改性水葫芦粉对水体中Hg~(2+)的吸附

通过二硫化碳(CS_2)对水葫芦粉进行改性,研究吸附时间、吸附剂浓度和溶液pH对改性前后水葫芦吸附溶液二价汞(Hg~(2+))的影响,并探讨其吸附动力学、热力学行为和除汞机理。结果表明:吸附剂浓度为2 g·L~(-1),溶液pH值为6,吸附时间180 min,改性水葫芦粉对Hg~(2+)浓度为2.0 mg·L~(-1)时的去除率大于93%;改性前后水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附过程均符合拟二级动力学方程,化学吸附在整个吸附过程中起重要作用。吸附过程能够很好地用Langmuir方程拟合,吸附自由能变(ΔG)0、吸附焓变(ΔH)0、吸附熵变(ΔS)0,表明改性水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附过程是自发的吸热过程;动力学拟合和热力学研究表明改性水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附既有物理吸附又有化学吸附。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附特征

为了研究棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对溶液中Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附过程的特征,分别从动力学、热力学和吸附等温线三方面进行了实验,同时还研究了pH、温度、时间、重金属离子起始浓度和吸附剂用量对吸附过程的影响。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述。在实验设定条件下,棘孢曲霉对Pb~(2+)和Cd~(2+)最大吸附量分别为71.2 mg/g和59.8 mg/g;动力学实验数据很好的符合二级动力学方程,吸附达到平衡的时间为3 h;热力学实验数据显示该吸附过程为自发的、吸热的过程。     

废旧碱性电池-活性污泥炭的制备及对废水中Cd~(2+)的吸附

以污水厂污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧碱性电池电极材料,采用ZnCl_2活化法制备出废旧碱性电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDX、XRD和Zeta电位,并进行污泥炭Cd~(2+)吸附实验。结果表明,电池材料掺杂量为25%时,改性污泥炭吸附性能最优,碘吸附值和比表面积分别达到543.0 mg·g~(-1)和426.5 m~2·g~(-1),中孔孔径集中在3~4 nm左右,Zeta电位为-16.30 m V;对比纯污泥炭,废电池-污泥炭吸附金属离子性能更优,Cd~(2+)吸附量增加了近60%,而ZnCl_2活化剂用量减少了40%;回归分析发现,准二级动力学和Langmuir等温方程式适用于描述废电池-污泥炭对Cd~(2+)的吸附行为。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

CaCl_2改性生物炭的制备及其对Pb~(2+)的吸附作用

以柳木屑和花生壳为原料,采用预浸渍—热解法制备原始柳木屑生物炭(FMC)、原始花生壳生物炭(PSC)、CaCl_2改性的柳木屑生物炭(Ca-FMC)和CaCl_2改性的花生壳生物炭(Ca-PSC)。在对生物炭的结构和组成进行表征的基础上,研究了CaCl_2改性和pH对生物炭吸附Pb~(2+)的影响,并研究了Ca-FMC和Ca-PSC吸附Pb~(2+)的吸附等温模型和动力学过程。结果表明,CaCl_2改性可显著提高原始生物炭对Pb~(2+)的吸附能力。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温模型,饱和吸附量可分别达到54.32、32.80mg/g。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程,准二级动力学速率常数分别为0.01、0.03g/(mg·h)。     

狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)与Pb~(2+)的吸附及机理分析

为了解狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)活性炭的吸附性能及其机理,采用磷酸一步活化法制备了狭叶香蒲活性炭,并对其理化性质进行了表征;通过静态实验,研究了溶液起始pH、Cd~(2+)和Pb~(2+)浓度、吸附时间、温度、活性炭剂量对狭叶香蒲活性炭吸附水溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)的影响。狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量随溶液起始pH与温度的增加而增加,吸附平衡时间约为10 min;热力学分析表明,吸附过程自发而且吸热,吸附动力学实验结果符合拟二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地拟合狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)的吸附,Pb~(2+)的平衡吸附量与Freundlich模型的拟合性更好。25℃条件下,由Langmuir线性模型拟合得到的Cd~(2+)和Pb~(2+)最大吸附量Qm分别为83.33和116.28 mg/g。狭叶香蒲活性炭的理化性质分析表明,活性炭表面凹凸不平、多孔,比表面积为780.42 m2/g、孔容23.29 m L/g、平均孔径3.14 nm;活性炭含有羟基、磷酸基、CC键等,等电点为3.3。结果表明,狭叶香蒲活性炭是Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附的有效吸附剂,吸附过程包括静电吸附、离子交换等。     

棉花秸秆黑炭对Cd~(2+)的吸附特性研究

以棉花秸秆黑炭(以下简称黑炭)为吸附剂,通过吸附动力学、吸附热力学以及等温吸附实验研究了黑炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,Cd~(2+)在黑炭上的吸附动力学更加符合准二级动力学方程,其吸附可分为快速吸附和慢速吸附两个过程,在60min就可以达到饱和吸附量的92%。颗粒内扩散并不是控制吸附速率的唯一步骤,同时受到液膜扩散和表面吸附的作用。吸附等温线拟合发现Langmuir方程能更好地描述Cd~(2+)在黑炭上的吸附行为,Cd~(2+)在炭变化时间为3.0、4.5h的黑炭上的最大吸附量分别为36.36、38.61mg/g。吸附热力学研究结果表明,黑炭对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程。     

