磁性生物炭-蒙脱石复合材料高效去除酸性矿山废水中Cu2+、Pb2+、Cd2+的机理与应用研究

《Separation and Purification Technology》：Efficient removal of Cu2+, Pb2+, and Cd2+ by two magnetic biochar-montmorillonite composites and the application in synthetic wastewater

本研究通过共沉淀-热解与浸渍-热解法制备两种磁性生物炭-蒙脱石复合材料（FMBC1/FMBC2），在pH=5、投加量1.5 g/L条件下对Cu（100 ppm）、Pb、Cd（50 ppm）去除率超99%，其机理涉及官能团络合、结晶沉淀、离子交换与还原沉淀，为酸性矿山废水（AMD）重金属治理提供可磁回收再生吸附剂的理论基础。

　　

材料特性分析

通过X射线衍射（XRD）对FMBC1和FMBC2的晶体结构分析（图1a）显示，两种材料均存在Fe₃O₄和蒙脱石的典型衍射峰。FMBC1谱图中2θ=30.08°、35.48°、62.57°处的衍射峰，以及FMBC2谱图中2θ=30.11°、35.60°、62.60°处的衍射峰，分别对应Fe₃O₄的（220）、（311）和（440）晶面。两种材料在2θ=19.91°和35.60°处均出现蒙脱石特征峰，表明复合材料成功负载磁性组分并保留黏土矿物骨架。

结论

本研究通过共沉淀-热解与浸渍-热解法成功合成两种对Cu、Pb、Cd具有强吸附能力的磁性生物炭-蒙脱石材料。两种材料表面及孔隙内均分布有丰富Fe₃O₄颗粒（粒径约30–50 nm），且富含官能团。批次实验表明，在pH=5、投加量1.5 g/L时，FMBC1与FMBC2对Cu、Pb、Cd的吸附容量显著，且可通过磁吸附快速回收，经EDTA-HCl解吸后具备重复使用潜力，为AMD中重金属治理提供技术支撑。