重金属离子的大量排放和泄漏严重污染环境和危害人类的健康^[1,2]。目前，去除污水中重金属离子的方法，有吸附法、絮凝法、膜过滤法、生物法、离子交换法、化学沉淀法和反渗透法等^[3,4]。吸附法有易操作、低成本、高效率、无污染等优点^[5]，常用的吸附剂包括沸石^[6]、活性炭^[7]、金属氧化物^[8]、共价有机框架^[9]、离子交换树脂^[10]、石墨烯等^[11]。活性炭的官能团丰富、孔隙率发达、比表面积大、稳定性高并可重复使用，广泛用于污水处理^[12]。与传统活性炭相比，生物质活性炭的来源广、价格低、比表面积大、官能团种类多且吸附效果显著^[13,14]。

Queiroz等^[15]以莓种子为原料在不同温度将其炭化并使用氢氧化钾将其活化制备改性活性炭，发现莓种子活性炭对Pt²⁺的吸附率为86%、对Fe²⁺的吸附率为69%。Fita等^[16]将楝树在600℃热解研究其吸附Cu²⁺的性能和机理，发现楝树活性炭对Cu²⁺的最大吸附容量为74.23 mg/g。Vunain等^[17]用NaOH将稻壳和马铃薯皮活化，然后再将其炭化制备出生物质活性炭。这种生物质活性炭在180 min对200 mg/L的铬离子的吸附效率分别为71.72%和62.28%。Dao等^[18]用H₃PO₄将果壳改性并在500℃进行炭化处理，发现其对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附性能分别为95.92%和67.41%。

但是，上述吸附剂的制备过程复杂，并且所用的试剂污染环境。芦荟青皮是从芦荟叶片中提取药物的廉价废弃物^[19]，用芦荟青皮制备生物炭吸附剂，去除污水中的重金属离子^[20]。还有研究者使用生物炭和磁性材料制备磁性生物炭^[21]。磁性生物炭的碳含量高、比表面积大、吸附性能优异且具有磁分离性能^[22]。本文用FeSO₄掺杂芦荟青皮制备Fe掺杂生物炭，研究其对废水中Ni²⁺和Co²⁺的吸附性能。

实验用试剂：芦荟青皮(AL)；去离子水；七水合硫酸亚铁(FeSO₄.7H₂O)；六水合硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)；六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)；六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)；浓盐酸(HCl)以及氢氧化钠(NaOH)。

实验用仪器设备：DHG-9036A型电热恒温鼓风干燥箱；pH计；GSL-1600X型高温真空管式炉；100T型高速多功能粉碎机；SHZ-82A型气浴恒温振荡器；PPMS DynaCool型综合物性系统；3H-2000PS1型自动氮气吸附仪；Nanosem430型扫描电子显微镜；Nicolet is 50型傅立叶红外光谱仪；Zetasizer Nano ZS90型Zeta电位仪；ESCALAB25型X-射线光电子能谱仪；ICPS-7510 PLUS型电感耦合等离子体原子发射光谱仪。

将洗净晒干的芦荟青皮放在105℃鼓风干燥箱中干燥24 h，然后用粉碎机将其打碎成粉末并过80目筛，将得到芦荟青皮粉末密封。

将三份FeSO₄置于烧杯中，分别加入适量纯水配置FeSO₄溶液；按照AL与FeSO₄ 1∶1，2∶1，3∶1的质量比称取三份AL粉末并将其与FeSO₄溶液混合均匀后放入高压反应釜内。将高压反应釜放在温度为200℃的鼓风干燥箱中干燥16 h，得到磁性芦荟青皮生物炭前驱体。将这种前驱体置于高温真空管式炉中，在氮气(60 mL/min)气氛中以5℃/min的速率升温至800℃，热解3 h后冷却至室温。将得到的产物研磨至大约80目，过筛后得到FeSO₄掺杂磁性芦荟青皮生物炭，将其记为FSBC _x-y，其中x-y为AL与FeSO₄的质量比。

在50 mL不同初始浓度的金属离子溶液(100，125，150，175，200，250，300和400 mg·L^-1)中分别加入50 mg FSBC _x-y，放入25℃的恒温振荡摇床(120 r/min，25℃)内吸附1440 min，测试溶液中剩余金属离子的浓度并绘制FSBC _x-y 吸附等温线。FSBC _x-y 对金属离子的吸附量q_t (mg·g^-1)和去除率η(%)分别为^[23,24]

