改性生物炭的吸附性能及吸附效果影响的研究

第1章绪论1.1重金属废水水是生命之源，是我们每个人生存和生活的基本保障。由于人们对于经济效益的过度追求以及对可持续发展的绿色生产和排放的忽视，原本自我免疫力强大的生态系统变得越来越差。大自然有科学的循环和持续发展的自净能力，但人类的过度开发和不合理处理，大气、水、土壤的稀释、扩散、化学降解、物理吸附和生物降解等作用超负荷工作，人们从自然界的索取总量远远超过了地球本身的再生能力，排入河海湖泊的废水超过了环境容纳量。目前，我们国家资源逐渐消耗殆尽，环境污染日益严重，水污染尤为突出。1.1.1简介重金属废水是指含有重金属及重金属化合物的水。由于水本身的性质，水在自然界的多种形态，重金属废水形成原因相当复杂，途径也相当之多。重金属废水来源于各种各样的行业和居民城市用水，水的用途广泛性也决定了废水量的巨大，我们所提到的重金属废水主要来源于以下几个方面：电镀，钢铁冶炼，研磨，金属表面处理，矿山开采有色金属冶炼，无电沉淀，农药，医药，油漆等行业，以上提到的这些行业产生的废水主要含有汞元素、铬元素、镉元素、铅元素、铁元素、金元素、铜元素、钛元素、钒元素、砷元素、银元素、锌元素镍元素等。还有少部分废水来自于非工业，更多的是来源于人们生活上，比如随着第三产业迅速发展的摄影业，影视中我们常用的胶卷在生产过程中会产生亚铁氰化物等，这类废水含有大量的铁元素和银元素。石油加工厂旁边的水源经常会被检测出含有镍、铬和等元素，砷元素废水很可能由于周边的木材加工厂，含铬和镉的废水且颜色较深的废水多半距离无机颜料制造业不远。不过在众多重金属废水的形成途径中，工业废水的问题最为突出，生产过程中的催化剂使用和化学条件，含有重金属离子的污染物很容易进入水体并对水体造成污染。重金属污染水体后很难通过微生物降解，水体流经农田等土壤后很容易存留在土壤内对植物生长和发育造成影响，重金属也同样会通过植物在人身体内富集，而被重金属污染最严重的水体中的鱼虾、水生植物、浮游生物都会受到严重影响。当含有大量重金属和重金属离子的废水被排放到自然水体中，整个水环境都将遭受到不同程度的迫害，农业会遭受重创，生态环境将会日益恶劣，生态系统的循环会受到威胁，居民的健康将难以保证。在整个社会追求经济效益的同时，社会主义工业化的脚步前进不止，大量会产生重金属污染的工业企业鱼贯而出，越来越多的工业废水和城市废水大量的排入江、河、湖、泊和地下水体。而且，我们应当清晰地认识到，在经济全球化的今天，随着国家和世界工业的创新发展进步，重金属废水的产量不降反增，若是再只靠环境自净能力，不去人为的加以防治和管控，其对环境和生态所造成的危害将无法估计。目前我国主要的河、海和湖泊等都普遍受到了不同程度的重金属污染，水体重金属污染问题十分突出，其底质的污染率高达80.1%。地表水受污染的类型较多，更多是受到了复合污染，靠近矿区的水体汞污染较为严重，其次是锌元素的废水污染。在主要的水体中，一部分重金属和重金属化合物会被稀释，继续存留在水中的重金属元素大多附着在沉淀物和浮游物的上面，水体溶解的重金属含量相对较低，所以，在水体状况良好的地区，对于重金属的承载能力会更强。河流支流的重金属含量会相对较高，河口污染是最严重的。资料调查发现，水体中重金属含量和水体本身的酸碱性和地方气候有关，酸性水体中的重金属更容易释放。而碱性环境下，重金属更容易沉积在水体底泥上面。1.1.2治理方法重金属废水类型多种多样，而这中间，铅污染问题尤为突出，铅能够溶于酸中，所以铅元素很容易进入酸性水体当中，变为铅离子，从而形成重金属铅废水。铅对人体有巨大的伤害，进入我们身体后铅会随着血液流动并且优先与血液中的金属元素点位结合，致使我们身体中的很多酶失去活性。铅还可以可对许多人体器官产生伤害，铅对人体的神经中枢能够造成巨大的损伤，特别是儿童的大脑对钱的敏感度要远远超过成年人，铅能够影响幼儿的智力发育和身体成长，对骨骼发育也会造成一定程度上的损伤。沉积、渗透、还原、萃取、交换、吸附、氧化等方法和技术都可以应用于重金属离子的水污染的治理与防控。目前含铅废水的处理方法主要可分为三类：(1)物理处理法：物理处理方法包括离子交换法、吸附法、膜分离技术法等。目前，最常用的方法是在吸附法、离子交换法。