本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及生物炭物理吸附法處理污水，具體涉及一種以CaCO3微粉作為造孔劑耦合模板劑自活化與納米鑄造作用合成多孔生物炭(CaCO3-BC)的新方法。本發(fā)明還介紹了所述多孔生物炭在染料與重金屬污染水體治理中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
生物炭(Biochar)是生物質(zhì)在低氧或是缺氧條件下通過熱解得到的一種產(chǎn)物，屬于黑炭的一種。生物炭具有高度發(fā)達(dá)的空隙，表面含有大量電荷和豐富的官能團(tuán)，如-OH、-COOH、酸酐、酚羥基、含氧官能團(tuán)等，當(dāng)生物炭與水體中的有機(jī)或是無機(jī)污染物質(zhì)接觸時，可以通過氫鍵或是偶極作用、表面絡(luò)合作用形成穩(wěn)定的物質(zhì)。由于生物炭的這些物理化學(xué)特性，因而是一種優(yōu)良的吸附劑，常用于去除水中有機(jī)或無機(jī)污染物。
生物炭制備過程可以分為炭化和活化，炭化是指在低氧環(huán)境下將生物質(zhì)高溫裂解，其目的是將原料中的氫、氧等非碳元素以揮發(fā)分(氣體)的形式逸出，留下炭骨架和灰分。生物炭制備的關(guān)鍵工藝在于第二步的活化，活化的目的是增大活性炭的比表面積，使活性炭表面形成較多發(fā)達(dá)的孔隙，增大活性炭的吸附位點，從而提高活性炭的吸附能力。從生物炭活化方式的角度，生物炭制備可以分為直接炭化法、物理活化法、化學(xué)活化法、物理化學(xué)聯(lián)合活化、微波加熱法以及模板造孔等方式。
在生物炭制備的研究領(lǐng)域，化學(xué)活化法是經(jīng)常用到的用于增大生物炭孔隙度的方式，但是化學(xué)活化方式由于用到一些腐蝕性試劑，會對環(huán)境造成危害并且會腐蝕設(shè)備，生產(chǎn)出來的生物炭中殘留部分活化劑藥品，因而不利于推廣。
微波加熱法制備生物炭雖然能夠節(jié)約能耗，但是微波炭化的不足之處在于物料的反應(yīng)溫度不能夠精確的控制，并且過量的微波輻射對人體的身體健康有損害作用，因而對于微波法的實際應(yīng)用仍有待研究。
目前，工業(yè)上多采用水蒸氣物理活化法制備高比表面積的炭吸附材料。該方法通常分兩步，首先在較低溫度下原料脫水脫氣，在溫度升高到一定時熱解產(chǎn)生焦油和甲醇等，此時形成一部分孔，然后在第一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行第二步擴(kuò)孔，將細(xì)孔表面的炭進(jìn)行氣化，開發(fā)新的孔隙，同時去除避免的有機(jī)物質(zhì)。物理活化法制備生物炭不產(chǎn)生污染物質(zhì)，但是需要較長的活化時間，炭產(chǎn)率低，比表面積小，中孔不發(fā)達(dá)。
相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，利用模板劑可以制備多孔、高比表面積的催化或吸附材料。模板法(模板造孔)制備的生物炭通常具有形狀固定的多孔結(jié)構(gòu)模板法的原理是用一種具有特殊的空隙結(jié)構(gòu)的材料作為合成模板，導(dǎo)入目標(biāo)材料或者是前驅(qū)體并使之在該模板材料的空隙中發(fā)生反應(yīng)，并利用模板劑的限制作用達(dá)到調(diào)控制備過程中物化反應(yīng)的目的，最終可以得到微觀和宏觀結(jié)構(gòu)可控的新材料。簡言之，利用模板劑制備多孔材料的原理是利用一些有機(jī)或無機(jī)的介孔材料提供骨架與目標(biāo)物質(zhì)相結(jié)合，在處理過后脫去骨架即可得到多孔材料。模板法制備的材料最主要的特點是結(jié)構(gòu)可控性，材料的結(jié)構(gòu)和孔大小由模板劑決定。