、總孔體積及平均孔徑Table 3 Specific surface area，total pore volume and average pore size of biochar before and after KOH activation modification

2.4.2 動(dòng)力學(xué)吸附試驗(yàn)

PB、PBS對(duì)Pb2+的吸附量隨吸附時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)曲線如圖9 所示。隨著吸附時(shí)間的增加，PB、PBS 對(duì)Pb2+的吸附量在0～1 h范圍內(nèi)快速上升，在4～8 h時(shí)反應(yīng)基本達(dá)到平衡。采用準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型對(duì)吸附結(jié)果進(jìn)行非線性擬合，擬合結(jié)果的參數(shù)見(jiàn)表4。

由表4 可知，比較PB 的準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程R2發(fā)現(xiàn)，PB 吸附Pb2+過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，此時(shí)計(jì)算的理論吸附量（75.97 mg·g-1）和實(shí)際吸附量（75.35 mg·g-1）接近；比較PBS 的準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)方程R2發(fā)現(xiàn)，PBS的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的擬合系數(shù)較準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程更大，計(jì)算的理論吸附量和實(shí)際吸附量更加接近。

表4 生物質(zhì)炭吸附Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Table 4 Adsorption kinetics model parameters of Pb2+adsorbed by biochar

表5 Langmuir和Freundlich模型擬合PB、PBS吸附Pb2+的相關(guān)參數(shù)Table 5 Langmuir and Freundlich model were used to fit the parameters of PB and PBS adsorption of Pb2+

2.4.3 等溫吸附試驗(yàn)

Langmuir 和Freundlich 模型等溫吸附曲線見(jiàn)圖10，隨著平衡濃度的增大，PB、PBS 對(duì)Pb2+逐漸達(dá)到吸附飽和并保持動(dòng)態(tài)平衡。由表5 可知，Langmuir 模型擬合得到的R2比Freundlich 模型更高，這表明Langmuir 模型更好地?cái)M合了試驗(yàn)結(jié)果。因此，根據(jù)Langmuir 模型可以得出，PB、PBS 對(duì) Pb2+的最大吸附容量分別為 122.30、160.44 mg·g-1。當(dāng) Langmuir 模型中KL值介于0～1時(shí)，表明反應(yīng)易于進(jìn)行，而PB、PBS的KL分別為0.000 18、0.000 23 L·mg-1，表明兩種生物質(zhì)炭的吸附過(guò)程較容易進(jìn)行，且對(duì)Pb2+的吸附是一個(gè)勻質(zhì)的、單層吸附的過(guò)程[30]。

在Freundlich 模型中，一般認(rèn)為n的值越大，吸附去除性能越強(qiáng)，當(dāng)n為1～2 時(shí)，吸附較容易進(jìn)行；而當(dāng)n小于0.5 時(shí)，吸附則較難進(jìn)行。從表5 可知，PB、PBS 吸附溶液中Pb2+的n值均大于1，表明這兩種生物質(zhì)炭的吸附過(guò)程較容易進(jìn)行，在對(duì)Pb2+的吸附過(guò)程中發(fā)生多分子層吸附[31-32]。因此，PB、PBS 生物質(zhì)炭吸附Pb2+反應(yīng)較容易進(jìn)行，吸附過(guò)程單雙層同時(shí)進(jìn)行。

3 結(jié)論

（1）500 ℃條件下制備出的棕櫚樹(shù)纖維生物質(zhì)炭經(jīng)過(guò)活化改性后，其碘吸附值可達(dá)到1 628.55 mg·.g-1，活化改性的最佳制備條件為：活化溫度700 ℃，反應(yīng)時(shí)間90 min，炭堿比1∶3。

（2）負(fù)載優(yōu)化改性過(guò)程使生物質(zhì)炭表面的官能團(tuán)羥基（—OH）和碳氧鍵（C—O）得到強(qiáng)化，并成功引入巰基（—SH）、硅氧基（Si—O—Si、Si—O—C）。PBS、PB較NPB具有更大的比表面積，3種生物質(zhì)炭吸附性能依次為PBS＞PB＞NPB。

（3）PBS 的比表面積、總孔體積較 PB、NPB 均顯著增加，平均孔徑明顯縮小，且出現(xiàn)大量微孔，使得孔徑結(jié)構(gòu)更加豐富，為重金屬的吸附過(guò)程提供了大量的吸附位點(diǎn)，改性效果明顯。

（4）PB、PBS吸附Pb2+的過(guò)程分別符合準(zhǔn)二級(jí)、準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，PB、PBS對(duì)Pb2+的吸附過(guò)程為勻質(zhì)、單雙層同時(shí)進(jìn)行，且均符合Langmuir方程。PBS對(duì)Pb2+的吸附性能更好，可用于土壤和水體中的Pb2+污染治理。