离子交换法是将水中重金属离子富集在离子交换剂上面与交换剂的离子在离子交换剂的表面进行互换，从而减少水中的重金属离子。在现阶段应用离子交换法降解含铅废水较为常用的离子交换剂是离子交换树脂。树脂中的活性基团较多，例如氨基、羟基等，树脂中的离子与水中的重金属离子在树脂的表面发生化学反应，即发生螯合反应、交换反应，通过此种方法来去除废水中的重企属离子，同时还可以应用离子交换法也可以用于浓缩和回收溶液中痕量的重金属。离子交换法有很高的优越性，特别是在低浓度废水处理中，在现阶段该方法应用广泛，发展前景良好。但离子交换树脂缺点是应用成本偏高，价格略贵，而且在使用过程中由于一些比较复杂和不方便的控制条件，需要控制水中的酸碱性和紧紧掌握时间的准确性，离子交换树脂在使用过程中污染率较高，而且很难再生，这给工业技术部门带来诸多不便。而且离子交换法对时间控制要求严格，所以不适用于大量的重金属废水的处理，甚至还可能产生二次污染。因此离子交换树脂处理重金属废水需要研究和发展价格低廉、交换容大、吸附解吸过程可逆性较的材料。吸附法是处理重金属废水较为常用的方法。吸附法是将一些多孔的、比表面积较大的吸附性材料加入到重金属废水中，利用材料本身的形状的性质，借助材料表面的特殊官能集团，可以吸附水中的重金属离子，进而可以去净化重金属废水。活性炭是最早期常见的传统吸附材料。膜分离法的推动力是外界的能量差，不变化水体的初始状态，利用具有选择透过性的半透膜，将溶液中的重金属离子与水体分开，进而去除水体中的重金属离子。膜分离法效果好，操作方便简洁，不需要控制温度，也不需要消耗大量的能量，且分离效果较好，不需要复杂的设备，处理规模可以满足水体废水的要求，占地面积小，不会像离子交换法一样产生二次污染，但是膜的价格相对较高，是一个既高效又高价的方法。(2)化学处理法：化学处理法除铅主要是化学沉淀法。化学沉淀法，即是利用化学的方法来进行治理，也就是说通过重金属废水中金属离子与所投放的化学物质发生反应，从而达到消除水体中重金属离子的效果，为了让重金属离子发生生化学沉淀，加入化学药剂会使水中呈溶解态的重金属离子转变形态，另外有可能还需要加入其他的试剂来促进反应的发生和沉淀的生成，形成不溶于水的重金属化合物，再利用萃取、过滤、离心等方法去除水体中的沉淀物质。使用该法处理转移了废水中的污染物质，却容易造成二次污染。在处理含铅废水中常用氢氧化物沉淀法来使铅离子转化为沉淀达到分离目的。刘晨光等人分别以氢氧化钠、石灰浆为沉淀剂，采用化学沉淀微滤工艺处理铅蓄电池生产废水，原水中固有的铁离子经反应生成了氯氧化铁，它的吸附沉淀作用显著提高了对铅的去除效果。以氢氧化物为沉淀剂使生成的沉淀物较少，膜污染进程缓慢，但运行费用较高；以CaO为沉淀剂时沉淀量大，膜通最下降较快，且原水水质变化幅度较大时对出水水质有一定的影响，但其运行费用较低。而郑荣光等人用氢氧化镁处理含铅废水，结果表明，氢氧化镁乳液对废水中铅有良好的去除效果，经处理后的废水可达到排放标准。(3)生物处理法:生物处理法主要包括生物吸附和生物絮凝。(1)生物絮凝剂生物絮凝剂利用的是敞生物或微生物的代谢物，进行絮凝沉淀的一种去除水体中重金属离子的方法。微生物自身产生的生物絮凝剂，是一种天然的高分子材料，它含有多种蛋白能够对重金属离子处理起到加强的作用，同时它分子中含有很多种的官能团，可以去除水中的重金属离子。(2)生物吸附法生物吸附法的材料来源广泛且方便易得，价格低廉、来源丰富的材料更有助于可持续发展和资源的循环利用，且生物处理水体中重金属离子的能力较强，很多微生物对金属有都有很强的吸附能力，例如真核微生物中的酵母菌、以及原核微生物中的细菌、放线菌、褐藻、绿藻、红藻等。生物吸附法还具有吸附量高、吸附速度快。吸附法是一种简单易行、效果明显的重金属去除技术。活性炭表面含有大量的官能团，并且具有较大的比表面积，在特定的pH值条件下，通过物理、化学等吸附机制将水中的铅离子固定在吸附剂表面，而达到将铅从水体中去除的目的，且用生物吸附法将水体中污染物去除不会对水体造成二次污染，是重金属去除的常用方法。吸附法中常用的吸附剂有工业废渣、人工合成的吸附剂、天然材料（如沸石、膨润土等）、生物炭以及改性吸附剂。吸附剂的吸附能力往往取决于材料本身所具有的的吸附官能团、吸附点位。而天然的吸附材料所具有的的吸附官能团数量和种类有限，因此常常队吸附材料进行改性，使其吸附性能大幅度提高。