目前模板主要分為有機(jī)模板和無機(jī)模板，常用的模板有表面活性劑、氧化物、硫酸鹽、硅凝膠、層狀氫氧化物、海泡石及黏土、和沸石等。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對采用物理活化法、化學(xué)活化法、微波加熱法制備生物炭的技術(shù)缺陷，結(jié)合當(dāng)前利用模板劑生物炭的研究進(jìn)展，首次提出以CaCO3微粉作為造孔劑耦合模板劑自活化與納米鑄造作用合成多孔生物炭(CaCO3-BC)的新方法。本發(fā)明為耦合納米鑄造與模板劑自活化法制備多孔生物炭提供了技術(shù)指導(dǎo)，同時為廢生物質(zhì)制備多孔生物炭奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
本發(fā)明所述多孔生物炭(CaCO3-BC)，以面粉作為模擬生物質(zhì)原料，以CaCO3微粉作為造孔劑耦合模板劑自活化與納米鑄造作用合成。
作為合成所述多孔生物炭的優(yōu)選方式之一，作為模擬生物質(zhì)原料的面粉選用組分單一的面粉。
結(jié)合模板法(模板造孔)制備生物炭的原理描述，本發(fā)明所述多孔生物炭(CaCO3-BC)的合成方法主要分為三個步驟：第一步，將有機(jī)碳源導(dǎo)入模板的孔隙中，得到成型的碳源-模板劑復(fù)合物；第二步，將第一步的復(fù)合物經(jīng)過炭化處理后得到炭-模板劑復(fù)合物；最后一步是通過一定的物理化學(xué)方法將模板從生物炭中分離，并收集生物炭。具體而言，本發(fā)明所述多孔生物炭(CaCO3-BC)的合成方法可以描述為：
步驟1)：分別稱取一定量的面粉生物質(zhì)和碳酸鈣微粉，經(jīng)烘干后置于干燥環(huán)境中冷卻至室溫，備用；
步驟2)：取干燥后的碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)混合，加入去離子水使之形成混合液，加熱攪拌，待混合液干化至凝膠狀態(tài)時，置于干燥箱內(nèi)烘干至恒重；
步驟3)：取烘干后的材料放入剛玉方舟內(nèi)，在氮氣氣氛保護(hù)下于管式電阻爐內(nèi)以10℃/min的升溫速率，先500～800℃炭化1h，后800℃活化2h；
步驟4)：用鹽酸洗滌步驟3)所得的材料，再用去離子水沖洗至濾液呈中性，再經(jīng)過濾、烘干，即得所述多孔生物炭。
作為合成所述多孔生物炭的優(yōu)選方式之一，在所述步驟1)中，碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)的烘干溫度為60℃左右。
作為合成所述多孔生物炭的優(yōu)選方式之一，在所述步驟2)中，碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)的混合質(zhì)量比為1:8～2:1，混合液的烘干溫度為80℃左右。
作為合成所述多孔生物炭的優(yōu)選方式之一，在所述步驟2)中，碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)的混合質(zhì)量比為1:1。
作為合成所述多孔生物炭的優(yōu)選方式之一，在所述步驟3)中，炭化溫度選用600℃。
作為合成所述多孔生物炭的優(yōu)選方式之一，在所述步驟4)中，鹽酸洗滌次數(shù)為3～4次，用80℃左右的去離子水沖洗6～8次至濾液呈中性。
另一方面，本發(fā)明給出了所述多孔生物炭在污染水體治理中的應(yīng)用。
作為所述應(yīng)用的優(yōu)選，所述多孔生物炭可以用于治理染料、重金屬污染水體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有下述的有益效果或優(yōu)點：
