棉秆生物炭去除水中Pb(Ⅱ)吸附机理的量化分析

高 亮，李志合，易维明，王丽红，王绍庆

（1. 山东理工大学农业工程与食品科学学院，淄博 255000；2. 山东省清洁能源工程技术研究中心，淄博 255000；3. 山东省农业机械科学研究院，济南 250100）

0 引 言

重金属所引起的水体和土壤污染问题严重危害人类健康和生态环境安全。吸附法因其成本低、易操作、处理周期短、可再生等优点被认为是去除重金属的优选方法，近年来，生物炭材料替代离子交换树脂和活性炭等昂贵材料，用于吸附/固化水体和土壤重金属的研究得到国内外广大学者关注。生物炭是生物质在限氧或绝氧条件下经热化学分解后的固体产物，可与生物油、合成气联产以提高经济效益，可应用在能源、土壤改良、污染物吸附等领域，原料涉及农业废弃秸秆、果蔬残余物、畜禽粪便等，具有良好的生态环境效益，是一种性价比高可再生的环境友好型材料。

原料类型和热解温度对生物炭吸附重金属离子的性能和机理有重要影响。目前，工艺参数优化、吸附特性和定性机理的研究居多，但不能有效指导生物炭改性以提高其对特定污染物的选择性。生物炭吸附重金属机理的量化研究较少，且现有方法均使用酸洗法（HCl/HF/HNO）去除生物炭上无机组分对吸附的影响，从而计算出各机理的贡献。周振扬等采用盐酸冲洗松木炭，进而计算出阳离子交换、络合、沉淀、π电子四种吸附机理对其吸附水中Pb的贡献；Xu等采用酸洗法把稻壳炭分为水溶物、酸溶物、硅氧化物，并量化分析了三组分对Cd吸附的贡献；Wang等采用酸洗法分离了花生壳炭和黄精药渣炭的矿质成分，进而量化出沉淀、络合、π电子三种机理在两种炭吸附Pb中的贡献；Cui等采用盐酸去除矿质成分对美人蕉生物炭吸附Cd的影响，量化出沉淀、离子交换、络合和π电子四种机理的吸附量；Gao等采用酸洗法分离无机组分，计算出络合、π电子、离子交换和沉淀四种机理对稻草炭和污泥炭吸附Cd的贡献；Wu等采用酸洗法去灰后，分别量化出四种机理对椰壳炭和MgCl改性椰壳炭吸附Pb和Cd的贡献，结果表明MgCl强化了椰壳炭的离子交换和沉淀作用。综上可见，机理量化分析对深入了解生物炭吸附重金属的反应机制有重要作用。酸洗法用于吸附机理量化分析的前提，是不改变生物炭本身含氧官能团的类型和数量；但研究表明酸洗虽不改变含氧官能团类型，却能增加含氧官能团数量，特别是羧基和酚羟基官能团，两者与重金属易发生络合反应，会导致吸附量增加；然而，现有研究在计算吸附机理的贡献时，均忽略了酸洗对吸附量的影响。

基于以上问题，在前期吸附特性和机理定性研究基础上，本文以棉秆为原料经慢速热解于350和550 ℃条件下制备棉秆炭，并采用酸洗法制得脱矿炭，结合平衡吸附试验，利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）能谱（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）、傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectrometer，FTIR）、X射线衍射（X-Ray Diffractometer，XRD）和X射线光电子能谱（X-Ray Photoelectron Spectrometer，XPS）、Boehm滴定、电感耦合等离子体发射光谱（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer，ICP-OES）等技术表征吸附前后的样品，量化分析吸附机理，计算增加的含氧官能团引起的额外吸附量，进而更精确地量化分析各吸附机理在棉秆炭吸附水中Pb过程中的贡献，以期为生物炭（改性生物炭）吸附重金属机理的量化分析、废弃棉秆的资源化利用、水体和土壤重金属污染防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