式中C₀ (mg·L^-1)为金属离子的初始浓度，C_t (mg·L^-1)为t时刻金属离子的浓度，V(L)为金属离子溶液的体积，m(g)为吸附剂的质量。

用Langmuir吸附等温线模型分析实验数据，Langmuir等温线的数学表达式为^[25,26]

式中q_e (mg·g^-1)为平衡吸附量，q_m (mg·g^-1)为理论最大吸附量，C_e (mg·L^-1)为金属离子在平衡时的浓度，K_L (L·mg^-1)为表面吸附亲和性。

在8份体积为50 mL、浓度为300 mg·L^-1的金属离子溶液中分别加入50 mg的FSBC _x-y，然后将其放入恒温振荡摇床(120 r/min，25℃)中。分别在时间点为10，30，60，120，240，480，960和1440 min时取出样品，用ICP测出溶液中剩余吸附质的浓度。使用拟二级动力学扩散模型分析磁性芦荟青皮生物炭吸附金属离子的吸附过程，拟二级动力学模型的表达式为^[27,28]

式中t (min)为吸附时间；q_t (mg·g^-1)为t时刻的吸附量。q_e (mg·g^-1)为平衡时的吸附量，K₂ (g·(mg·min^-1)^-1)为拟二级动力学常数。

在室温25℃测试FSBC_3-1在流速为1 mL·min^-1的固定床吸附过程。在长10 cm、内径为0.8 cm的玻璃圆管中加入200 mg吸附剂模拟吸附柱，使用棉花管塞防止吸附剂被水流带走，蠕动泵将初始浓度为50 mg·L^-1的吸附质溶液泵入吸附柱，从吸附柱下端进、从上端流出进入收集装置，按照时间点分别为10，30，60，90，120，180，240和300 min取样并测出剩余金属离子浓度。溶液中金属离子浓度达到初始浓度10%的时刻t为磁性芦荟青皮生物炭的穿透时间，溶液中的金属离子浓度达到初始浓度90%的时刻t为磁性芦荟青皮生物炭的饱和时间。

将50 mg的FSBC_3-1放入金属离子溶液(300 mg·L^-1)中，吸附1440 min后测定溶液中剩余金属离子的浓度。然后用0.01 mol·L^-1 HCl 解析并回收已吸附的金属离子和生物炭，将回收的生物炭放在60℃的真空干燥箱中烘干，用其重复吸附初始浓度为300 mg·L^-1的金属离子，如此重复5次。生物炭吸附剂的再生效率为^[29]

式中q₁ (mg·g^-1)为吸附剂首次吸附量；q_n (mg·g^-1)为吸附剂再生第n次时的吸附量。

图1a~c分别给出了不同质量比(AL:FeSO₄)的FSBC _x-y 的SEM照片。可以看出，这种生物质炭材料的表面都有层状堆叠。与FSBC_1-1和FSBC_2-1相比，FSBC_3-1的表面层状堆叠最复杂，其层状和粗糙程度最低，暴露出更多的活性基团。随着FeSO₄用量的增加，炭材料表面的金属沉积越来越明显，表面的颗粒感越来越强。其可能的原因是，金属离子附着在FSBC _x-y 表面堵塞了炭材料的孔道 ^[30]。这有利于吸附金属离子的活性基团包裹在炭材料内部，但是不利于炭材料对金属离子的吸附。随着FeSO₄用量的减少，炭材料表面的层状堆叠更加明显，金属沉积程度降低、暴露出更多的活性基团，这时炭材料种更多的孔道打开，有利于吸附质进入炭材料内部与活性基团接触，有利于炭材料对金属离子的吸附。图1d，e分别给出了FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后的SEM照片。吸附金属离子后大量雾凇状物质附着在FSBC_3-1的表面，是吸附后的Ni²⁺和Co²⁺均匀地分布在FSBC_3-1表面所致。

表1中的D_ap为平均孔径；S_BET为比表面积；S_mic为微孔比表面积；V_t为总孔体积；V_mic为微孔体积；Non- V_mic/V_t为非微孔孔容与总孔积之比。