本發(fā)明首次提出以CaCO3為前驅(qū)體，以組分單一的面粉作為模擬生物質(zhì)，采用浸漬混凝、高溫?zé)峤夥ㄖ苽涠嗫咨锾緾aCO3-BC材料。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，CaCO3的造孔機(jī)理為微粉CaCO3與面粉生物質(zhì)耦合，在高溫炭化過程中模板劑本身分解產(chǎn)生CO2，當(dāng)CO2從模板劑中逸出的過程中會生成許多大的孔道形成一部分大孔，同時CO2作為一種活化性氣體能部分氧化裸露的碳邊角層狀結(jié)構(gòu)，在其表面刻出微孔。模板劑在酸洗和水洗過程中與炭分離，這樣納米級的CaCO3微粉就會在CaCO3-BC內(nèi)留下許多中孔。
本發(fā)明為耦合納米鑄造與模板劑自活化法制備多孔生物炭提供了技術(shù)指導(dǎo)，同時為廢生物質(zhì)制備多孔生物炭奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時，所述多孔生物炭的為一種性能優(yōu)良的吸附材料，可用于處理重金屬及染料廢水，為實現(xiàn)多孔生物炭在染料與重金屬污染水體治理中的應(yīng)用提供了重要的基礎(chǔ)信息。
附圖說明
圖1是多孔生物炭CaCO3-BC的合成路線圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
一、多孔生物炭CaCO3-BC的制備
多孔生物炭CaCO3-BC合成實施例1
圖1給出了多孔生物炭CaCO3-BC的合成路線圖。整體而言，這種多孔生物炭(CaCO3-BC)的合成方法可以描述為：
步驟1)：分別稱取一定量的面粉生物質(zhì)和碳酸鈣微粉，經(jīng)烘干后置于干燥環(huán)境中冷卻至室溫，備用；
步驟2)：取干燥后的碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)混合，加入去離子水使之形成混合液，加熱攪拌，待混合液干化至凝膠狀態(tài)時，置于干燥箱內(nèi)烘干至恒重；
步驟3)：取烘干后的材料放入剛玉方舟內(nèi)，在氮氣氣氛保護(hù)下于管式電阻爐內(nèi)以10℃/min的升溫速率，先500～800℃炭化1h，后800℃活化2h；
步驟4)：用鹽酸洗滌步驟3)所得的材料，再用去離子水沖洗至濾液呈中性，再經(jīng)過濾、烘干，即得所述多孔生物炭。
多孔生物炭CaCO3-BC合成實施例2
基于多孔生物炭CaCO3-BC合成實施例1，本實施例給出優(yōu)化的合成方法參數(shù)。多孔生物炭(CaCO3-BC)優(yōu)選的合成方法可以描述為：
步驟1)：分別稱取一定量的單一組分面粉生物質(zhì)(工業(yè)級，廣州嶺南穗糧谷物股份有限公司)和碳酸鈣微粉，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中以60℃左右烘干24h后，再置于干燥環(huán)境中冷卻至室溫，備用；
步驟2)：取干燥后的碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)混合，碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)的混合質(zhì)量比為1:8～2:1，進(jìn)一步優(yōu)選地，碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)的混合質(zhì)量比為1:1，加一定量的去離子水使之均勻混合后，置于磁力攪拌器上加熱攪拌，待混合液干化至凝膠狀態(tài)時，置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)以80℃左右溫度烘干至恒重；
步驟3)：取烘干后的材料放入剛玉方舟內(nèi)，在氮氣氣氛保護(hù)下于管式電阻爐(型號LTKC-4-12，杭州卓馳儀器有限公司)內(nèi)以10℃/min的升溫速率，先500～800℃炭化1h，后800℃活化2h；關(guān)于炭化溫度，500～800℃炭化均可實現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步優(yōu)選地，炭化溫度設(shè)定為600℃；
