生物炭是一種有效去除廢水中汞(Hg(II))的環(huán)境友好型材料，但其大規模應用仍受到生物炭較高的制備成本限制。因此，迫切需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟評估以量化生物炭制備的成本效益比，推動(dòng)其從實(shí)驗室走向市場(chǎng)。

　　東北地理所濕地生物與環(huán)境學(xué)科組研究人員，利用工業(yè)副產(chǎn)品硫化鈉和松木末在馬弗爐中制備改性生物炭，并從有效性、安全性、經(jīng)濟性三方面系統評估了改性生物炭對廢水中Hg的去除效率、吸附穩定性與效費比，為推動(dòng)生物炭工業(yè)化生產(chǎn)和規模化應用提供基礎數據和指導。

　　研究結果表明：在300 條件下制備的硫化鈉改性生物炭(SBC300)相比500 和700 有著(zhù)更高的Hg(II)去除能力，對模擬廢水中Hg的去除率高達96.4%，對實(shí)際廢水中Hg的去除率高達70.2%。通過(guò)解吸實(shí)驗、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗以及SEM和XPS表征，發(fā)現SBC300的Hg凈化機制主要為表面吸附和C-S，C-S-C官能團與Hg(II)在表面形成穩定的HgS沉淀，且解吸率極低，表明SBC300吸附Hg后具有較高的穩定性。通過(guò)制備工藝能源與原材料消耗、產(chǎn)率、去除率及穩定性三方面評估發(fā)現，利用SBC300從廢水中去除1g汞的成本僅為1.74美元，與未改性生物炭相比經(jīng)濟性提高24.7%。

圖1未改性生物炭(UBC)和改性生物炭(SBC)的Hg(II)去除率和解吸率

圖2UBC300(a，b)和SBC300(c，d)吸附前(a，c)和吸附后(b，d)的SEM圖像

圖3 C1s (a)、S2p (b)和Hg4f (c) 吸附吸附 Hg 前后的XPS光譜

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在工程技術(shù)領(lǐng)域重要期刊FUEL上，論文第一作者為濕地生物與環(huán)境科學(xué)科組碩士研究生趙雯雯，通訊作者為張仲勝研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(U20A2083. U19A2042)和國際科學(xué)組織聯(lián)盟專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì )(ANSO-PA-2020- 14)的資助。

　　論文信息：

　　Zhao, W., Zhang, Z., Xin, Y., Xiao, R., Gao, F., Wu, H., ... & Lu, K. (2024). Na2S-modified biochar for Hg (II) removal from wastewater: A techno-economic assessment. Fuel, 356. 129641.

　　原文鏈接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001623612302255X