图2a、c给出了FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺前后的N₂吸脱附曲线。可以看出，相对分压为0~0.1时FSBC _x-y 对N₂的吸附量增加较快，表明吸附剂中有微孔(< 2 nm)；相对分压为0.1~0.4时曲线出现吸脱附平衡；相对分压大于0.4时曲线出现了明显的滞后环。这表明，曲线具有I型和IV型特征，FSBC _x-y 表面有一定数量的微孔(< 2 nm)和中孔(2-50 nm)。图2b、d给出了FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺前后的孔径分布。可以看出，孔径为0.5-30 nm，孔径的分布较宽，表明FSBC _x-y 具有分级多孔结构。

表1列出了FSBC _x-y 的比表面积和孔隙结构参数。表1中的数据表明，随着FeSO₄的质量比的降低吸附剂的比表面积和总孔体积也随之减小。其原因可能是，FeSO₄的质量比较高时Fe²⁺和Fe³⁺沉积在FSBC _x-y 表面形成了一种疏松多孔的形状，使比表面积和总孔体积较大。这导致炭材料表面的活性基团数量减少，降低其吸附能力。与吸附前的FSBC_3-1相比，吸附Ni²⁺和Co²⁺后FSBC_3-1的平均孔径、比表面积、微孔比表面积、总孔体积、微孔体积都明显增加。其原因是，FSBC_3-1表面的活性基团通过一系列反应将金属离子吸附在炭材料表面并在表面生成一层疏松多孔的雾凇状物质。这和Fe²⁺和Fe³⁺在炭材料表面沉积类似，与SEM观察的结果相符。

图3给出了FSBC_3-1吸附前后的FTIR谱。图3中3430 cm^-1附近的强吸收峰是-OH的伸缩振动引起的，FSBC_3-1吸附Ni²⁺后吸收峰强度明显降低，但是FSBC_3-1吸附Co²⁺后吸收峰的强度没有明显的变化。这表明，只有Ni²⁺参与了与-OH的离子交换和络合作用等化学吸附行为而削弱了相关基团的吸收峰。在2920 cm^-1，2850 cm^-1和1420 cm^-1处出现的吸收峰是CH₂的反对称伸缩、对称伸缩和变形引起的，吸附Ni²⁺和Co²⁺后明显减弱，因为芳香族化合物的π电子与Ni²⁺和Co²⁺的稳定结合降低了吸收峰强度。在2520 cm^-1出现的吸收峰是巯基(-SH)伸缩振动引起的，FSBC_3-1吸附Ni²⁺后出现明显的变化，而吸附Co²⁺后未出现明显变化，表明-SH与Ni²⁺发生了一定的离子交换^[31]。在1640 cm^-1附近的吸收峰是由羧、醛和酮基中的-C=O的伸缩震动引起，FSBC_3-1吸附Ni²⁺后吸收峰强度明显变化，但是FSBC_3-1吸附Co²⁺后吸收峰的强度没有明显的减弱和偏移，是Ni²⁺与-COOH发生离子交换和络合等化学吸附行为引起的。在1110 cm^-1附近的吸收峰是脂基、酸酐(C-O-C)和砜基(O=S=O)的伸缩震动引起，表明在FSBC_3-1中掺杂了S元素。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后这个峰明显偏移，可能是相关的活性基团参与了吸附过程^[32]。在600 cm^-1附近出现的吸收峰是C-S键的伸缩震动引起，FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后发生明显偏移，因为含S活性基团参与了吸附过程。在470 cm^-1附近出现的吸收峰是M-O金属氧化峰引起，表明在FeSO₄中引入了Fe²⁺和Fe³⁺。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后吸收峰明显增强和偏移，是Ni-O和Co-O的形成所致。

图4给出了FSBC_3-1的Zeta电位。可以看出，pH值小于等于3时FSBC_3-1都带正电荷，与正价金属离子的静电相斥使FSBC_3-1表面的活性位点和活性基团与Ni²⁺和Co²⁺不能接触，不能发生吸附。随着pH值的增大FSBC_3-1表面的电荷由正变负，与正价金属离子的静电异性相吸使吸附行为发生。FSBC_3-1的pH_PZC为4.04，表明FSBC_3-1在pH大于4.04时表面带负电荷，有利于吸附水中的金属离子，如Ni²⁺，Co²⁺等。