步驟4)：用鹽酸洗滌步驟3)所得的材料3～4次，再用80℃左右的去離子水沖洗6～8次至濾液呈中性，再經(jīng)過濾、烘干，即得所述多孔生物炭，在研缽中研磨并篩分成不同粒徑大小備用。
需要說明的是，所述多孔生物炭標(biāo)記為CaCO3-BC。不同的碳酸鈣微粉與面粉生物質(zhì)混合質(zhì)量比分別用不同的標(biāo)記，如1:1的混合比例標(biāo)記為CaCO3-BC-1:1，2:1的混合比例標(biāo)記為CaCO3-BC-2:1，1:2的混合比例標(biāo)記為CaCO3-BC-1:2，1:8的混合比例標(biāo)記為CaCO3-BC-1:8。
二、多孔生物炭CaCO3-BC的分析表征
1、孔徑結(jié)構(gòu)特征分析
采用Beckman Coulter公司生產(chǎn)的Auto-sorb-6，Quantachrome型比表面積及孔隙分析儀測定生物炭的BET比表面積并分析孔徑結(jié)構(gòu)。對生物炭進(jìn)行240min的脫氣，并采用液氮浸沒下N2吸附六點法進(jìn)行測定。將測定數(shù)據(jù)用不同的吸附-脫附模型進(jìn)行擬合，得到生物炭的微孔、中孔和大孔的分布特征。同時，將數(shù)據(jù)代入BET計算方程計算得出生物炭的BET值。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，800℃炭化溫度下得到的生物炭具有較發(fā)達(dá)的孔徑，中孔發(fā)達(dá)。500℃、600℃、800℃炭化溫度下制得的CaCO3-BC的BET比表面積分別為279.2m2/g、309.5m2/g、441.2m2/g，逐漸增大。
2、傅里葉變換紅外光譜分析
采用德國Bruker公司Tensor27型紅外光譜儀對樣品進(jìn)行紅外光譜分析。將待測粉末生物炭樣品與KBr以一定的比例混合均勻，在瑪瑙研缽中研磨至微米級的粉體，在一定壓力下制成厚度約為1mm的半透明薄片后測試。
通過比較三種溫度(500℃、600℃、800℃)的光譜特征發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，吸收峰的數(shù)量逐漸減少，吸收峰的強(qiáng)度也在降低，這說明隨著炭化溫度的升高，生物炭表面的官能團(tuán)在減少，很多有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)在熱解過程中分解揮發(fā)。通過查找比對發(fā)現(xiàn)CaCO3-BC在500cm-1左右出現(xiàn)了C-H特征峰，對應(yīng)為芳香烴類化合物，但是當(dāng)溫度升為800℃后此特征峰消失不明顯；在875cm-1時出現(xiàn)了較強(qiáng)的吸收峰，主要是C-O面外吸收峰，對應(yīng)為纖維素和糖類，這或許與材料本身有關(guān)，因為本論文以過期面粉為原料，面粉中含有大量的纖維素和糖類。同時，隨著溫度的升高，纖維素和糖類發(fā)生分解，故而該特征峰峰值逐漸降低；在1417cm-1左右出現(xiàn)最強(qiáng)的吸收峰并且一直延續(xù)到1700cm-1左右，此吸收峰主要包含CO2、C-O、C＝C、C＝O振動峰，該處主要是伸縮羧酸鹽、碳酸鹽、芳香環(huán)、酰胺類以及羧酸鹽類的吸收峰。這主要是由于CaCO3分解產(chǎn)生CO2，同時由于纖維素和糖類的分解會產(chǎn)生C＝C與C＝O；在2360cm-1左右也出現(xiàn)了一個逐漸減弱的吸收峰，這是C-H吸收峰，在3643cm-1左右出現(xiàn)了較強(qiáng)的OH振動峰這可能是CO2氧化碳骨架所致。