1.2生物炭1.2.1简介生物质的一个重要应用领域就是作为碳材料的制备原料。石油、煤或其加工产物等是传统的碳材料的主要制备原料。但如今能源、资源危机以及环境的持续恶化要求发展更为节能绿化、安全可持续的碳材料制备方法。生物质的碳含量都很高，且属于可持续发展资源，其成本低廉、来源丰富，是十分理想的制备各种碳材料的原料。利用各种生物质材料为原料，尤其是木制废弃物，动物粪便等制备碳材料，不仅可以降低生产成本，还可以对资源的循环利用以及环境的保护起到积极地促进作用，进而实现碳材料的可持续发展。1.2.2研究现状生物炭（Biochar），首先通过亚马逊地区的古代印第安人对于制陶术和木炭技术的应用而最早被人们熟悉和利用。最开始人们对于生物炭的研究只停留在土壤方面的应用，近几年，科研人员将生物炭的研究方向转向对水体的修复，作为吸附材料，吸附废水中的重金属。生物炭是种高度芳香化难容的固态物质，广义上属于黑炭的一种。生物炭含有大量的芳香结构的微孔和纳米孔，这有助于提高其对于重金属或者其他的污染物的吸附能力；生物炭表面还具有大量的官能团能够提供大量的吸附位点，即以络合作用使重金属离子与羟基，羧基等含氧官能团发生强烈的反应。生物炭的物理和化学性质受原料以及热解条件的影响。原料的选择对于生物炭的物理和化学性质影响较大。例如：Liu等人选用生物质水热法制备生物炭除去水中的铅中，选用了松木和水稻制备生物炭，研究了两种材料所制备生物炭的性质。Ahmad等人总结了32种不同原料所制备的生物炭的性质。表明在重金属吸附过程中，原料的选择对于实验结果影响非常大。生物炭性质不仅受到生物质原料类型的影响，同时不同的热解条件也对其造成不同的影响。研究人员试图确定各种生物炭与热解条件的关系，以便更好的应用于水体中重金属污染物的去除。Lee等人研究了慢速热解生物炭的特性，观察到温度升高，生物炭的表面积增加。通过查找文献发现磷能改变生物炭的羧基数量，磷改性生物炭可以提高重金属的吸附效果，主要是因为磷能有效提升生物炭中羧基，羟基等利于吸附反应的官能团的增加，而氮改性生物炭主要具有活性高，吸附效果好等特点，所以本实验利用氮磷掺杂改性生物炭看其吸附效果是否能由氮磷的共同作用从而进一步提升。1.3吸附1.3.1吸附理论吸附是指在一定的条件下，流体的某些组成能够通过扩散的作用等自行的附着在生物炭的表面的现象。吸附有物理吸附和化学吸附，二者常常为相辅相成的关系，相伴产生。物理吸附可以使吸附剂与吸附质相互结合，主要应用的是范德华力，在吸附过程中不会发生化学反应，两者结合能力较弱，易发生脱落的现象，化学吸附主要是通过化学键结合的方式使其吸附，两者之间相互作用力较大，且具有选择性吸附的特质，吸附时是不可逆的，在吸附过程在两种吸附通常是伴随发生。1.3.2吸附动力学吸附动力学是用来描述吸附容量与吸附时间之间的关系，一般采用吸附动力学来描述吸附过程随时间变化的规律，为实际工程应用提过理论依据。通常吸附过程主要分三个阶段：一是膜扩散，二是颗粒内扩散，三是吸附剂孔隙内部的扩散。在数据分析中通常利用准一级动力学方程、准二级动力学方程bangham动力学方程和Elovich动力学方程进行拟合。第2章实验部分2.1实验仪器2.2荷叶生物炭的制备（1）将荷叶烘干后放入粉碎机粉碎，过120目筛，烘干备用。（2）将荷叶放入管式炉内于600℃煅烧1h。保护气体为N2，升温速率为10℃/min，氮气流速为50mL/min将煅烧好的材料取出并放在抽滤机上进行抽滤，抽滤过后放入烘箱烘干。此时获得的固态产物即为未改性的荷叶生物炭（BC600）。（3）磷改性生物炭的制备方法和第(2)步一致，但在放入管式炉煅烧前称取步骤（1）所得的已经破碎过筛烘干的原炭称取5.00g称取三份，分别至于烧杯中等待改性并编号①号加入1.0M的磷酸②号加入0.5M的磷酸③号加入0.3M的磷酸。该步骤的溶液溶液均为100mL。（4）把①②③号烧杯放入超声4h，然后放入烘箱至烘干。（5）从烘箱中拿出已烘干的生物质，研磨至粉末状。按编将得到的粉末分好组放入坩埚中之后再放入管式炉中在600℃下煅烧1h。（6）将煅烧好的生物炭取出并进行抽滤，抽滤完放入烘箱烘干。