棉花秸秆生物质炭对重金属钻离子的吸附性能研究

刘俊俊，杨海军, 阚尔卿，王振菊，张新军

（巴音郭楞职业技术学院，新疆 库尔勒 841000）

摘  要：以巴州棉花秸秆(MG)废弃物为原料,通过限氧热解法制备生物质炭，探究棉花秸秆生物质炭（MGC)对溶液中重金属钴离子(CO²⁺)的吸附性能。通过扫描电镜拉曼光谱(RS)初步表征生物质炭的理化性质，以吸附剂用量、吸附时间、吸附温度为因素，设计了正交实脸，系统研究了各吸附因素对吸附效果的影响。RS测定结果表明，MGC富含缺陷，具有高比表面积和丰富的表面活性位点。正交实验结果表明，探索出的最佳吸附条件为吸附剂用量250mg、吸附时间4h、温度25℃，最大脱除率可达86.83%。研究成果为MG废弃物资源化利用及重金属CO²⁺的污染治理提供了科学依据。

关键词：棉花秸秆;生物质炭;钴离子;吸附性能;重金属污染

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钴离子(CO²⁺)作为工业废水中的典型重金属污染物，其环境危害性已引发全球关注。据世界卫生组织报告显示，全球每年约有3.6万t钴通过电池制造、合金冶炼、催化剂生产等行业进人水体系统。这种重金属污染物具有显著的生物累积特性，可通过食物链传递，对人体造成多重危害。最新毒理学研究表明，钴暴露会干扰DNA甲基化过程，导致肺癌、甲状腺癌等恶性疾病的发病率显著升高，同时可诱发神经系统退行性疾病。

传统活性炭吸附技术虽然应用广泛，但面临显著的技术经济瓶颈，综合成本较高，这些局限性促使研究者转向开发新型可持续吸附材料。生物质炭作为环境功能材料领域的创新成果，展现出显著的技术优势。以农业废弃物为原料的生产体系，使材料成本较活性炭降低60%～70%，制备过程采用中低温热解技术（400～700℃）。其独特的分级孔隙结构包含微孔、介孔和大孔，比表面积增加，是传统活性炭的2～3倍。表面化学特性方面，生物质炭富含羧基、羟基、羰基等官能团，通过络合作用和离子交换机制对CO²⁺的吸附容量较传统材料提升数倍。

新疆巴音郭楞蒙古自治州作为我国最大的产棉区，棉花秸秆(MG)中的大部分采用粉碎回填或露天焚烧处理。采用移动式热解炭化装备（处理能力5v/h)进行资源化利用，可使棉秆转化率达85%。技术经济分析表明，棉花秸秆生物质炭（MGC）应用前景广泛。MGC 对CO²⁺的吸附技术不仅为重金属污染治理提供了经济有效的解决方案，更开创了棉花秸秆废弃物高值化利用新途径，契合“双碳”战略目标，具有显著的生态环境效益和循环经济价值。本文旨在探讨MGC对CO²⁺的吸附性能。

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