图5给出了FSBC_3-1吸附前后的XPS全谱。可以看出，FSBC_3-1含O、S和Fe元素，C1s，O1s，S2p和Fe2p的宽谱峰分别出现在281，529，166和708 eV。FeSO₄的掺杂使FSBC_3-1的全谱中出现了明显的S2p和Fe2p宽谱峰。C、O、S和Fe组成的活性基团在化学吸附中起重要作用。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后在全谱的854和779 eV处出现了明显的Ni2p和Co2p宽谱峰。由表2可见，吸附Ni²⁺和Co²⁺后各元素含量的比例出现了明显的变化。其原因是，含C、O、S和Fe的活性基团参与了吸附过程且其含量大幅度下降,从而使元素的比例发生变化，表明存在化学吸附。吸附后FSBC_3-1-Ni²⁺表面Ni2p的含量为35.80%，FSBC_3-1-Co²⁺表面Co元素的含量为25.50%，表明FSBC_3-1吸附了Ni²⁺和Co²⁺。

图6给出了FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺前后的O1s谱。根据O1s谱和表3中的数据，O1s谱有三个特征峰C-O、C=O和-OH分别位于528，529和530 eV。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后C-O的含量明显下降，可能是含有C-O的活性官能团(COOH和C-OH等)参与了吸附过程，Ni²⁺和Co²⁺与相关活性基团发生了化学吸附。C=O和-OH的含量比例明显提高的原因，可能是C=O和-OH与Ni²⁺和Co²⁺发生了离子交换、络合和静电等化学吸附行为，将Ni²⁺和Co²⁺固定在FSBC_3-1表面。

图7给出了FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺前后的S2p谱。根据S2p谱和表3中数据，S2p谱图有四个特征峰S^2-、S^-、SO32-和SO42-，分别位于161，162，166和167 eV。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后，S^2-、S^-和SO42-的含量比例明显提高；但是SO32-的含量却明显下降，表明SO32-参与了FSBC_3-1对Ni²⁺的吸附过程。随着SO32-含量的下降，其他官能团的含量比例有一定的提高。FSBC_3-1吸附Co²⁺后SO32-和SO42-的含量明显下降，表明SO32-和SO42-与Co²⁺产生了静电或发生了络合等化学吸附行为，而S^2-和S^-含量比例随着SO32-和SO42-含量的下降有所提高，表明FeSO₄的掺杂引入了S元素。

图8给出了FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺前后的Fe2p谱图。根据Fe2p谱和表3中数据，Fe2p谱图中708.48和722.6 eV附近的峰是因为Fe²⁺的生成，710.56和724.79 eV附近的峰是因为存在Fe³⁺。这表明，在FSBC_3-1中掺杂了FeSO₄并且生成了Fe²⁺和Fe³⁺。而产生Fe³⁺的原因是，FeSO₄和芦荟青皮在空气中在200℃水热时，其中的部分Fe²⁺氧化为Fe^3+[33]。位于714和718 eV附近的峰是两个卫星峰。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后FSBC_3-1表面Fe²⁺和Fe³⁺的含量比例发生了一定的变化。FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺后Fe³⁺的含量比例都有所下降，表明Fe³⁺有利于对Ni²⁺和Co²⁺的吸附，也表明FeSO₄的掺杂引入了含S和Fe的活性基团。

图9给出了FSBC_3-1的VSM图。图9表明，FSBC_3-1具有明显的磁滞回线，说明FSBC_3-1具有良好的磁性，并且饱和磁化强度到达了0.65 emu·g^-1。根据上述分析，经过高温水热和高温热解，一部分Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并且以Fe₃O₄的形式存在于炭材料内。Fe₃O₄是一种强磁性物质，它的存在是生物炭具有磁性的主要原因^[34]。这再次证明，在FSBC_3-1中掺杂了FeSO₄。FSBC_3-1的磁性使其吸附后可用磁场回收以进行循环再生和二次利用。