通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，CaCO3-BC的主要組成為C、H、O經(jīng)炭化活化后形成了羥基、羧基等官能團(tuán)，并且具有多種碳化物結(jié)構(gòu)。炭化過程中，纖維素和糖類以及CaCO3的分解轉(zhuǎn)化過程是面粉轉(zhuǎn)化為多孔生物炭的主要轉(zhuǎn)化過程。
三、多孔生物炭CaCO3-BC對染料廢水的吸附
隨著國家經(jīng)濟(jì)的增長，印染行業(yè)不斷發(fā)展壯大，每年向環(huán)境中排放大量的廢水。偶氮染料是印染行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類合成染料，其分解產(chǎn)生的芳香胺類化合物對人體有潛在的致癌性，被人體吸收后易造成紅斑、水皰、丘疹等皮炎癥狀，成為人體病變的誘因。處理染料廢水可以分為物理法、化學(xué)法和生物法，其中物理法包括吸附法、膜分離技術(shù)、磁分離技術(shù)，化學(xué)法包括電化學(xué)法、高級氧化法，生物法包括微生物處理法、好氧法、厭氧法及好氧-厭氧聯(lián)合法等。吸附法被認(rèn)為是一種較有效的方法，能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，不產(chǎn)生新的污染且產(chǎn)生的剩余污泥較少。
酸性橙II(Acid OrangeⅡ)是一種偶氮染料，主要用于蠶絲，羊毛織品的染色，也可用于皮革，紙張的染色。在甲酸浴中可染錦綸。該品可在毛，絲錦綸上直接印花，也可用作指標(biāo)劑和生物著色。
1、模擬酸性橙II染料廢水的配制
取一定量的酸性橙Ⅱ粉末，于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)以80℃左右溫度烘干4h；取烘干后粉末，加水配制成100～1000mg/L不同濃度的模擬酸性橙Ⅱ染料廢水。
2、多孔生物炭CaCO3-BC對酸性橙Ⅱ的吸附計算方法
取一定量的生物炭以一定投加量加入到一定濃度的模擬酸性橙Ⅱ染料廢水中，用稀HNO3和NaOH調(diào)節(jié)溶液pH一定，控制吸附溫度，以200r/min轉(zhuǎn)速振蕩一定時間，將混合液離心過濾，稀釋后用紫外可見分光光度計測定濾液的吸光度并換算成濃度，以平行樣作參比，計算生物炭的去除率和吸附量。
式中：η為酸性橙Ⅱ去除率；qe為生物炭對酸性橙Ⅱ的吸附容量，(mg/g)；C0為吸附前溶液中酸性橙Ⅱ的濃度，(mg/L)；Ci為吸附后溶液中酸性橙Ⅱ的濃度，(mg/L)；V為酸性橙Ⅱ溶液體積，(L)；W為生物炭的投加量，(g)。
3、多孔生物炭CaCO3-BC投加量對酸性橙Ⅱ的吸附影響
取200mg/L模擬酸性橙Ⅱ染料廢水，分別以0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0g/L的投加量加入CaCO3-BC-1:1、CaCO3-BC-1:2、CaCO3-BC-1:8，控制溶液pH在3左右，室溫下以200r/min的轉(zhuǎn)速振蕩吸附100min，計算平衡時酸性橙II的去除率。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，染料去除率隨生物質(zhì)炭的投加量的增加而增大，CaCO3-BC-1:8對染料的去除率明顯低于前兩種材料。當(dāng)CaCO3-BC的投加量達(dá)到1g/L時，CaCO3-BC-1:1、CaCO3-BC-1:2對酸性橙II的去除率基本保持不變，此時的去除率都超過了95％。
4、多孔生物炭CaCO3-BC吸附時間對酸性橙Ⅱ的吸附影響
