東北地理所在改性生物炭去除汞污染及其效費比評估方面取得重要進展
生物炭是一種有效去除廢水中汞(Hg(II))的環(huán)境友好型材料，但其大規(guī)模應(yīng)用仍受到生物炭較高的制備成本限制。因此，迫切需要進行技術(shù)經(jīng)濟評估以量化生物炭制備的成本效益比，推動其從實驗室走向市場。
東北地理所濕地生物與環(huán)境學科組研究人員，利用工業(yè)副產(chǎn)品硫化鈉和松木末在馬弗爐中制備改性生物炭，并從有效性、安全性、經(jīng)濟性三方面系統(tǒng)評估了改性生物炭對廢水中Hg的去除效率、吸附穩(wěn)定性與效費比，為推動生物炭工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和指導。
研究結(jié)果表明：在300℃條件下制備的硫化鈉改性生物炭(SBC300)相比500℃和700℃有著更高的Hg(II)去除能力，對模擬廢水中Hg的去除率高達96.4%，對實際廢水中Hg的去除率高達70.2%。通過解吸實驗、動力學實驗以及SEM和XPS表征，發(fā)現(xiàn)SBC300的Hg凈化機制主要為表面吸附和C-S，C-S-C官能團與Hg(II)在表面形成穩(wěn)定的HgS沉淀，且解吸率極低，表明SBC300吸附Hg后具有較高的穩(wěn)定性。通過制備工藝能源與原材料消耗、產(chǎn)率、去除率及穩(wěn)定性三方面評估發(fā)現(xiàn)，利用SBC300從廢水中去除1g汞的成本僅為1.74美元，與未改性生物炭相比經(jīng)濟性提高24.7%。
圖1未改性生物炭(UBC)和改性生物炭(SBC)的Hg(II)去除率和解吸率
圖2UBC300(a，b)和SBC300(c，d)吸附前(a，c)和吸附后(b，d)的SEM圖像
圖3 C1s (a)、S2p (b)和Hg4f (c) 吸附吸附 Hg 前后的XPS光譜
相關(guān)研究成果發(fā)表在工程技術(shù)領(lǐng)域重要期刊FUEL上，論文第一作者為濕地生物與環(huán)境科學科組碩士研究生趙雯雯，通訊作者為張仲勝研究員。該研究得到了國家自然科學基金(U20A2083. U19A2042)和國際科學組織聯(lián)盟專業(yè)協(xié)會(ANSO-PA-2020- 14)的資助。
論文信息：
Zhao, W., Zhang, Z., Xin, Y., Xiao, R., Gao, F., Wu, H., ... & Lu, K. (2024). Na2S-modified biochar for Hg (II) removal from wastewater: A techno-economic assessment. Fuel, 356. 129641.
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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001623612302255X
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