酸碱改性活性炭吸附微污染水源水中的Ni~(2+)

通过HNO_3-KOH对活性炭进行改性,采用扫面电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、红外光谱分析(FT-IR)和Boehm滴定法对改性前后的活性炭进行表征,研究了改性前后的活性炭在不同条件下对微污染水源水中Ni~(2+)的吸附能力和动力学。结果表明:改性活性炭表面含氧酸性官能团数量增加,比表面积和总孔容均略有降低,孔径变化不明显。在Ni~(2+)浓度为0.4 mg·L~(-1),改性活性炭投加量5.0 g·L~(-1),温度30℃时,反应1 h去除率可达95.55%,剩余Ni~(2+)浓度为0.017 8 mg·L~(-1),达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的要求。相同条件下,改性前活性炭对Ni~(2+)的去除率仅为74.45%,剩余Ni~(2+)浓度达不到标准要求。活性炭对Ni~(2+)的等温吸附更符合Langmuir方程,吸附动力学数据符合准二级动力学方程。     

多胺改性PGMA-DAAM树脂的合成及对Pb~(2+)的吸附性能

甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与双丙酮丙烯酰胺(DAAM)发生共聚,生成一种含环氧基和DAAM亲水链节的PGMA-DAAM共聚物,再与三乙烯四胺反应,合成了一种多胺改性的PGMA-DAAM树脂(TETA-PGMA-DAAM)。树脂的结构经元素分析、红外光谱和热重分析进行表征。探讨了合成树脂对Pb~(2+)的吸附性能,考察了吸附温度、pH、金属离子浓度等因素对吸附效果的影响。结果表明,树脂对Pb~(2+)的吸附量随着温度的升高而略有增大,在pH约为4.7、温度为40℃和Pb~(2+)平衡浓度为0.01299 mol/L时其最高吸附量可达到1.581 mmol/g。树脂对Pb~(2+)的吸附符合Boyd模型,表现为液膜扩散控制,其扩散系数在30℃和35℃时分别为0.0131 min-1和0.0175 min-1。吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附式。吸附热力学参数ΔG,ΔH和ΔS分别为-3.912 k J/mol(25℃)、2.058 k J/mol和20.025 J/mol,表明吸附过程为自发进行的吸热过程。     

纳米级天然黄铁矿去除水中Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)

利用机械球磨的方法可以提高天然黄铁矿的活性,通过XRD和TEM对机械球磨后黄铁矿粉末的表面形态和物理性质进行表征。通过批实验的方法探讨在不同的pH,不同的球磨黄铁矿用量,不同的反应时间和温度的条件下黄铁矿对Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除效果。研究结果表明,金属离子的吸收受到pH的影响,随着pH的升高,3种金属离子的吸附趋势出现了很大的不同。并且在分析pH对反应效果的影响时,需要考虑金属生成沉淀时的pH。同时,随着反应时间和温度的增加,3种金属离子的吸收量都有不同程度的升高。通过实验比较,球磨黄铁矿对Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除能力大小为Pb~(2+)Cr~(6+)Cd~(2+)。纳米级黄铁矿与Cr~(6+),Cd~(2+)和Pb~(2+)的反应过程符合准二级动力学方程。     

氨基改性MCM-48对水溶液中Pd~(2+)的吸附

采用3毫丙基三乙氧基硅烷对MCM48进行改性,制备出氨基改性介孔硅材料WH_2-MCM-48,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FMR)和N2吸附脱附(BET)对WH_2-MCM-48进行表征,并探讨了WH_2-MCM-48对水溶液中Pd~(2+)的吸附性能。实验考察了初始pH、吸附时间、初始浓度、温度等因素对Pd~(2+)吸附的影响,并讨论了吸附动力学和热力学特征。结果表明:在pH为4~5范围内,吸附效果最好在150 min内达到吸附平衡。吸附动力学符合拟二级动カ学方程,Langmuir等温吸附方程能较好地描述WH_2-MCM-48对Pd~(2+)的吸附特性30℃静态吸附容量为59.67 mg·g~(-1);热力学分析结果表明AH_2-MCM-48对Pd~(2+)的吸附是自发、吸热反应。吸附观附实验表明,0.1 mol·L~(-1)HCl+5%硫脲对Pd~(2+)的洗脱效果好。     

氢氧化钠改性沸石对水中Cu~(2+)的吸附特性研究

利用氢氧化钠对天然沸石进行改性,将天然沸石和改性沸石用于吸附去除水中的Cu~(2+),分析了p H、温度、Cu~(2+)初始浓度、吸附时间对Cu~(2+)吸附性能的影响,并对吸附过程的吸附等温模型及吸附动力学进行研究。结果表明,改性沸石对Cu~(2+)的吸附性能明显优于天然沸石,当沸石投加量为10 g/L,Cu~(2+)为200 mg/L,p H为6.67,温度为50℃时,天然沸石和改性沸石对Cu~(2+)的吸附量分别为2.02、2.69 mg/g。Langmuir和Freundlich吸附等温模型均能较好地描述两种沸石对Cu~(2+)的吸附过程。天然沸石对Cu~(2+)的吸附行为更符合准一级动力学方程,而准二级动力学方程对改性沸石的吸附行为拟合度更好。两种沸石对Cu~(2+)的吸附均为非均相吸附,且内扩散过程不是唯一的速控步骤。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd~(2+)的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在700℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd~(2+)的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为298.15 K时,最大吸附容量为27.47 mg·g~(-1)。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

