铁改性污泥生物炭强化水中Cr(VI)去除：影响因素与机制解析

为解决污泥资源化利用及Cr(VI)污染治理难题，研究人员通过两步热解与FeSO4 ·7H2 O改性制备铁改性污泥生物炭（Fe-HKBC），其比表面积达280.68 m2 ·g-1 ，Cr(VI)去除率提升61.23%至98.16%，并揭示还原、表面络合等多机制协同作用。该研究为污泥高值化利用及重金属治理提供新策略。

　　

随着工业化进程加速，污水处理厂每年产生约6500万吨污泥（SS），其高产量、复杂成分及重金属残留（如Cr、Cd）导致处置难题。Cr(VI)因强毒性、致癌性及迁移性成为环境治理焦点，而传统吸附材料效率有限。陕西科技大学团队通过两步热解联合FeSO₄
·7H₂
O改性，开发出磁性铁改性污泥生物炭（Fe-HKBC），相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用西安污水处理厂污泥为原料，经700℃热解、600℃二次活化及FeSO₄
·7H₂
O改性制备Fe-HKBC，结合XPS（X射线光电子能谱）、BET比表面积分析等技术表征材料特性，探究pH、共存离子（Na⁺
/Ca²⁺
）对Cr(VI)去除的影响，并通过动力学模型和等温线拟合解析机制。

材料与方法
Fe-HKBC制备中，FeSO₄
·7H₂
O在NaBH₄
还原下生成Fe⁰
/Fe²⁺
，赋予材料磁性及还原性。N₂
吸附-脱附测试显示其比表面积达280.68 m²
·g^-1
，优于原始生物炭（SBC），且含Fe⁰
、-C=O等关键官能团。

结果与讨论

1. 吸附性能：Fe-HKBC对Cr(VI)的吸附量达40.79 mg/g，去除率98.16%，较SBC提升61.23%。
2. 影响因素：酸性条件（pH=2）最利于Cr(VI)去除，Na⁺
   /Ca²⁺
   通过竞争吸附抑制效率。
3. 机制解析：XPS证实Cr(VI)被Fe⁰
   /Fe²⁺
   还原为低毒Cr(III)，同时表面络合（C-O）、静电作用及离子交换协同贡献。
4. 再生能力：三次循环后去除率仍超80%，磁性回收率近100%。

结论与意义
该研究创新性将污泥转化为高效Cr(VI)吸附剂，突破传统生物炭还原性不足的局限，通过Fe⁰
主导的氧化还原与多机制协同，实现Cr(VI)高效去除与资源回收。成果为污泥“变废为宝”及重金属污染治理提供双赢方案，兼具环境与经济价值。