改性花生壳生物炭吸附典型烷基和氯代有机磷阻燃剂的机理研究

    • 摘要: 近年来,烷基和氯代有机磷阻燃剂(OPFRs)污染在各种环境中普遍存在引起了人们的关注。磷酸三(2-丁氧基)乙酯(TBOEP)、磷酸三丙酯(TPrP)以及磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯(TDCPP)分别为烷基-和氯代-OPFRs的典型化合物。该文以废弃花生壳为前驱体,KOH为改性剂,采用简单热解法制备了不同热解温度的4种改性花生壳生物炭,并将其用于吸附这3种OPFRs污染物。通过SEM、BET、FTIR、XPS、零点电位及水接触角等表征分析发现600℃热解的生物炭(PBC600)具有较高的比表面积(SSA)、丰富的孔结构和含有-OH、-NH和-COOH等表面官能团。当OPFRs初始浓度为5 mg·L-1时,pH=5,投加10 mg PBC600吸附3 h后,TBOEP、TPrP和TDCPP的去除率分别达73%、80%和89%;环境水体中常见共存离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Cl-和SO42-)对OPFRs吸附均无显著的影响。通过吸附前后SEM-EDS、FTIR比较分析,结合吸附试验、吸附模型拟合以及密度泛函理论(DFT)计算分析,结果表明,PBC600对TDCPP更符合伪二阶动力学,以化学吸附为主;而TBOEP更符合伪一阶动力学,以物理吸附为主,其理论吸附量Qm(110.62 mg·g-1)与实验吸附量(108.2 mg·g-1)相一致。PBC600对3种OPFRs吸附速率顺序从大到小依次为TDCPP > TPrP > TBOEP,这与3种化合物的分子静电势有关。3种OPFRs在PBC600上的吸附过程更符合Langmuir模型,但Langmuir模型理论吸附量与实验数据并不一致,说明PBC600存在非均匀的多层吸附。3种OPFRs的吸附机理主要包括孔隙填充、氢键作用和疏水作用;TDCPP还存在弱的静电作用。PBC600对实际水样中OPFRs吸附去除率略有降低,与水体中总有机碳有关,循环5次后略有下降。该研究结果有望为OPFRs污染的绿色吸附材料开发提供理论参考。

       

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