改性沸石对水中微量汞的吸附性能

为了更好的去除水体中微量汞,研究了采用二氧化锰和壳聚糖对天然斜发沸石进行改性,着重考察了pH、温度、离子强度、Hg~(2+)初始浓度和时间对改性前后沸石吸附Hg~(2+)的影响,并研究了其吸附机理。结果表明,改性沸石受pH、温度和离子强度影响较小,在pH、温度、离子强度和初始浓度为6、25℃、0.05 mol·L~(-1)和50μg·L~(-1)时,二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)对Hg~(2+)的去除率高达99%,符合国家饮用水标准,并且二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)具有更好的解吸再生性。3种沸石均较好的符合Langmuir等温吸附模型和假二级动力学模型,其中改性沸石对汞的吸附主要为离子交换和表面官能团的络合作用,二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)和壳聚糖改性沸石(ZC)饱和吸附量由1.43 mg·g~(-1)提高到5和3.3 mg·g~(-1),吸附平衡时间由10 h减少至1和4 h,为治理汞微污染地表水提供一定的理论支持。     

海藻酸钠-改性碳纤维复合材料对水中Cd~(2+)的吸附研究

采用海藻酸钠与改性聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)制作复合材料吸附去除水溶液中的Cd~(2+),考察不同吸附时间和溶液pH对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,改性后PAN-CF的表面官能团增加,表面能提高,相比于未改性PAN-CF制备的复合材料,改性PAN-CF能够缩短复合材料对Cd~(2+)的饱和吸附时间,增加Cd~(2+)饱和吸附量,随着溶液pH的升高,复合材料对Cd~(2+)的吸附量呈先增加后下降的趋势,pH=6时Cd~(2+)的吸附量最大,为162.8mg/g。     

氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂的制备及对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯,再与淀粉进行反应制得了氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂(GO-Starch)。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等技术手段对GO-Starch的结构和官能团进行表征,研究GO-Starch对水中Cu~(2+)、Pb~(2+)吸附性能,探讨吸附时间、温度、吸附剂用量、初始浓度、pH等因素对吸附率的影响。结果表明:(1)在30℃、pH为5、Cu~(2+)初始质量浓度为40mg/L的条件下,GO-Starch对Cu~(2+)的吸附在90min达到吸附平衡。在30℃、pH为4、Pb~(2+)初始质量浓度为20mg/L的条件下,GO-Starch对Pb~(2+)的吸附在120min达到吸附平衡。(2)GO-Starch对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,对Pb~(2+)的吸附符合Freundlich等温吸附模型;对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学特性均符合准二级动力学模型。     

改性核桃果皮基活性炭对Cu~(2+)的吸附

以核桃外果皮制备活性炭及改性活性炭,对制得的活性炭进行表征,研究了5种活性炭对重金属Cu~(2+)的吸附性能。研究表明,以氯化锌为活化剂制得的活性炭,其碘吸附值及表面酸性基团含量均高于磷酸活化制备的活性炭,改性后的活性炭吸附性能明显增强,碘吸附值最高达到678.53 mg·g~(-1),对Cu~(2+)的最高去除率达到91.43%。吸附量和Cu~(2+)去除率随时间、温度和p H的升高而增大,5种活性炭投加量增加,导致吸附量减小,但Cu~(2+)去除率增大,吸附平衡时间为3 h。5种活性炭对Cu~(2+)的吸附均符合准二级动力学模型。磷酸和氯化锌活化的活性炭吸附等温线符合Tempkin模型,而3种改性活性炭的吸附等温线则较好地符合Langmuir模型。     

一步法低温合成二维CNx纳米材料及其对水中重金属离子的吸附性能

利用尿素和乙二胺四乙酸钠盐通过一步法低温固相裂解合成了二维纳米碳氮材料(2-D CN_x),实现了对水中重金属离子的吸附去除。系统地研究了2-D CN_x对水中重金属离子Cd~(2+)、Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能,其吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir模型。结果表明:Cd~(2+)、Cu~(2+)和Pb~(2+)的初始浓度均为40 mg·L~(-1),在25℃下,达到平衡时吸附量分别达到了79.4、 58.5、 72.8 mg·g~(-1); 2-D CN_x在比较广泛的pH范围(3.0～9.0)内对重金属离子都具有比较好的吸附效果;吸附剂在吸附柱过滤穿透实验中表现出很好的吸附效果和可重复利用性,且具有良好的机械稳定性。进一步的机理分析探明,吸附主要基于材料表面的羟基和重金属离子交换及氨基与重金属离子的络合协同作用。