由图 5A~C可以看出：废报纸生物质炭吸附前后官能团发生明显的变化。3 444~3 423 cm-1归属于—OH的伸缩振动吸收峰，转移到3 418~3 406 cm-1附近。1 595~1 585 cm-1附近归属于—COOH和C═C的吸收峰转移到1 597~1 593 cm-1附近。这些吸收峰的变化表明羧基和酚羟基与Cu2+反应形成表面络合物，C═C与Cu2+之间存在π—π相互作用[5]。吸附Cu2+之后，生物质炭中属于碳酸钙的1 430 cm-1附近的强烈吸收峰减弱甚至消失，与XPS谱图中348 eV处Ca2p的峰变化一致[33]，表明碳酸钙参与了吸附过程，可能是CO32-与Cu2+形成沉淀吸附。1 091 cm-1附近的吸收峰转移到1 112和1 070 cm-1附近，可能由于C—N还原Cu2+形成氰化物[13]。此外，吸附后的生物质炭在601 cm-1出现新的吸收峰，归属于Cu—O伸缩振动，这表明生物质炭表面形成了稳定的铜氧化物沉淀，吸附之后XPS中933 eV处出现Cu2p峰值，也证明了形成了稳定的Cu—O[13]。由XPS谱图（图 5D）可以看出，吸附后铜质量分数增加而Ca、Si质量分数减少，与EDS结果相一致，进一步证实生物质炭的沉淀和离子交换吸附机制。

图  5  吸附前后生物质炭（WBC）的红外光谱图和XPS宽谱

Figure 5.  Spectra of FTIR and XPS spectra of biochars(WBC)before and after Cu2+ adsorption

高分辨率XPS进一步证实了沉淀吸附机理（图 6）。C1s在（284.4 ± 0.1）eV处的峰归属于石墨碳，（285.0 ± 0.1）eV处是C—H键的峰，（286.0 ± 0.1）eV处是C—O键的峰，（288.9 ± 0.1）eV处是O—C═O键的峰，289.4 eV归属于CO32-的峰[34]。O1s区域在（532.8 ± 0.1）eV和（533.3 ± 0.1）eV分别为C—O和O—C═C键的峰[34]。观察WBC-600吸附前后XPS图谱可以发现：O1s区域在（531.7 ± 0.1）eV的CaCO3峰于吸附后消失，与前文元素分析和EDS结果一致，进一步证实CaCO3参与了Cu2+去除（沉淀吸附）。根据XPS图谱中元素所占的百分比可知：热解温度的增加只改变了表面碳和氧元素的质量分数，并未改变元素的种类。

图  6  吸附前后生物质炭（WBC）的高分辨率XPS能谱

Figure 6.  High-resolution XPS spectra of C1s, O1s in biochars (WBC) before and after Cu2+ adsorption

综上所述，生物质炭的吸附机制有络合反应（螯合和配位）、表面沉淀作用、离子交换作用、π—π作用和物理吸附等。络合作用主要为表面含氧官能团—OH、—COOH、—CO—、—O—等与Cu2+形成稳定性不同的金属-有机配合物。沉淀作用主要是Cu2+的氧化物沉淀，如Cu（OH）2、Cu（OH）、CuO等沉淀物。离子交换作用是生物质炭表面的质子与重金属离子发生离子交换反应，从而吸附Cu2+，可发生离子交换作用的质子主要为Ca2+、Mg2+、Si4+、Mn2+、Fe2+和Al3+等。物理吸附主要是生物质炭表面的孔径吸附。