棉花秸秆、去离子水（18 MΩ·cm）、氢氧化钠、盐酸、氢氟酸、硝酸铅、碳酸钠、碳酸氢钠、甲基红和无水乙醇，化学试剂均从国药集团化学试剂有限公司购买。

扫描电镜能谱仪（Quanta 250，美国FEI）、傅里叶红外变换光谱仪（Nicolet 5700，美国Thermo）、X射线衍射仪（D8，德国Bruker）、X射线光电子能谱仪（K-Alpha，美国Thermo）、电感耦合等离子体发射光谱仪（Agilent 725-ES，美国）、万能粉碎机（FS370，山东双佳农牧机械科技有限公司）、热解炉（SK-G06123K-3-655，天津中环电炉股份有限公司）、pH计（PHS-3E，上海仪电科学仪器股份有限公司）、真空抽滤机（SHB-Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司）、恒温摇床（CHA-2，常州亿能试验仪器厂）、干燥箱（DHG-9620，上海一恒科学仪器有限公司）、超纯水机（CR-LT20，上海杲森仪器设备有限公司）。

前期研究表明，550℃棉秆炭吸附量最大，350℃棉秆炭离子交换和络合吸附量较高，因此选取这两个典型温度的棉秆炭进行吸附机理研究。350和550℃条件下制备的棉秆炭分别记为BC350和BC550。BC350和BC550经酸洗脱矿后分别记为DB350和DB550，其制备方法详见文献[27]。吸附溶液的配制，称取一定质量干燥后的Pb(NO)溶于超纯水，使用0.1 mol/L的HNO和NaOH调节溶液pH值为5.0，充分搅拌混合，获得初始浓度为100 mg/L的Pb溶液。

1.2 平衡吸附试验

在前期研究基础上，平衡吸附试验条件设置为：Pb初始浓度100 mg/L，溶液初始pH值5.0，生物炭添加量2 g/L，温度25 ℃，时间24 h，摇床转速180 r/min。分别取2 g生物炭添加到1 L的浓度为100 mg/L的含Pb溶液中进行平衡吸附试验。相同条件下，分别设置不含Pb、不含生物炭的溶液作为对照。每组试验重复3次。吸附 Pb平衡后的棉秆炭和脱矿炭分别标记为Pb-BC350、Pb-BC550、Pb-DB350、Pb-DB550。

吸附过程中，每间隔一定时间（0～1 440 min）取溶液样品5 mL，经0.45m水系针式滤器过滤后，使用ICP-OES检测溶液中Pb、Na、K、Ca、Mg的浓度；吸附平衡后，检测溶液pH值。

1.3 吸附机理的量化分析方法

Pb扩散到生物炭孔隙中形成物理吸附，没有化学键生成，是一种不稳定的吸附机制，静电吸引主要由库仑力引起，作用力较弱，可归为物理吸附作用。吸附平衡后的生物炭在纯水中进行解吸，不影响化学吸附量，因此，纯水中Pb解吸量等于物理吸附量，计算方法见公式（1）。

式中为物理吸附量，mg/g；为Pb在去离子水中的解吸浓度，mg/L；是去离子水体积，L；是棉秆炭的质量，g。

化学吸附量是由官能团络合、π电子作用、离子交换和沉淀引起的，计算过程见公式（2）和（3）。

式中、、、、和分别是化学吸附量、棉秆炭总吸附量、络合吸附量、π电子作用吸附量、离子交换吸附量和沉淀吸附量，mg/g。

生物炭分为有机和无机两种组分，无机组分引起沉淀和离子交换，有机组分引起络合和π电子作用。BC350和BC550经酸洗后，DB350和DB550保留了棉秆炭上有机组分对Pb的吸附作用，含氧官能团与Pb络合反应会释放H，从而导致溶液pH值下降，因此可根据脱矿炭吸附溶液pH值的变化计算络合吸附量（）。但比生物炭实际的络合吸附量（）大，因为酸洗导致羧基和酚羟基增加所带来的吸附量（Δ）也包含在内。为了更准确计算各吸附机理的贡献，本研究利用Boehm滴定法检测所有生物炭样品上的含氧官能团含量，得到吸附前后生物炭上参与络合吸附的含氧官能团净变量，结合计算Δ，进而精确计算出棉秆炭本身的络合吸附量，方法见公式（4）～（6）。

式中是脱矿炭产率，%，用来消除脱矿炭施加量的影响；是脱矿炭吸附溶液pH值的下降量换算出的H浓度，mmol/L；是脱矿炭吸附溶液体积，L；207.2是铅离子的摩尔质量，mg/mmol；是脱矿炭的质量，g；NF和NF分别是吸附前后棉秆炭和脱矿炭上参与络合吸附的含氧官能团净变量，mmol。