图10给出了FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺的吸附等温线。可以看出，FSBC _x-y 对Ni²⁺，Co²⁺的吸附性能较好，其中FSBC_3-1的吸附性能最佳。金属离子的初始浓度较低时FSBC_3-1的吸附等温线斜率较高，表明FSBC_3-1对金属离子的平衡吸附量较低，但是对金属离子去除率较高。其原因是，FSBC_3-1含有较多的活性位点和活性基团能与金属离子充分接触；随着金属离子溶液初始浓度的提高吸附等温线趋于平衡，斜率降低。其原因是，金属离子与FSBC_3-1表面的活性位点和活性基团充分结合后，FSBC_3-1孔道内的活性位点和活性基团开始与其接触，FSBC_3-1的吸附容量逐渐增加，但是去除率逐渐降低；FSBC_3-1所有的孔道被占满以及活性位点和活性基团逐渐消耗完，吸附也逐渐达到饱和，此时再提高金属离子的初始浓度FSBC_3-1的吸附量也不会提高。

图11给出了FSBC _x-y 吸附金属离子的Langmuir拟合模型。由图11可见，FSBC_x-y吸附Ni²⁺和Co²⁺的等温线模型符合Langmuir模型(R² > 0.9952)。这表明，FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺具有单分子层吸附行为， FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附能力最强。根据Langmuir模型计算出FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺的理论吸附量分别为136.43 mg·g^-1和132.10 mg·g^-1，表明吸附过程主要是炭材料表面的活性基团对金属离子的化学吸附行为，将金属离子固定在炭材料的表面和内部孔道^[35]。

图12给出了FSBC _x-y 的去除率曲线，可见FSBC_3-1吸附低Ni²⁺和Co²⁺浓度溶液时去除率较高(接近100%)；随着溶液浓度的提高去除率越来越低，FSBC_3-1吸附逐渐趋于饱和。这表明，FSBC_3-1对低浓度金属离子废水的吸附能力较强。

图13给出了FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺的吸附动力学曲线。从图13可以看出，在100 min内FSBC _x-y 对Ni²⁺和Co²⁺的吸附速率较高。其原因是，吸附的前期FSBC _x-y 表面丰富的活性位点和活性基团与溶液中的金属离子充分结合；吸附100-200 min吸附速率逐渐降低，吸附200 min吸附开始达到平衡。达到平衡的原因是，溶液中的金属离子完全占据FSBC _x-y 表面的活性位点和活性基团后金属离子进入FSBC _x-y 内部与孔道内的活性位点和活性基团接触，并发生化学吸附行为；吸附200 min后FSBC _x-y 表面和内部孔道的活性位点被金属离子完全占据并达到饱和状态，使吸附达到平衡状态。

图14给出了FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺的拟二级动力学模型。可以看出，拟二级动力学模型能更好的描述FSBC _x-y 对Ni²⁺和Co²⁺的吸附行为(相关系数R² > 0.9993)，表明FSBC _x-y 对金属离子的吸附主要是化学吸附^[36]。根据拟二级模型可计算出FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的平衡吸附容量分别为133.33 mg·g^-1和126.42 mg·g^-1。与FSBC_1-1和FSBC_2-1相比，FSBC_3-1的吸附性能最佳。这一结果与吸附等温线实验结果相近，也与FTIR和XPS分析的结果一致。

图15给出了FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附穿透曲线。由图15可见，FSBC_3-1在模拟固定床中吸附Ni²⁺和Co²⁺的穿透时间约为41 min，饱和时间约为236 min。这表明，FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附容量较大，与上述吸附等温线和吸附动力学的结果相同。对动态吸附的研究表明，FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附性能较好。

图16给出了再生的FSBC_3-1对金属离子的吸附效率。由图16可见，再生的FSBC_3-1吸附5次后对Ni²⁺和Co²⁺的吸附性能仍高于55%。吸附等温线表明，FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的理论最大吸附量分别为136.43 mg·g^-1和132.10 mg·g^-1，即使再生5次衰减至55%以上，与其他生物炭吸附剂相比，FSBC_3-1对金属离子的吸附能力仍然较好。FSBC_3-1吸附性能衰减的原因，可能是在解析吸附FSBC_3-1表面金属离子的同时把Fe²⁺和Fe³⁺解析出来了，破坏了碳骨架，损失了FSBC_3-1表面的活性位点和活性基团。

