硼掺杂微介孔碳球对镉的吸附特性及机理

含镉(Cd~(2+))废水不仅来源广泛且毒性强,易对生态环境及人类健康造成极大危害,因此研究水中Cd~(2+)的去除具有重要意义。以蔗糖为碳源,硼酸为掺杂剂,利用水热和化学活化相结合的方法制备了硼掺杂微介孔碳球(boron-doped micro-mesoporous carbon spheres,B-MMPC),并首次研究了硼掺杂量、吸附时间、pH、吸附剂质量、初始质量浓度与温度对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,硼掺杂有利于提升碳材料对Cd~(2+)的吸附效果,B-MMPC-3吸附Cd~(2+)的最佳pH=5,12 h基本达到吸附平衡,温度升高对吸附有利。当碳投加量为40 mg,p H=5,Cd~(2+)初始质量浓度为110 mg·L~(-1),取50 mL Cd~(2+)溶液,在298 K下吸附12 h后,B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附量高达41.9 mg·g~(-1);且在相同实验条件下,温度升高到308 K和318K时,B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附量分别是42.9mg·g~(-1)和43.3mg·g~(-1)。利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积(BET)、红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)表征吸附Cd~(2+)前后B-MMPC-3的形貌结构证实,B-MMPC-3为具有微介孔结构的碳球,直径为1-6μm,样品中硼、碳和氧的质量分数分别为6.46%、90.43%和3.11%,比表面积和孔体积分别为672.3m2·g~(-1)和0.36cm3·g~(-1),表面存在着丰富的含氧和含硼官能团。而且,提出了B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附机理主要有静电吸引、孔隙吸附以及O-B-O、C=O、-OH等官能团络合。B-MMPC-3对Cd~(2+)的吸附取得了较好的效果,有利于促进B-MMPC-3在其他重金属废水(铅、铜、铬、砷等)或印染废水(亚甲基蓝、橙黄G、甲基紫等)领域中的应用。