酸洗去除了无机组分对Pb吸附量的影响，因此，脱矿炭的吸附量等于络合和π电子作用之和。π电子作用所引起的吸附量计算见公式（7）。

式中是脱矿炭的Pb吸附量，mg/g。

离子交换引起的吸附量可由吸附溶液中Na、K、Ca和Mg的净释放量计算，见公式（8）。

式中、、和分别是棉秆炭吸附溶液中Na、K、Ca和Mg的净释放量所对应的Pb吸附量，mg/g。

2 结果与分析

2.1 材料的表征

2.1.1 表面形貌和能谱分析

吸附前后生物炭样品的表面形貌见图1。对比吸附前的棉秆炭（BC350和BC550）和脱矿炭（DB350和DB550）的扫描电镜图发现，脱矿炭表面更加光滑、孔洞更加清晰；BC350表面明显有鼓泡现象，这是因为低温热解的生物炭其孔隙结构未完全形成；酸洗后DB350表面有了明显的孔洞，说明酸洗试剂与棉秆炭表面接触充分，也能够进入孔隙中，从而有效去除棉秆炭上的无机组分及其对棉秆炭吸附重金属的影响。热解温度升高，BC550和DB550的孔隙结构更加清晰和完善，说明温度升高有利于棉秆炭孔隙结构形成，这与刘国华等的研究结果一致。

吸附后的棉秆炭（Pb-BC350和Pb-BC550）与脱矿炭（Pb-DB350和Pb-DB550）表面形貌有明显区别。Pb-BC350和Pb-BC550上有明显的沉淀物生成，填充在孔隙中或附着在表面上，导致孔隙被堵塞、表面结构粗糙；Pb-DB350和Pb-DB550的表面相对平滑一些，且存在清晰的孔洞，尤其是Pb-DB550；由此推断，酸洗后，棉秆炭的Pb吸附性能下降。

所有生物炭样品的能谱图和面扫元素含量分别见图2和表1。相比低温炭BC350，高温炭BC550表面含有更多的矿质元素（Na、K、Ca、Mg）；脱矿炭（DB350和DB550）表面矿质元素含量明显下降，说明酸洗能有效去除棉秆炭上的无机组分。吸附后棉秆炭表面的矿质元素总量明显下降，铅元素含量明显增加，在Pb-BC550样品中的含量大于Pb-BC350，由此推断，棉秆炭上矿质元素可能以离子交换的方式参与了Pb的吸附。然而，Pb-DB350和Pb-DB550相比Pb-BC350和Pb-BC550，表面铅元素含量下降明显，说明酸洗降低了棉秆炭对Pb的吸附量。

图1 吸附Pb2+前后生物炭的扫描电镜图（30 μm）Fig.1 Scanning Electron Microscope (SEM) images of biochar before and after Pb2+ adsorption (30 μm)

图2 吸附Pb2+前后生物炭的能谱图（30 μm）Fig.2 Energy Dispersive Spectrometer (EDS) images of biochar before and after Pb2+ adsorption (30 μm)

表1 能谱扫描的元素含量（30 μm）Table 1 Element content of EDS surface scanning (30 μm)

2.1.2 X射线光电子能谱分析

为揭示棉秆炭吸附Pb的机理，了解吸附Pb后生物炭表面沉淀化合物的元素组成、化学价态信息，对BC350、Pb-BC350、BC550、Pb-BC550分别进行了XPS分析，结果如图3所示。由全谱图（图3a，图3c）可明显看到，吸附前BC350和BC550均没有Pb特征峰，吸附后Pb-BC350和Pb-BC550均在结合能138.77eV附近出现明显的Pb4f特征峰，说明吸附平衡后，棉秆炭表面生成了含Pb化合物。

为了解铅元素的化学价态，进一步分析了Pb4f精细谱（图3b，图3d）。分峰拟合后发现Pb-BC350出现了4个特征峰，139.26和144.09 eV对应Pb，139.97和144.79 eV对应Pb-O，且Pb和Pb-O的峰面积占比分别是47.18%和52.82%；Pb-BC550出现了同样的特征峰，138.73和143.50 eV对应Pb，140.14和144.71 eV对应Pb-O，且两种价态的峰面积占比分别是25.63%和74.37%。

Pb是静电吸引、孔隙或π电子作用对应的化学价态，Pb-O是沉淀、离子交换或络合作用对应的化学价态。Pb-O的峰面积明显大于Pb的峰面积，说明化学吸附在吸附过程中起主导作用。Pb经化学吸附后，向高结合能方向发生偏移，价态变为Pb-O，进一步说明棉秆炭吸附Pb的过程中，生成了含铅沉淀化合物。

