• 关键词：曲面优化  污泥生物炭  KOH改性  Pb（Ⅱ）  吸附机制

• 基金项目：广东高校省级重点平台和重大科研项目（No.2017GKZDXM007）；广东省教育厅重点科研平台和科研项目（No.2018GkQNCX144）；肇庆市科技创新指导类项目（No.2021040302002）；广东高校省级重点科研平台和科研项目（No.2018GKQNCX144）

• 周佳丽
• 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006

• 林伟雄
• 肇庆学院环境与化学工程学院，肇庆 526061

• 关智杰
• 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006

• 廖小健
• 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006

• 高建明
• 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006

• 黄振华
• 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006

• 孙水裕
• 广东工业大学环境科学与工程学院，广州 510006;广东环境保护工程职业学院，佛山 528216

• 黄明珠
• 佛山市水业集团有限公司，佛山 528000

• 徐廷国
• 佛山市水业集团有限公司，佛山 528000

• 区雪连
• 广东环境保护工程职业学院，佛山 528216

• 摘要：采用响应曲面法优化了KOH改性污泥生物炭（SB-KOH）的制备条件，研究了各因素之间对生物炭吸附性能的交互影响，并且探讨了KOH强化生物炭吸附能力的机制.同时，研究了吸附时间、吸附温度及pH对SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）的影响，探讨其吸附机理.结果表明：KOH浸渍浓度是最显著因素，较高浸渍浓度有利于提高SB-KOH的吸附性能；增加KOH浸渍浓度和升高热解温度可以协同提高SB-KOH的吸附性能；最佳制备条件为2.5 mol·L^-1的KOH浸渍浓度、7 h的浸渍时间、631 ℃的热解温度和44 min的热解时间.KOH改性后的污泥生物炭表面粗糙， 比表面积增大，微孔数量增加，SB-KOH的比表面积为141.22 m²·g^-1，是原污泥生物炭（SB，5.93 m²·g^-1）的24倍，改性后的生物炭碱性提高、K元素含量增加.SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）是以化学吸附为主的多分子层混合吸附，膜扩散是主要的速率控制步骤，增加溶液pH、提高温度可促进吸附.吸附机制涉及矿物沉淀（Q_mp）、离子交换（Q_ie）、含氧官能团的络合（Q_oc）和金属π键结合（Q_mπ），不同吸附机理的贡献顺序为：Q_mp（143.5 mg·g^-1）>Q_ie（39.67 mg·g^-1）>Q_oc（8.56 mg·g^-1）>Q_mπ （1.65 mg·g^-1），KOH改性强化了生物炭对Pb（Ⅱ）的矿物沉淀和离子交换吸附量.本研究丰富了KOH改性污泥生物炭的制备理论，阐明了SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）吸附机理及其影响的主要机制.

• Abstract：In this study， response surface methodology was used to optimize the preparation conditions of KOH-modified sludge biochar （SB-KOH）， and the interaction between various factors was studied. The mechanism of KOH enhancing the adsorption capacity of biochar was explored. At the same time， the effects of adsorption time， adsorption temperature and adsorption pH were studied. The adsorption mechanism was discussed. The results showed that KOH soaking concentration had the most significant effect on SB-KOH. A higher concentration was beneficial to improve the adsorption performance. The KOH soaking concentration and pyrolysis temperature can synergistically improve the adsorption performance. The best preparation parameters were 2.5 mol·L^-1 soaking concentration， 7 h soaking time， 631 ℃ pyrolysis temperature and 44 min pyrolysis time. After KOH modification， the surface of biochar was rough； and the specific surface area and the number of micropores increased. The specific surface area of SB-KOH was 141.22 m²·g^-1， which was 24 times of SB （5.93 m²·g^-1）. After being modified with KOH， the alkalinity and the K element content of the biochar were increased. Pb（Ⅱ） adsorption by SB-KOH belong to multi-molecular layer mixed adsorption dominated by chemical adsorption， and membrane diffusion was the main rate control step. Adsorption mechanism involved mineral precipitation （Q_mp）， ion exchange （Q_ie）， complexation of oxygen-containing functional groups （Q_oc）， and metal π bond bonding （Q_mπ）. The order of contribution of different adsorption mechanisms was： Q_mp（143.5 mg·g^-1）>Q_ie （39.67 mg·g^-1）>Q_oc（8.56 mg·g^-1）>Q_mπ（1.65 mg·g^-1）. KOH modification enhanced the mineral precipitation and ion exchange adsorption capacity of Pb（Ⅱ） on SB-KOH. This study enriched the preparation theory of KOH modified sludge biochar， and clarified the adsorption mechanism of SB-KOH for Pb（Ⅱ）.

• Key words：response surface methodology optimization  sludge biochar  KOH modification  Pb（Ⅱ）  adsorption mechanism

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