分別取一定量CaCO3-BC-1:1、CaCO3-BC-1:2、CaCO3-BC-1:8材料，以1g/L的投加量，調(diào)節(jié)pH為3左右，在常溫下進(jìn)行動力學(xué)實驗，得到去除率、吸附容量隨時間的變化曲線。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述三種吸附劑的吸附量隨時間的延長而增大，在吸附的初始階段，生物質(zhì)炭對酸性橙Ⅱ的吸附速率較快，隨著時間的延長，吸附量逐漸趨于平緩，這時候溶液中酸性橙Ⅱ的濃度不斷下降，且吸附劑的活性位點趨于飽和，使得吸附量不再變化。三種材料的吸附速率較快，幾乎都在60min內(nèi)達(dá)到平衡。
5、粒度大小對CaCO3-BC吸附酸性橙II的影響
取200mg/L模擬酸性橙Ⅱ染料廢水，以同一投加量加入CaCO3-BC-1:1，調(diào)節(jié)pH為3左右，以200r/min的轉(zhuǎn)速振蕩吸附一定時間，離心過濾后測定吸附后染料濃度計算對酸性橙Ⅱ的去除率。CaCO3-BC-1:1供試粒度范圍為：<20目、20～60目、60～100目、100～150目、>150目。經(jīng)實驗得知，當(dāng)粒度過大或者過小時，CaCO3-BC-1:1對酸性橙Ⅱ的去除率都會降低，這可能是因為，粒度太大，CaCO3-BC的比表面積太低，活性吸附位點太少，不利于染料的吸附，而粒度過小則會破壞原有的多孔結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)粒度大小為20～60目時，該生物質(zhì)炭具有最大的吸附能力。
6、pH值對CaCO3-BC吸附酸性橙II的影響
取粒徑為20～60目大小的CaCO3-BC-1:1，以1g/L的投加量吸附200mg/L模擬酸性橙Ⅱ染料廢水，在0～12范圍內(nèi)調(diào)節(jié)不同pH值，研究pH值變化對染料吸附的影響。試驗得出，該CaCO3-BC對酸性橙Ⅱ染料的去除率隨pH的增大而降低，可能是因為酸性橙Ⅱ表面陰離子帶負(fù)電，在酸性環(huán)境下與CaCO3-BC吸附劑結(jié)合，當(dāng)pH增大時，CaCO3-BC表面會去質(zhì)子化而帶負(fù)電，與酸性橙Ⅱ產(chǎn)生排斥作用，從而降低吸附效果。pH值在低于10范圍內(nèi)CaCO3-BC對染料的去除率較高，綜合比較取pH為3左右最佳。
四、多孔生物炭CaCO3-BC對重金屬廢水的吸附
隨著我國礦產(chǎn)資源的開發(fā)，重金屬污染越來越受到人們的關(guān)注。通常所說的重金屬是指具有明顯的生物毒性的重金屬如汞、鉻、鉛、鎘、鎳等，這些污染通常來自電鍍行業(yè)與礦產(chǎn)業(yè)。重金屬一旦進(jìn)入人體，在人體累計達(dá)到一定閾值就會使人產(chǎn)生病變，嚴(yán)重威脅人的健康。
鉻是一種常見的重金屬，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，因而每年產(chǎn)生大量的含鉻廢水。長期以來，生物炭可應(yīng)用于含鉻廢水的吸附。生物炭尤其是通過改性后的生物炭因其表面含有多孔結(jié)構(gòu)與微孔，表面含有豐富的羥基、羧基、酚羥基等官能團(tuán)，能夠與重金屬鉻產(chǎn)生絡(luò)合-還原等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，能夠?qū)χ亟饘倨鸬捷^好的去除效果。
1、模擬含重金屬Cr(VI)廢水的配制
取一定量分析純的重鉻酸鉀(K2Cr2O7)粉末，于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)以100℃左右溫度烘干4h。取烘干后粉末0.2829g，加水溶解，移至1000mL容量瓶中定容至刻度線，此貯備液中Cr(VI)的含量為100mg/L。取5mL貯備液于500mL容量瓶，用水稀釋至表現(xiàn)，搖勻得到標(biāo)準(zhǔn)溶液。
2、多孔生物炭CaCO3-BC對Cr(VI)的吸附性能測試