图3 吸附前后生物炭的XPS全谱图及Pb4f谱图Fig.3 X-ray Photoelectron Spectrometer (XPS) full spectrum of biochar before and after sorption along with Pb4f spectrum

2.1.3 X射线衍射分析

X射线衍射分析技术可以明确生物炭表面结晶物质的化合物类型，所有棉秆炭样品的XRD谱图见图4。BC350和BC550有明显的谱峰，如碳酸钙、碳酸镁、羟基磷灰石等；酸洗后，DB350和DB550的衍射峰消失，说明酸洗法成功去除了棉秆炭上的无机矿质成分。

图4 不同温度下吸附前后生物炭的XRD谱图Fig.4 X-Ray Diffractometer (XRD) patterns of biochar before and after sorption under different temperatures

吸附后的棉秆炭样品，Pb-BC350和Pb-BC550均有非常明显的特征峰，主要是碳酸铅、碳酸铅水合物、羟基磷酸铅等沉淀化合物。Pb与棉秆炭上的可溶性碳酸盐可形成碳酸铅沉淀；Pb与羟基磷灰石中的Ca可发生离子交换形成羟基磷酸铅，因为铅（0.12 nm）与钙（0.099 nm）的离子半径非常接近，当溶液pH值在5～6区间时，Pb可以插入羟基磷灰石的晶格中取代Ca，从而发生离子交换进而形成沉淀。

2.1.4 傅里叶红外光谱分析

图5是所有生物炭样品吸附前后的红外光谱图。对比棉秆炭（BC350和BC550）发现，脱矿炭DB350和DB550在指纹区（550～650 cm）的谱峰消失，说明卤化物、硅化物和盐类在酸洗过程中被去除；酸洗后，DB350和DB550上的醇酮类或水的羟基官能团（3 380 cm）、脂肪族C-H（2 920 cm）官能团、芳香C=C（1 440 cm）和C-H（790 cm）官能团特征峰没有明显变化，但酯基（1 700 cm）官能团、酮醛类或羧酸中的羧基（1 598 cm）官能团及酚羟基（1 270 cm）官能团特征峰强度明显增强。结果表明酸洗法在分离无机组分和有机组分的同时，确实增加了易与重金属发生络合反应的含氧官能团数量，从而验证了本研究提出的假设，即酸洗会增加含氧官能团数量，进而增加络合吸附量，影响机理量化分析的准确性。

吸附Pb后，Pb-BC350和Pb-BC550的指纹区有新的特征峰出现，可能是含铅沉淀化合物引起的，而Pb-DB350和Pb-DB550指纹区特征峰消失，谱图更加平滑，这与SEM、EDS和XRD分析结果一致；羧基和酚羟基官能团峰强度下降，数量减少，说明两者以络合方式参与了吸附过程；酯基官能团特征峰强度增加，其含量不降反增，说明它并未参与吸附反应；芳香官能团（C=C或C≡C、C-H）特征峰没有明显变化，但可以通过π电子共轭效应吸附铅离子。

图5 不同温度下吸附前后生物炭的红外光谱图Fig.5 Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR) spectra of biochar before and after sorption under different temperatures

2.1.5 含氧官能团滴定分析

为了定量分析生棉秆上含氧官能团的变化，采用Boehm滴定法对吸附前后所有生物炭样品进行了滴定分析，结果见表2。酸洗后，DB350和DB550的三种含氧官能团数量相比BC350和BC550均明显增加，说明酸洗增加了含氧官能团的数量，这与FTIR的定性分析结果一致；吸附Pb后，所有生物炭样品的羧基和酚羟基含量下降，内酯基含量增加，这是因为羧基和酚羟基在吸附过程与Pb发生络合反应被消耗了，而内酯基没有参与吸附反应，相对含量增加，这与含氧官能团的红外光谱分析结果相符。含氧官能团的定量分析结果进一步验证了本研究所提出的假设，因此，在吸附机理的量化分析中，需要排除酸洗对吸附量的影响，才能精确计算各吸附机理的贡献。

表2 吸附前后生物炭的含氧官能团含量Table 2 Content of oxygen-containing functional groups of biochar before and after sorption

2.1.6 溶液中可交换阳离子浓度分析

为验证离子交换吸附机理，在吸附过程中的不同时间点（10～1 440 min）对溶液分别取样，检测K、Na、Ca、Mg、Pb的离子溶度，并分析Pb与其他四种可交换阳离子之间的相关性。

