Fe/Mn改性油菜秸秆生物炭选择性吸附酸性矿山废水中Pb2+和Cd2+的性能与机制研究

本研究通过优化Fe/Mn改性比例与热解条件，成功制备出高效吸附材料FMBC60，在酸性高硫酸盐环境下对Pb2+/Cd2+的吸附容量分别达180.7 mg/g和83.4 mg/g，其机制涉及表面络合（Fe/Mn oxides）、沉淀反应（PbCO3/CdCO3）和阳离子-π作用，为酸性矿山废水（AMD）修复提供创新解决方案。

　　

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Preparation of biochar

油菜秸秆经去离子水清洗后于65°C干燥24小时，破碎筛分至0.85-2.00 mm颗粒，在氮气氛围管式炉中以10°C·min?1速率升温至目标热解温度进行热解。

Concentrations of modified agents

在400℃热解2小时条件下，改性剂浓度显著影响吸附性能（图S1(a, b)）。当KMnO₄浓度从0.05 mol·L^-1升至0.15 mol·L^-1时，Pb²⁺/Cd²⁺去除率提升；但浓度达0.20 mol·L^-1时金属氧化物过量负载导致颗粒团聚。

Conclusion

通过优化KMnO₄（0.1 mol·L^-1）与Fe(NO₃)₃（0.075 mol·L^-1）浓度及热解条件（300°C维持60分钟），成功制备Fe-Mn改性生物炭（FMBC60）。其对Pb²⁺、Cd²⁺和SO₄^2-的去除率分别为98.73%、84.62%和6.00%，且对Pb²⁺/Cd²⁺表现出高选择性系数（α=1305.30）。FMBC60在酸性条件下吸附性能稳定，硫酸盐存在下仍保持高金属吸附能力，机理研究表明其通过表面络合、碳酸盐沉淀及阳离子-π作用实现选择性吸附。