最后按编号装入密封袋所制得的氮磷掺杂改性生物炭添加的过渡金属元素种类，分别标记为PBC①②③（7）氮磷掺杂改性生物炭的制备方法同第(2)但同样在放入管式炉煅烧前要称取步骤（1）所得到的已经破碎过筛烘干过的原炭称取5.00g取两份，分别至于烧杯中改性并编号①②，①号0.3M(NH4)2HPO4，②号加入0.3M的NH4H2PO4，以上溶液均为100mL。（8）接下来的步骤同（4）（5）（6）并最终将其分别标记为NPBC①②。2.3吸附效果影响实验溶液pH值对吸附效果的影响：取0.02g的改性荷叶活性炭于锥形瓶中，加入用0.1mol/L的氢氧化钠和盐酸溶液调节pH为2.0～8.0的初始浓度为100mg/L的100mL含铅溶液，调节吸附温度为25℃、在摇床为155r/min下吸附24h。吸附反应结束后，将样品取出。用10mL针筒提取10mL溶液在透过滤膜注射进已编号的聚乙烯塑料离心管。用0.2%的硝酸溶液稀释10倍。最后最后测定吸附反应后溶液内剩余铅的浓度。吸附剂投加量对吸附效果的影响：取0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.15、0.20g改性荷叶活性炭于锥形瓶中均加入100mL初始浓度为100mg/L的含铅溶液，调节吸附温度至25℃、在摇床为155r/min下吸附24h，吸附反应结束后，将样品取出，用10mL针筒各取10mL溶液在通过滤膜注射进已编号的聚乙烯塑料离心管，用0.2%的硝酸溶液稀释10倍，最后测定吸附反应后溶液内剩余铅的浓度。2.4吸附动力学实验取0.02g的改性荷叶活性炭于锥形瓶中，取3份做平行。均加入100mL初始浓度为100mg/L的含铅溶液。调节吸附温度为25℃、在摇床为150r/min下进行吸附反应，吸附取样时间设置为5min、15min、25min、30min、45min、1h、2h、4h、8h、12h、24h、36h、48h、72h。吸附反应结束后将样品取出。用0.2%的硝酸溶液稀释10倍。最后测定吸附反应后溶液内剩余铅的浓度。2.5吸附等温线实验取0.02g的改性荷叶活性炭与锥形瓶中，加入初始浓度为5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0、500.0、1000mg/L的含铅溶液100mL，每种浓度分3个烧瓶做平行。调节吸附温度为25℃、在摇床160r/min下吸附24h。吸附反应结束后，将样品取出，用10mL针筒提取10mL，在通过滤膜注射进已编号的聚乙烯塑料离心管中。用0.2%的硝酸溶液稀释10倍。最后测定吸附反应后溶液内剩余铅的浓度。为了保证检测在最佳条件下进行，进行一些检测条件的优化实验。第3章结果与讨论3.1吸附材料的FTIR表征红外光谱分析是为了清晰直观地反应改性前后吸附剂的官能团变化。图3.1所示，在3500到3300cm-1改性前生物炭有一个很宽的吸收峰，这是它表面的O-H伸缩振动；1600cm-1左右的吸收峰是芳香环的C=C和C=O的伸缩振动峰，说明炭表面可能含有羧基、羰基、内酯基等官能团；芳香醚的C-O和C-O-C对应的是的弯曲振动峰1255cm-1处。C-O基的伸缩振动在1000cm-1处，由此可见改性炭的表面拥有丰富的官能团，为改性活性炭吸附Pb2+提供基础。是适合做吸附实验的材料.图3.1氮磷改性前后生物炭的FTIR图谱Figure3.1FTIRspectrumofbiocharbeforeandafterN-Pmodification对比可以看出改性后吸收峰显著增多，3500cm-1处的吸收峰明显增大，所以可以得到羟基增多，C-H基的伸缩振动导致的1400cm-1后的吸收峰明显波动变大是。通过两根线对比可认为羟基与C-H基应该是主导吸收反应的官能基团。P=O键的伸缩振动将1100-1350cm-1和3500cm-1吸收峰结合，表明磷酸基团很好的负载在生物炭上；对比未改性生物炭氮磷改性生物炭在1600cm-1附近吸收峰峰面积增大，1600cm-1左右的吸收峰为芳香环的C=C和C=O的伸缩振动峰说明羰基、内酯基也增多，通过分析可以看出改性后生物炭官能团增多，效果明显更适合吸附。3.2吸附效果影响分析不同浓度氮磷改性后对吸附效果影响：吸附条件：初始浓度为100mg/L的含铅溶液100mL，投加量为0.02g，调节吸附温度为25℃，吸附反应为24h。