溶液中四种可交换阳离子浓度及其浓度之和随时间变化的规律如图6所示。棉秆炭（BC350和BC550）和脱矿炭（DB350和DB550）吸附Pb过程中，可交换阳离子浓度均升高，与Pb残余浓度均成反比（表3），说明可交换阳离子的释放有利于Pb吸附量的增加；由图6也明显发现，棉秆炭吸附溶液中可交换阳离子浓度远高于脱矿炭，进一步证明酸洗法有效去除了棉秆炭上的无机矿质成分对其对吸附量的影响。

分析图6发现，DB350和DB550溶液中四种可交换阳离子浓度大小在吸附过程中发生了变化，初始阶段离子浓度从大到小依次为：K、Na、Ca、Mg，平衡阶段离子浓度从大到小依次为：Ca、K、Na、Mg，可能是由于酸洗过程中羟基磷灰石生成了少量氯基磷灰石和氟基磷灰石，其中的Ca易被多种金属离子替代，从而引起平衡吸附溶液中Ca浓度微弱上升。

图6 溶液中可交换阳离子浓度随吸附时间的变化Fig.6 Change of the concentration of exchangeable cations in the solution with sorption time

不同生物炭样品吸附溶液中残余Pb浓度与可交换阳离子浓度的相关性分析结果见表3。棉秆炭BC350和BC550吸附溶液中Pb浓度与可交换阳离子浓度呈显著负相关，即棉秆炭的Pb吸附量与溶液中可交换阳离子浓度显著正相关，说明K、Na、Ca、Mg参与了离子交换，BC550的相关性降低，可能是因为高温生物炭生成更多沉淀物质，可溶无机组分含量下降导致的。脱矿炭DB350和DB550有同样的规律，但显著性水平明显降低，说明脱矿炭上的无机矿质组分对吸附量的影响很微弱，验证了酸洗法排除无机组分对吸附量影响的有效性，即脱矿炭DB350和DB550对Pb的吸附量是由有机组分引起的。

表3 溶液中Pb2+浓度与可交换阳离子浓度的相关性Table 3 Correlation between the concentration of Pb2+ and exchangeable cations in the solution

2.2 吸附机理的量化分析

综上所述，棉秆炭吸附Pb过程中，吸附机理包括沉淀、离子交换、络合、π电子作用、物理吸附；酸洗可以分离无机组分和有机组分，去除无机组分对脱矿炭吸附重金属的影响，进而使得吸附机理的量化分析具有可行性；酸洗会增加棉秆炭上的含氧官能团含量，在计算各吸附机理的贡献时，需要排除增加的含氧官能团所引起的络合吸附量。

2.2.1 络合吸附量计算

由脱矿炭平衡吸附溶液pH值的变化量及吸附前后所有生物炭样品的含氧官能团含量（表2），计算出BC350和BC550本身含氧官能团所引起的实际络合吸附量，见表4。由Δ可知，酸洗明显增加了棉秆炭对Pb的吸附量。BC350的络合吸附量（3.49 mg/g）明显大于BC550（1.15 mg/g），因为热解温度升高，棉秆炭含氧官能团含量降低，所以导致BC550的络合吸附量下降。

表4 络合吸附量Table 4 Sorption capacity of complexation

2.2.2 离子交换吸附量计算

表5是离子交换吸附量计算结果。随热解温度升高，BC550的离子交换量降低，这是因为温度升高生成更多化学态较为稳定的沉淀物质，降低了BC550的离子交换能力。

对比图6和表5数据，发现BC350和BC550吸附溶液中可交换阳离子浓度从大到小依次为：K、Na、Ca、Mg，该排序不受吸附时间影响。但BC350和BC550达到吸附平衡后，溶液中可交换阳离子净释放量从大到小依次为：Ca、Mg、K、Na，四种阳离子引起的Pb吸附量分别是：7.93～9.40、1.08～4.13、0.21～0.62、0 mg/g，其中Ca和Mg的吸附量之和占离子交换吸附量的比例大于95%，说明两者在离子交换吸附机制中起决定性作用；溶液中K和Na浓度虽然升高，但对棉秆炭吸附Pb影响有限，这与辣椒种子炭、枣核炭、小麦秸秆炭和稻壳炭吸附Pb的结论相一致，可能是因为K和Na的电荷密度低、离子半径大，二者不易水解或形成沉淀，所以不影响离子交换吸附过程，而Ca和Mg更容易与活性位点结合，从而更多地参与了离子交换。

