人工合成麝香是一種常見的藥物和個人護理品。由于目前國內還沒有專門針對去除污水中佳樂麝香(HHCB)的工藝,而常規的污水處理技術對佳樂麝香基本不起作用。因此,研發高效、經濟、環境友好的去除HHCB的功能材料,是國內外廣大環境工作者面臨的艱巨挑戰。生物炭具有大的比表面積和很高的化學穩定性,難以被微生物降解,其制備和應用在一定程度上可實現廢棄物資源化處理。
中國科學院沈陽應用生態研究所污染生態過程組張倩茹研究員團隊利用球磨生物炭優異的物理化學性質,通過吸附、分配作用將待處理水中的HHCB富集到球磨生物炭的表面及孔隙內,從而高效去除水中的HHCB污染物。高溫制備的生物炭經球磨后,作用顯著增強。因為對低溫制備的生物炭來說(300 ),球磨只增加了外表面積;對于較高溫度制備的生物炭(500 ),球磨同時增加了外表面積和內表面積,從而暴露了其石墨結構和含氧官能團,進而通過表面吸附、 - 相互作用孔填充增強HHCB的吸附(圖2)。而對500 小麥生物炭(WS500)來說,77.9% 的HHCB由于表面吸附被去除,22.1%的HHCB去除由于分配作用;球磨后,對BMWS500來說,由于表面吸附被去除的HHCB占96.7%,剩余3.3%的HHCB去除由于分配作用(圖3)。這項工作突出了球磨作為改善生物炭吸附性能的優秀工程方法的潛力。
以上結果以Ball-milled biochar for galaxolide removal: Sorption performance and governing mechanisms為題發表在Science of the Total Environment(DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.01.005)上。
張倩茹研究員為文章第一作者及通信作者,研究得到了國家自然科學基金面上項目(31470552,31670516)和國家重點基礎研發計劃(NO. 2018YFC1800704)的資助。
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圖1. (a-b) 未球磨生物炭WS500與球磨生物炭BMWS500的SEM圖 (c)WS500和BMWS500的FTIR光譜
圖2. (a) 原料類型和熱解溫度對未經球磨和球磨的生物炭從水溶液中去除HHCB效率的影響 (b-c) HHCB劑量與比表面積之間的關系
圖3. 未球磨和球磨-生物炭吸附HHCB的機制