香蕉皮和稻壳衍生且经MgO浸渍的生物炭在二元环境中的铅和铬吸附行为

《Scientific Reports》：Adsorption behavior of lead and chromium onto MgO impregnated biochar derived from banana peels and rice husk in binary environment

　　

摘要

在当前研究中，通过稻壳与香蕉皮以不同质量比（0:1、1:0和1:1）进行共热解，制得了含有原始物质和MgO的生物炭，并研究了其物理化学性质以及从合成溶液中去除Cr(VI)和Pb(II)离子的吸附性能。在单溶质体系中，当金属离子浓度为20毫克/升、接触时间为120分钟时，质量比为1:1的MgO浸渍生物炭（MgO@CBC）对Cr(VI)的去除率可达94%（pH值为2时），而对Pb(II)的去除率可达到100%（pH值为4时）。因此，进一步研究了MgO@CBC在二元环境中的去除性能。有趣的是，在相似的条件下，二元溶质体系中MgO@CBC对Pb(II)的去除效率仍很高，可达99%，而Cr(VI)的去除率则略有下降，为88.5%。此外，随着金属离子浓度的增加，由于多孔结构中的Mg²⁺介导的化合物以及独特的表面特性，MgO@CBC对pH值为4时的Cr(VI)和pH值为2时的Pb(II)的吸附能力都有所提升。研究还确定了MgO@CBC的去除机制：对于Cr(VI)，其为还原/络合作用结合静电吸引力；对于Pb(II)，则为配体交换 followed by表面络合作用；而在二元体系中，Cr(VI)和Pb(II)的去除机制则为配体交换、静电吸引力、双金属键合（Pb–O–Cr）以及表面络合作用。另外，MgO@CBC在多次循环使用后仍具有较好的金属离子去除能力，最多可重复使用五次。总体而言，这些实验结果和机制分析为制革行业处理废水中的有毒金属离子提供了可行且环保的解决方案。