表5 离子交换吸附量Table 5 Sorption capacity of ion exchange

2.2.3 各吸附机理贡献分析

由公式（1）可计算出BC350和BC550的物理吸附量，分别是0.06和0.01 mg/g，占两种棉秆炭的总Pb吸附量比例分别是0.12%和0.02%，由此可见物理吸附作用非常微弱，这与前期的机理定性研究结论相一致。

络合吸附量和离子交换吸附量已知，通过公式（7）计算BC350和BC550的π电子作用吸附量，分别是11.08和11.64 mg/g，生物炭芳香性随热解温度升高而增加，因此BC550的π电子作用吸附量增加；由公式（8）计算出BC350和BC550的沉淀吸附量，分别是20.89和27.56 mg/g，BC550的沉淀吸附量增加，因为热解温度升高，生物炭表面会生成更多的结晶矿质，从而引起Pb共沉淀量增加。

考虑酸洗对吸附量的影响，计算出各吸附机理对BC350和BC550吸附Pb总量的贡献，结果见图7a。热解温度升高，BC550的沉淀和π电子作用增强、离子交换和络合作用减弱，这与棉秆炭理化特性相符，随热解温度升高，棉秆炭灰分含量和芳香性增加，可交换阳离子和含氧官能团的含量下降。

无机组分引起沉淀和离子交换，对BC350和BC550吸附Pb总量贡献分别是70.6%和74.2%，远高于棉秆炭中有机组分（络合、π电子）的作用，说明无机组分对棉秆炭吸附Pb具有重要作用。

2.2.4 酸洗对吸附机理的影响分析

不考虑酸洗对吸附量的影响，按照现有文献[21, 30,36]中的方法计算各吸附机理的贡献，结果见图7b。与2.2.3节中的计算结果相互对比，发现BC350和BC550的物理吸附量和离子交换吸附量均未受影响，但BC350和BC550的络合吸附量分别为8.71和4.72 mg/g，比实际络合吸附量分别增加1.5倍和3.1倍。BC550的络合吸附增量比BC350大得多，可能是因为高温棉秆炭本身含氧官能团含量较低导致的。BC350和BC550的π电子吸附量分别是8.89和6.36 mg/g，比实际π电子吸附量分别减少19.8%和45.4%。BC350和BC550的沉淀吸附量分别是17.86和29.27 mg/g，比实际沉淀吸附量分别减少14.5%和增加6.2%。

随热解温度升高，络合吸附量、离子交换吸附量仍是减小趋势；沉淀吸附量仍是增大趋势；π电子吸附量变化趋势受到影响，实际是增加趋势，现变为减小趋势。

综上所述，在生物炭吸附水中重金属机理的量化分析方法中，酸洗会对络合吸附量产生较大影响，进而影响π电子吸附量和沉淀吸附量的计算数值，因此，在量化分析生物炭吸附重金属的机理时，要考虑酸洗对吸附量的影响。

图7 不同吸附机理的贡献Fig.7 Contribution of different adsorption mechanisms

3 结 论

1）生物炭吸附重金属机理的量化分析方法所采用的酸洗步骤，在成功分离了无机组分对生物炭吸附重金属影响的同时，也增加了有机组分的含氧官能团含量，进而增加了生物炭的络合吸附量，因此，在吸附机理的量化分析研究中，需要排除酸洗对吸附量的影响。

2）酸洗对物理吸附、离子交换吸附无影响，对络合吸附、π电子吸附和沉淀吸附有影响。酸洗后，BC350和BC550的络合吸附量比实际值分别增加1.5倍和3.1倍，π电子吸附量比实际值分别减少19.8%和45.4%，沉淀吸附量比实际值分别减少14.5%和增加6.2%。

3）棉秆炭对Pb的吸附机理包括沉淀、离子交换、π电子作用、络合、物理吸附。量化分析结果表明，物理吸附作用微弱，占比≤0.12%，随热解温度的升高，沉淀和π电子作用增加、离子交换和络合作用减弱，且无机组分在棉秆炭吸附Pb过程中起主导作用，占比≥70.6%。

4）生物炭吸附重金属离子机理的量化分析，可为生物炭的定制改性提供理论指导，从而提高改性生物炭针对特定污染物的选择性和处理性能。后续工作中还可探究更加精确地量化分析方法，分析含硫、含氮等官能团对吸附的作用。