图17给出了溶液的pH值对FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺的影响。可以看出，随着溶液pH值的增加FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附量随之增加。溶液的pH值为1时，FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附量几乎为0。其原因是，在强酸溶液中FSBC_3-1表面产生了大量的正电荷，与正价金属离子间静电相斥使FSBC_3-1表面的活性位点和活性基团与Ni²⁺和Co²⁺不能接触和吸附。随着溶液的pH值提高到2-7吸附量缓慢增长，吸附量与吸附等温线和吸附动力学的结果接近。当pH值高于超过7时，FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺的吸附量骤增。因为在碱性溶液中FSBC_3-1表面的大量负电荷与正价金属离子间的静电相吸有助于吸附行为的发生。同时，碱性溶液中的的OH^-与部分Ni²⁺和Co²⁺产生了共沉淀反应，降低了溶液中金属离子的浓度。当pH值大于10时溶液里的Ni²⁺和Co²⁺几乎完全沉淀。这一实验结果与Zeta电位分析中结果一致。

图18给出了FSBC_3-1的金属离子竞争吸附柱状图，表4列出了竞争吸附的分配系数。图18和表4中的数据表明，在Ni²⁺和Co²⁺的单元体系吸附中FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺单一的分配系数分别为0.74 L·g^-1和0.76 L·g^-1；在Ni²⁺-Co²⁺的二元体系中Ni²⁺和Co²⁺的分配系数分别为0.39 L·g^-1和0.34 L·g^-1。两种金属离子的分配系数接近，FSBC_3-1对Ni²⁺比Co²⁺有更好的选择性；在Ni²⁺-Zn²⁺的二元体系中，Ni²⁺和Zn²⁺的分配系数分别为0.17 L·g^-1和0.58 L·g^-1，表明FSBC_3-1对Zn²⁺有更好的选择性；在Co²⁺-Zn²⁺的二元体系中，Co²⁺和Zn²⁺的分配系数分别为0.06 L·g^-1和0.49 L·g^-1，表明FSBC_3-1对Zn²⁺有更好的选择性；在Ni²⁺-Co²⁺-Zn²⁺的三元体系中，Ni²⁺、Co²⁺和Zn²⁺的分配系数分别为0.08 L·g^-1，0.16 L·g^-1和0.58 L·g^-1，表明FSBC_3-1对Zn²⁺有更好的选择性。多元体系的金属离子的竞争吸附结果表明，FSBC_3-1对Zn²⁺的选择性更高，即Zn²⁺对FSBC_3-1吸附Ni²⁺和Co²⁺的影响较大。但是，对于三种金属离子的吸附量都优于其他生物炭的吸附容量。

图19给出了FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺的机理，其中M代表Ni²⁺或Co²⁺。根据表征分析结果和吸附实验数据，FSBC _x-y 具有一定大小的比表面积、丰富的活性位点和活性基团。FSBC _x-y 吸附Ni²⁺和Co²⁺的机理，可能是FSBC _x-y 表面的C、O、S和Fe活性基团参与了离子交换，产生了络合、共沉淀、静电、孔道或π-π作用。参与反应的主要活性官能团有羟基(-OH)、巯基(-SH)、砜基(O=S=O)、羧基(-COOH)等，其中羟基、巯基和羧基参与离子交换、静电作用等化学吸附行为，羧基和砜基参与络合作用等化学吸附行为。在-OH的作用下，Ni²⁺和Co²⁺生成氢氧化物沉淀在FSBC _x-y 表面。FTIR分析结果表明，FSBC _x-y 可能存在芳香族化合物且其π电子可能与Ni²⁺和Co²⁺稳定结合。XPS分析结果表明，掺杂FeSO₄引入了S元素，FSBC _x-y 表面的含S活性基团有利于对Ni²⁺和Co²⁺的吸附。

FeSO₄掺杂芦荟青皮的磁性生物炭FSBC _x-y 表面具有层状堆叠结构，FSBC_3-1的表面具有分级多孔结构，表面的层状堆叠最显著和复杂，层状较小，粗糙程度最低。FSBC_3-1表面有丰富的C，O，S和Fe活性基团，与Ni²⁺和Co²⁺发生离子交换、络合、共沉淀、静电吸附、孔道、氢键和π-π等反应。FSBC_3-1对Ni²⁺，Co²⁺的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。FSBC_3-1对Ni²⁺和Co²⁺吸附过程符合拟二级动力学模型，吸附速率主要受FSBC_3-1表面活性基团控制。FSBC_3-1对金属离子有较大的动态吸附容量，还可循环使用。