研究在不同氮磷浓度改性后的活性炭对吸附效果的影响，结果如图所示。由图3.2可以看出经过改性后的荷叶活性炭对比没改性前的生物活性炭吸附效果明显有所提升，同时可以看出看出在同种氨磷含量相同的情况下，在0.3M的浓度下吸附效果最好。再通过图4看在0.3M不同氨磷浓度下(NH4)2HPO4改性炭吸附效果最好。所以我们后续实验所使用的荷叶活性炭均为0.3M的(NH4)2HPO4改性炭，由图对比我们可以看出经过改性之后的生物炭对Pb的吸附量有了很大的提高。由最初的50mg/g不到，升高至320mg/g。这说明我们所选择的改性活性炭对Pb的吸附效果有显著的提升。图3.2磷改性生物炭对吸附的影响Figure3.2Effectofphosphorusmodifiedbiocharonadsorption图3.3氮磷改性生物炭对吸附的影响Figure3.3Effectofnitrogen-phosphorusmodifiedbiocharonadsorption初始pH对吸附效果的影响：吸附条件：初始浓度为100.0mg/L含铅溶液100mL，投加6号生物炭的量为0.02g，调节吸附温度为25℃，吸附反应24h。研究不同溶液pH值条件下对吸附剂除铅效果的影响，结果如图3.4所示。图3.4溶液pH对吸附效果的影响Figure3.4EffectofsolutionpHonadsorptioneffect在吸附过程中溶液的pH值是影响重金属离子去除效果的重要因素。金属离子在水中的存在形态及其分布特征受溶液的pH值的影响，还影响着活性炭表面的等电点、离子化程度、官能团。由图3.4可知在pH=2时吸附效果极差NPBC①对Pb2+的吸附效果，这可能是由于NPBC①H+浓度太大，在酸性强的环境中，改性荷叶生物炭表面的-OH、-COOH、-CHO等基团与它们结合，占据了吸附剂表面部分活性吸附位点，与Pb2+形成竞争吸附，同时NH4+带正电，与H+形成一定静电排斥，所以当pH值逐渐升高可得到改性荷叶生物炭的表面负电荷逐渐开始增多，其对重金属的吸附效果会越来越好。2＜pH＜4时，上升较快，吸附量变化大；4＜pH＜6，上升较为平缓，吸附量变化不大;pH=4时，NPBC④带正电，pH=6时带负电，而pH=4与pH=6时NPBC①对Pb2+的吸附量差别不大，说明NPBC④与Pb2+之间不是简单的静电吸附．当pH为8时达到顶峰这种现象与改性生物荷叶炭对铅的吸附机理有关，包括离子交换、范德华力作用以及酸碱作用。3.3吸附动力学研究吸附条件：初始浓度为100.0mg/L的含铅溶液，吸附温度为25℃，投加量为0.02g。设置取样时间分别为5min、15min、25min、30min、45min、1h、2h、4h、8h、12h、24h、36h、48h、72h。通过吸附动力学实验的研究，绘制动力学曲线图以确定吸附达到平衡所需要的时间如图5所示。从图中可以看出，氮磷改性荷叶活性炭对铅的吸附量随着吸附时间的推移而逐渐增加。吸附剂表面含大量的吸附位点，在吸附剂上面进行的吸附行为较快。很快便达到吸附平衡。但随着反应的进行，吸附速率逐渐降低，因为吸附剂表面的吸附位点是有限的，随着时间向后推移，吸附质之间的竞争吸附开始浮现，吸附过程从表面吸附向内部扩散转移，导致吸附速率的降低，最后反应逐渐趋于平缓当溶液浓度为318.5mg/g时，在36h后达到吸附平衡。图3.5接触时间对吸附铅的影响Figure3.5Effectofcontacttimeonadsorptionoflead用一级动力学、二级动力学方程对实验数据进行拟合，拟合结果如图3.6-3.7所示。根据各个方程的斜率和截距计算各方程的拟合参数，具体拟合参数如表3.2所示，根据两种动力学方程的拟合参数，二级动力学方程对吸附过程的拟合的相关系数R2均为0.9994，这证明线性相关性好。从一级动力学吸附对吸附过程的拟合曲线可以看出其对实验结果拟合的相关性较差，说明该反应过程不适合利用一级动力学方程进行拟合。由二级动力学方程计算出来的理论吸附值（321.5mg/g）与实验实际测定的吸附值（318.5mg/g）相比起来结果相近，这说明二级动力学方程能够较好的描述改反应的过程，说明该反应过程中化学吸附占主导地位。