茶叶生物炭磁性材料对水中重金属铬的超声吸附研究

高海荣; 韩玟玟; 刘晓乐; 程远卓; 胡金洋; 扶新怡

doi:10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.10.0023

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茶叶生物炭磁性材料对水中重金属铬的超声吸附研究

化工与材料工程 | 更新时间：2026-07-31

- 茶叶生物炭磁性材料对水中重金属铬的超声吸附研究
- Study on the Ultrasonic Adsorption of Cr（Ⅵ） in Water by Tea Biochar Magnetic Materials
- 中北大学学报(自然科学版) 2026年47卷第4期页码：491-499
- 作者机构：
  
  郑州师范学院化学化工学院，河南郑州 450044
- 作者简介：
  
  高海荣（1973-），女，副教授，硕士，主要从事环境分析及应用的研究。E⁃mail： gaohairong2004@163.com。
- 基金信息：
  
  河南省高等学校重点科研项目(25B150030);郑州师范学院专创融合特色示范课程项目(ZCRHTSKC-0001242998);大学生创新项目(SDCJH-263973)
- DOI：10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.10.0023
  中图分类号： TQ 424.2
- 收稿：2025-10-27，
  
  网络首发：2026-07-31，
  
  纸质出版：2026-08-31
- 稿件说明：
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高海荣，韩玟玟，刘晓乐，等. 茶叶生物炭磁性材料对水中重金属铬的超声吸附研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2026， 47（4）： 491-499.

Gao　Hairong， Han　Wenwen， Liu　Xiaole， et al. Study on the ultrasonic adsorption of Cr（Ⅵ） in water by tea biochar magnetic materials［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2026， 47（4）： 491-499.
高海荣，韩玟玟，刘晓乐，等. 茶叶生物炭磁性材料对水中重金属铬的超声吸附研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2026， 47（4）： 491-499. DOI： 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.10.0023.

Gao　Hairong， Han　Wenwen， Liu　Xiaole， et al. Study on the ultrasonic adsorption of Cr（Ⅵ） in water by tea biochar magnetic materials［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2026， 47（4）： 491-499. DOI： 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.10.0023.

摘要

采用共沉淀法合成了茶叶生物炭磁性材料，并进行了FT-IR和XRD表征，将其应用于废水中重金属Cr（Ⅵ）的超声去除研究，探究了反应条件对材料吸附Cr（Ⅵ）效果的影响，并对其吸附过程进行了动力学和等温吸附拟合。研究结果表明：室温下，最优吸附条件为pH=1、吸附剂用量0.025 g、质量浓度60 mg·L

-1

、超声功率250 W、超声时间40 min。在该条件下Cr（Ⅵ）的去除率为90.93%，吸附量为43.64 mg·g

-1

，三次重复利用去除率仍可达70.91%。该吸附过程符合准二级动力学吸附方程和Langmuir等温吸附模型，为单分子层化学吸附，螯合作用及静电作用是吸附的主要机制。该材料制备工艺简单、原料廉价易得，对水体Cr（Ⅵ）有较高的吸附容量且便于磁回收，在绿色化治理水环境重金属污染方面有着潜在的应用价值。

Abstract

Tea biochar magnetic materials were synthesized by co-precipitation method and characterized by FT-IR and XRD， and applied to the study of Cr（Ⅵ） removal from aqueous solution. The effects of reaction conditions on Cr（Ⅵ） adsorption were investigated， and the kinetics and isothermal adsorption fitting of its adsorption process were carried out. The results showed that at room temperature， the optimal adsorption conditions were pH=1， adsorbent dosage of 0.025 g， mass concentration 60 mg·L

-1

， ultrasonic power 250 W， and ultrasonic time 40 min. Under thes

e condition， the removal rate of Cr（Ⅵ） was 90.93%， with adsorption capacity of 43.64 mg·g

-1

. The removal rate can still reach 70.91% after three cycles. This adsorption process conforms to the quasi-second-order kinetic adsorption equation and the Langmuir isothermal adsorption model， which is a monolayer chemical adsorption. Chelation and electrostatic interaction are the main adsorption mechanisms. This material has a simple preparation process， cheap and easy raw materials， a high adsorption capacity for Cr（Ⅵ） in water and is convenient for magnetic recovery. It has potential application value in the green treatment of heavy metal pollution in water.

关键词

Keywords

references

GöDe F ， YıLmaz A ， Aktaş A H ， et al . Artificial neural network approach to model Cr（III） and Cr（Ⅵ） adsorption by NCS， ACS and BCS ［J］. Applied Water Science ， 2024 ， 14 （ 2 ）： 28 .

Izzudin N M ， Jalil A A ， Aziz F F A ， et al . Simultaneous remediation of hexavalent chromium and organic pollutants in wastewater using period 4 transition metal oxide-based photocatalysts： a review ［J］. Environmental Chemistry Letters ， 2021 ， 19 （ 6 ）： 4489 - 4517 .

