一区论文应用案例 · 前沿专题型

微波辅助水热炭化和K2CO3活化强化红泥改性生物炭对水中铅（II）的吸附：性能与机理

该研究发表于 Separation and Purification Technology（2025），使用 XH-300PE 开展 重金属废水治理；生物质资源化；红泥固废高值利用；微波辅助水热炭化吸附材料 研究，关键结果包括AMHC比表面积 591.91 m²/g；取得最高比表面积 591.91 m2/g；即可达到平衡吸附量 95%。

查看 DOI 返回论文库
论文编号 571
应用方向 重金属废水治理；生物质资源化；红泥固废高值利用；微波辅助水热炭化吸附材料
关键结果 AMHC比表面积 591.91 m²/g
核心条件 温度 160 °C / 105 °C / 700 °C
论文编号
571
期刊
Separation and Purification Technology
影响因子
9
中科院分区
1 区
发表年份
2025
DOI
10.1016/j.seppur.2025.131825
设备型号
XH-300PE
作者单位
山西大学；山西大学 煤废弃物资源高效利用国家重点实验室；山西大学 资源与环境工程研究所
Shanxi University
研究方向
重金属废水治理；生物质资源化；红泥固废高值利用；微波辅助水热炭化吸附材料

事实快照

  • 论文：微波辅助水热炭化和K2CO3活化强化红泥改性生物炭对水中铅（II）的吸附：性能与机理
  • 设备：XH-300PE
  • 期刊与分区：Separation and Purification Technology，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 160 °C / 105 °C / 700 °C；时间 3 h / 24 h / 40 min
  • 关键结果：AMHC比表面积 591.91 m²/g；取得最高比表面积 591.91 m2/g；即可达到平衡吸附量 95%
  • 用途：可作为 重金属废水治理；生物质资源化；红泥固废高值利用；微波辅助水热炭化吸附材料 的论文证据页。

研究摘要

本研究以低成本玉米芯（CC）和红泥（RM）为原料，通过微波辅助水热炭化（MHTC）和K₂CO₃活化成功制备了红泥改性生物炭（AMHC）。结果表明，添加红泥能显著改善AMHC特性：当CC与RM质量比为8:2时，AMHC比表面积最高达591.91 m²/g，总孔容最高为0.49 cm³/g；当质量比为5:5（AMHC-C5R5）时，AMHC磁强度最高达30.85 emu/g，有利于通过磁分离从水溶液中回收。此外，AMHC-C5R5在45 °C时最大吸附容量为350.28 mg/g，吸附过程以化学吸附为主导。有趣的是，未添加红泥的AMHC在Pb(II)初始浓度超过200 mg/L时吸附呈非自发，而AMHC-C5R5在Pb(II)初始浓度达到500 mg/L前仍保持自发。进一步研究表明，AMHC表面的–COOH、–OH、Fe₃O₄和Fe₂O₃可促进Pb(II)与AMHC之间的静电吸附，吸附机理涵盖离子交换、静电作用、沉淀、络合和孔填充。

研究背景与解决的问题

本研究以低成本玉米芯（CC）和红泥（RM）为原料，通过微波辅助水热炭化（MHTC）和K₂CO₃活化成功制备了红泥改性生物炭（AMHC）。

设备应用与实验条件

项目参数
温度160 °C / 105 °C / 700 °C
时间3 h / 24 h / 40 min

关键结果

AMHC比表面积 591.91 m²/g
取得最高比表面积 591.91 m2/g
即可达到平衡吸附量 95%
去除率 32.44%
指标结果
AMHC比表面积591.91 m²/g
取得最高比表面积591.91 m2/g
即可达到平衡吸附量95%
去除率32.44%
去除率99.69%
吸附容量350.28 mg/g

机制/方法亮点

  • 孔结构与比表面积强化 红泥引入与 K2CO3 活化共同促进孔隙发育，提高比表面积和总孔容，为 Pb(II) 提供更多接触界面与扩散通道。 表面活性位点增加 材料表面的 -COOH、-OH 官能团，以及红泥引入的 Fe3O4 和 Fe2O3 成为关键吸附位点，增强了 Pb(II) 与材料表面的相互作用。 化学吸附主导 动力学拟合中 PSO 模型最优，表明吸附过程主要由化学吸附控制，而非单纯物理吸附。 多机制协同去除 论文结合 zeta potential、SEM-EDS、XPS 和理论计算指出，Pb(II) 去除并非单一路径，而是由 ion exchange、electrostatic interaction、precipitation、complexation 与 pore filling 共同作用。 红泥赋予更强吸附热力学驱动力 理论与热力学结果共同说明，红泥引入后体系在更高初始浓度下仍可保持自发吸附，说明其不只是“提供磁性”，还实质性提升了 Pb(II) 结合驱动力。

应用价值

  • 把 玉米芯 + 红泥 两类低值原料转化为高附加值重金属吸附剂，资源化逻辑清晰
  • 方法段明确使用祥鹄 XH-300PE 完成关键微波水热炭化步骤，设备信息可直接定位
  • 最优样品 AMHC-C5R5 兼具 350.28 mg/g 高吸附量与 30.85 emu/g 磁分离能力
  • 吸附在 240 min 内达到 95% 以上平衡容量，兼顾速率与容量
  • 机理链条较完整，覆盖孔结构强化、表面官能团作用、铁氧化物活性位点与多重吸附机制

相关仪器推荐

XH-300PE 高压超声波微波协同组合工作站
XH-300PE 高压超声波微波协同组合工作站

常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-300PE。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Separation and Purification Technology（2025），使用 XH-300PE 开展 重金属废水治理；生物质资源化；红泥固废高值利用；微波辅助水热炭化吸附材料 研究，关键结果包括AMHC比表面积 591.91 m²/g；取得最高比表面积 591.91 m2/g；即可达到平衡吸附量 95%。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Separation and Purification Technology，中科院 1 区。
引用信息
Enhanced adsorption for aqueous lead (II) by red mud-modified biochar via microwave-assisted hydrothermal carbonization and K2CO3 activation: Performance and mechanism
Separation and Purification Technology, 2025
DOI: 10.1016/j.seppur.2025.131825