表3.2吸附动力学的拟合参数Table3.2Fittingparametersforadsorptionkinetics准一级动力学模型准二级动力学模型qmK1R12qmK2R2283.70.00160.9422321.50.00010.9994图6准一级动力学Figure6Pseudo-first-orderkinetic图3.7准二级动力学Figure3.7Pesudo-second-orderkinetic3.4吸附等温线研究吸附条件：吸附剂投加量为0.02g，吸附温度为25℃，吸附时间24h。将铅溶液初始浓度分别设置为5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0、500.0、1000mg/L图3.8吸附剂对Pb的吸附等温线Figure3.8AdsorptionisothermofPbbyadsorbent附剂对Pb的吸附等温线如图3.8表示，从图3.8可知吸附剂的吸附容量会随着含铅溶液的浓度的增大而增加；在初始铅溶液浓度小于20mg/L时吸附效果不太显著，猜测这是由于浓度太低导致吸附结果测量困难。当初始铅溶液浓度到20mg/L至200mg/L时，随着溶液浓度的增大，吸附容量也快速增加，当初始铅溶液浓度大于200mg/L后，吸附容量速度的增加逐渐减缓，这是因为当浓度较低时，吸附剂上的吸附位点并未达到吸附饱和，吸附反应发生在吸附表面，随着浓度增大，吸附质与吸附剂间发生吸附反应的概率增大，吸附容量也逐渐趋于饱和状态，进而此时的吸附速率逐渐减缓并趋于稳定状态。3.5BET表征结果用N2静态吸附方法测定NPBC①的比表面积和平均孔径。图3.10属于Ⅲ型吸附等温线，可知为NPBC①的吸脱附曲线，。当在憎液性表面发生多分子层，或固体和吸附质的吸附相互作用小于吸附质之间的相互作用时，呈现这种类型。这种类型属于弱相互作用，在低压区吸附量少，相对压力越高，吸附量越多，表现出有孔充填。由图3.10可知测得比表面积34.603m2/g，平均孔径约为18.624m2/g，孔容0.054cm3·g－1。图3.10BET分析图Figure3.10BETanalysisdiagram第4章结论通过了解我们认识到荷叶生物炭对水体重金属铅的降解有很强的效果，磷改性生物炭可以通过提升荷叶生物炭的羧基基团和羟基基团来增强荷叶生物炭的吸附作用，研究发现，氮改性生物炭对水体重金属的吸附效果的活性明显增加，本实验利用红外光谱（FTIR）表征和比表面积（BET）表征，借用吸附动力学研究和吸附等温线研究等吸附理论，研究对于氮磷掺杂的改性生物炭的吸附效果发现，氮磷掺杂改性生物炭的官能团明显增多，吸附活性显著增强，氮磷掺杂改性生物炭吸附性能明显高于荷叶生物炭和单独改性生物炭，对重金属铅有良好的吸附作用。本文发展了以改善单一碳材料不足为出发点，以生物质为碳前驱体，将生物质碳材料与廉价、无毒的氮磷化合物复合以制备形貌多变、结构新奇的生物碳复合材料。实验结果表明，改性后生物炭官能团增多，效果明显更适合吸附，改性活性炭对Pb的吸附效果有显著的提升。参考文献[1]LiX,LuoY,LuoY.StudyonRuO2anditsmetaloxidecompositeelectrodematerialsforsupercapacitor.GuangdongChemicalIndustry,2017,44(15):144-145.[2]TingtingMA,YouJ,QinG,etal.StudyoftheRuO2-IrO2/Taelectrodematerialsofsupercapacitorpreparedbythermaldecomposition.PreciousMetals,2012,33(1)：41-40.[3]LiangJ,BuLT,CaoWG,etal.Facilefabricationofcoaxial-cablelikeMn2O3nanofiberbyelectrospinning:Applicationaselectrodematerialforsupercapacitor.JournaloftheTxiwanInstituteofChemicalEngineers,2016,65:584-590.