茶渣制備的生物質炭對重金屬鎳的吸附研究

洪慈清，桂芳澤，陳芳容，方 云，游雨欣，關 雄，潘曉鴻

（福建農林大學閩臺作物有害生物生態防控國家重點實驗室&生物農藥與化學生物學教育部重點實驗室，福州 350002）

0 引言

重金屬鎳是一種人體必需的微量元素[1]，但人體內鎳含量過高可導致炎癥、癌癥、神經衰弱、系統紊亂等健康問題[2]。隨著現代電鍍、冶煉、化工、紡織、印染等行業的發展，工業上排放的含重金屬鎳廢水成為了鎳污染的主要污染源，直接或間接地影響到人們的生活，嚴重威脅到生態平衡和人類發展[3]。目前，國內用于處理含鎳廢水的主要途徑有化學沉淀法、化學氧化還原法、膜技術分離法等[4]，但這些傳統方法的主要缺點在于處理低濃度(<100 mg/L)重金屬廢水時，所需要耗費的成本相對高、容易造成二次污染等問題[4-5]。生物質炭作為一種新型吸附劑，其比表面積和孔隙度較大，具有羥基、羧基等利于吸附的官能團[6]，對廢水中的重金屬離子具有良好的去除效果，有更高的吸附選擇性、更低的處理成本和操作費用，在農業、環境、能源等多個領域應用廣泛。生物質炭以其價廉、高效、綠色的特點，成為去除重金屬的重要發展方向，具有較好的環境效益及廣闊的應用前景。例如在農業上施加生物質炭能有效降低Al、Cu、Fe等重金屬可交換態的含量，有利于土壤修復[7]；有研究發現，用獼猴桃修剪枝制備的生物質炭對養殖廢水中的Pb2+的去除率超過80%[8]；利用杏仁殼制備的生物質炭因其比表面積大，能夠在700℃時達到1.07 V的開路電位而作為直接碳燃料電池中的燃料[9]。雖然當前已報道的用于吸附重金屬鎳的生物質炭來源有核桃殼[10]、改性花生殼炭[11]、大豆秸稈[12]等，但目前利用生物質炭用于吸附和解吸重金屬鎳的相關研究少有報道。

鑒于此，本研究選用廢棄茶渣制備生物質炭，用堿活化得到茶渣基生物質炭TBC-700，通過掃描電子顯微鏡(SEM)和激光粒度分析儀對其形貌和粒徑進行表征；通過Zeta電位測定探究其可能的吸附機理；同時利用TBC-700對重金屬鎳進行吸附，對吸附過程進行動力學及吸附等溫線擬合，探究TBC-700吸附重金屬鎳后的解吸效果，驗證了TBC-700的循環使用能力。為找尋高效、環保、價廉的吸附劑以及治理鎳污染問題提供新的方向。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試劑 廢棄茶渣制備、堿活化的生物質炭TBC-700；六水合氯化鎳（上海麥克林生化科技有限公司，分析純）；乙二胺四乙酸二鈉鹽（國藥集團化學試劑有限公司，分析純）；丁二酮肟（國藥集團化學試劑有限公司，分析純）；氨水（國藥集團化學試劑有限公司，分析純）；……