Thompson C M ， Aardema M J ， Heintz M M ， et al . A review of mammalian in vivo genotoxicity of hexavalent chromium： implications for oral carcinogenicity risk assessment ［J］. Critical Reviews in Toxicology ， 2021 ， 51 （ 10 ）： 820 - 849 .

Khalighn G ， Johanm R . Recent application of the various nanomaterials and nanocatalysts for the heavy metals’ removal from wastewater ［J］. Nano ， 2018 ， 13 （ 9 ）： 1830006 .

Zuo J L ， Li W J ， Xia Z ， et al . Preparation of modified biochar and its adsorption of Cr（Ⅵ） in aqueous solution ［J］. Coatings ， 2023 ， 13 （ 11 ）： 1884 .

Liu Y Y ， Xie X X ， Wang J ， et al . Adsorption characteristics of aqueous Cr（Ⅵ） by using magnetic γ Fe 2 O 3 /Fe 3 O 4 lotus stem biochar by NaOH modification ［J］. Environmental Progress & Sustainable Energy ， 2023 ， 42 （ 6 ）： e14208 .

Ingle P K ， Attarkar K ， Rathod V K . Ultrasound assisted chemical activation of peanut husk for copper removal ［J］. Green Processing and Synthesis ， 2019 ， 8 （ 1 ）： 46 - 53 .

高海荣，田佳文，张贾慧，等 . 毛竹生物炭磁性材料对孔雀石绿染料的超声吸附［J］. 化工环保， 2024 ， 44 （ 1 ）： 123 - 129 .

Gao Hairong ， Tian Jiawen ， Zhang Jiahui ， et al . Ultrasonic adsorption of malachite green on bamboo biochar based magnetic material ［J］. Environmental Protection of Chemical Industry ， 2024 ， 44 （ 1 ）： 123 - 129 . （in Chinese）

GB 7467-1987 水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法［S］.

Li S F ， Ye S Q ， Zhang W Y ， et al . Magnetic ion-imprinted materials for selective adsorption of Cr（Ⅵ）： adsorption behavior and mechanism study ［J］. Molecules ， 2024 ， 29 （ 9 ）： 1952 .

Shen Y S ， Wang S L ， Tzou Y M ， et al . Removal of hexavalent Cr by coconut coir and derived chars： the effect of surface functionality ［J］. Bioresource Technology ， 2012 ， 104 ： 165 - 172 .

Lei S C ， Hong C Y ， Dong Z Q ， et al . Pb（II）-mediated precipitate transformation promotes Cr（Ⅵ） immobilization by biogenic hydroxyapatite ［J］. Journal of Hazardous Materials ， 2022 ， 424 ： 127584 .

Li M ， Liu Q ， Guo L J ， et al . Cu（II） removal from aqueous solution by Spartina alterniflora derived biochar ［J］. Bioresource Technology ， 2013 ， 141 ： 83 - 88 .

Qin C H ， Wang R ， Ma W . Adsorption kinetic studies of calcium ions onto Ca-Selective zeolite ［J］. Desalination ， 2010 ， 259 （ 1/2/3 ）： 156 - 160 .

Iryani A ， Nur H ， Santoso M ， et al . Adsorption study of rhodamine B and methylene blue dyes with ZSM-5 directly synthesized from bangka Kaolin without organic template ［J］. Indonesian Journal of Chemistry ， 2019 ， 20 （ 1 ）： 130 .

Nguyen D K ， Ly-Tran Q B ， Dinh V P ， et al . Adsorption mechanism of aqueous Cr（Ⅵ） by Vietnamese corncob biochar： a spectroscopic study ［J］. RSC Advances ， 2024 ， 14 （ 53 ）： 39205 - 39218 .

张继义，梁丽萍，蒲丽君，等 . 小麦秸秆对Cr（Ⅵ）的吸附特性及动力学、热力学分析［J］. 环境科学研究， 2010 ， 23 （ 12 ）： 1546 - 1552 .

Zhang Jiyi ， Liang Liping ， Pu Lijun ， et al . Adsorption characteristics of Cr（Ⅵ） by wheat straw including kinetic and thermodynamics analysis ［J］. Research of Environmental Sciences ， 2010 ， 23 （ 12 ）： 1546 - 1552 . （in Chinese）

刘成昊，林春岭，钟来元，等 . 甘蔗渣生物炭对水体铬吸附反应研究［J］. 广东农业科学， 2021 ， 48 （ 8 ）： 90 - 97 .

Liu Chenghao ， Lin Chunling ， Zhong Laiyuan ， et al . Study on adsorption of chromium by bagasse biochar ［J］. Guangdong Agricultural Sciences ， 2021 ， 48 （ 8 ）： 90 - 97 . （in Chinese）

Zhao C H ， Hu L L ， Zhang C G ， et al . Preparation of biochar-interpenetrated iron-alginate hydrogel as a pH-independent sorbent for removal of Cr（Ⅵ） and Pb（II）［J］. Environmental Pollution ， 2021 ， 287 ： 117303 .

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