[4]LeeJW,HallAS,KimJD,etal.Afacileandtemplate-freehydrothermalsynthesisofMn:Onanorodsongraphenesheetsforsupercapacitorelectrodeswithlongcyclestability.Cheminform,2012,43(24):1158-1164.[5]ChenC,ZhangY,GuoB,etal.MnOOH/graphitenanosheetarraycompositeelectrodeandsymmetricsupercapacitorperformance.NewChemicalMaterials,2017,45(1):219-222.[6]LinTW,DaiCS,HungKC.HighenergydensityasymmetricsupercapacitorbasedonNiOOH/Ni3S2/3DgrapheneandFe3O4/graphenecompositeelectrodes.ScientificReports,2014,4:7274.[7]CaoL,XuF,LiangY,etal.PreparationofthenovelnanocompositeCo(OH)2/ultra-stableYzeoliteanditsapplicationasasupercapacitorwithhighenergydensity.AdvancedMaterials,2004,16(20):1853-1857.[8]WeeG,SohHZ,YanLC,etal.SynthesisandelectrochemicalpropertiesofelectrospunVO5nanofibersassupercapacitorelectrodes.JournalofMaterialsChemistry,2010,20(32):6720-6725.[9]XiaoX,HanB,ChenG,etal.Preparationandelectrochemicalperformancesofcarbonsphere@ZnOcore-shellnanocompositesforsupercapacitorapplications.SciRep,2017,7:40167.[10]JiBJ,KimP,KimW,etal.Simplepreparationofhollowcarbonsphereviatemplatingmethod.CurrentAppliedPhysics,2008,8(6):814-817.[11]HaoZQ,CaoJP,WuY,etal.Preparationofporouscarbonspherefromwastesugarsolutionforelectricdouble-layercapacitor.JournalofPowerSources,2017,361:249-258.[12]ZhaoX,LiW,ZhangS,etal.HierarchicallytunableporouscarbonspheresderivedfromlarchsawdustandapplicationforefficientlyremovingCr(III)andPb(II).MaterialsChemistry&Physics,2015,155:1-7.[13]BaughmanRH,ZakhidovAA,HeerWAD.Carbonnanotubes:Theroutetowardapplications.Science,2002,297(5582):787-792.[14]SaitoR,DresselhausG,DresselhausMS.Physicalpropertiesofcarbonnanotubes.AmericanjournaloforthodonticsanddentofacialorthopedicsofficialpublicationoftheAmericanAssociationofOrthodontists,itsconstituentsocieties,andtheAmericanBoardofOrthodontics,2010,138(5):623.[15]KimDK,KimN