取一定量的生物炭以一定投加量加入到一定濃度的模擬含重金屬Cr(VI)廢水中，用稀HNO3和NaOH調(diào)節(jié)溶液pH一定，控制吸附溫度，以200r/min轉(zhuǎn)速振蕩一定時間，將混合液離心過濾，稀釋后用紫外可見分光光度計測定濾液的吸光度并換算成濃度，以平行樣作參比，計算生物炭的去除率和吸附量。
式中：η為酸性橙Ⅱ去除率；qe為生物炭對Cr(VI)的吸附容量，(mg/g)；C0為吸附前溶液中Cr(VI)的濃度，(mg/g)；Ci為吸附后溶液中Cr(VI)的濃度，(mg/g)；V為Cr(VI)溶液體積，(L)；W為CaCO3-BC的投加量，(g)。
3、pH值對CaCO3-BC吸附Cr(VI)的影響
分別取20mL初始濃度為50mg/L的K2Cr2O7溶液，調(diào)節(jié)溶液為一系列不同的pH值(pH值2～11)，以1g/L的投加量加入CaCO3-BC-1:1，在25℃下以200r/min的轉(zhuǎn)速置于恒溫水浴振蕩器內(nèi)吸附300min，離心過濾稀釋后在紫外可見分光光度計下測定溶液吸光度并換算成濃度，計算CaCO3-BC-1:1對Cr(VI)的吸附容量、去除率。
經(jīng)研究得出，隨著pH值的升高，吸附容量與去除率不斷下降，這是因為鉻在溶液中以Cr2O72-的形式存在，當(dāng)溶液中pH值較低時，CaCO3-BC-1:1表面由于質(zhì)子化帶正點將通過靜電吸附作用吸附Cr2O72-，另外，在低pH條件下Cr(VI)還可能會還原為Cr(III)，當(dāng)pH值升高時，由于去質(zhì)子化會與Cr2O72-產(chǎn)生靜電排斥，從而降低對Cr2O72-的吸附。整體而言，取pH值在4～6最佳。
4、炭化溫度下CaCO3-BC吸附Cr(VI)的影響
取20mL初始濃度為50mg/L的K2Cr2O7溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為5左右，以1g/L的投加量加入炭化溫度分別為800℃、600℃、500℃的CaCO3-BC-1:1，分別記作T1-800℃、T2-600℃、T3-500℃，在25℃下以200r/min的轉(zhuǎn)速置于恒溫水浴振蕩器內(nèi)吸附300min，離心過濾稀釋后在紫外可見分光光度計下測定溶液吸光度并換算成濃度，計算CaCO3-BC-1:1對Cr(VI)的吸附容量和去除率，比較炭化溫度對CaCO3-BC-1:1吸附Cr(VI)的影響。
當(dāng)溫度為800℃時，Cr(VI)的吸附容量和去除率最大。這是因為CaCO3在800℃時分解產(chǎn)生CO2和CaO，CO2能夠起到活化造孔的作用，而微粉CaCO3模板劑能夠起到納米鑄造的作用，故而此條件下的CaCO3-BC-1:1具有最佳的吸附能力。
5、CaCO3-BC對Cr(VI)的吸附隨時間的變化
分別取20mL初始濃度為50mg/L的K2Cr2O7溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為5左右，以1g/L的投加量加入CaCO3-BC-1:1、CaCO3-BC-1:2、CaCO3-BC-0:1，在25℃下以200r/min的轉(zhuǎn)速置于恒溫水浴振蕩器內(nèi)吸附，取一系列不同的吸附時間，離心過濾稀釋后在紫外可見分光光度計下測定溶液吸光度并換算成濃度，計算CaCO3-BC-1:1對Cr(VI)的吸附容量、去除率隨吸附時間的變化。
經(jīng)試驗得知，CaCO3-BC-1:1比CaCO3-BC-0:1吸附效果明顯好，吸附容量與去除率隨時間的推移而逐漸增大。CaCO3-BC-0:1的吸附容量變化不大，可能是因為表面活性吸附位點較少，孔徑不發(fā)達(dá)的原因。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，CaCO3-BC-1:1與CaCO3-BC-1:2在300min后基本達(dá)到平衡。
上面結(jié)合實施例對本發(fā)明做了進(jìn)一步的敘述，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。