氧化石墨烯对Th(Ⅳ)的吸附特性研究

针对污染水体中的放射性核素去除问题,采用Hummers法制备了氧化石墨烯,利用红外光谱、拉曼光谱、透射电镜和Zeta电位对氧化石墨烯的结构和表面形貌进行了表征。采用静态批式法研究Th(Ⅳ)在氧化石墨烯上的吸附行为,探讨了pH值、离子强度、腐殖酸等因素对吸附的影响。实验结果表明,pH值对吸附的影响很大,离子强度对吸附几乎没有影响;在pH5时,腐殖酸浓度对吸附起到了促进作用,浓度越大对吸附的影响越强烈。研究结果表明氧化石墨烯可以作为放射性核素处理的一种潜在吸附材料。     

改性石墨烯对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

对十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性石墨烯用于水中亚甲基蓝(MB)的去除进行了研究.用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)和热重分析仪(TGA)对石墨烯和改性石墨烯性能进行表征.探讨了反应时间、pH、温度、剂量对石墨烯和改性石墨烯去除MB的影响.结果表明,在石墨烯制备过程中添加CTAB可以明显增大比表面积,提高MB的去除率.反应过程在前15 min内反应速率很快,并约在120 min内达到吸附平衡.吸附动力学符合伪二级动力学模型.最佳反应温度为293 K,吸附剂投加量的最适浓度为2 g·L-1,且吸附量的大小与溶液的初始pH值无关.通过Langmuir等温吸附方程得到改性石墨烯的最大吸附量86.43 mg·g-1,且为放热反应.     

氧化石墨烯固化土壤中重金属离子的有效性及界面能特征

以修复土壤中重金属污染物为目标,开展以石英砂为多孔介质材料,氧化石墨烯为吸附剂,在改变重金属种类、重金属污染物浓度、注入氧化石墨烯浓度和渗流速度条件下的土柱穿透试验.首先,对单一重金属的迁移特性及氧化石墨烯对重金属的去除效果和固化机制进行研究.试验表明,改变渗流速度对单一重金属离子(Pb²⁺和Cd²⁺)的迁移影响较小.氧化石墨烯穿透污染土柱时,低重金属污染浓度和高渗流速度会促进氧化石墨烯的迁移,进而促进重金属污染物的迁移.氧化石墨烯对重金属离子(Pb²⁺和Cd²⁺)有很好的去除及固化效果,对铅离子和镉离子的最大固化率为88.2%和63.9%.其次,通过SEM、FTIR、Zeta电势试验发现,氧化石墨烯对重金属离子的吸附机理主要是静电吸引、离子交换和表面络合.通过DLVO理论计算结果可知,负载重金属的氧化石墨烯相较于未负载重金属的氧化石墨烯更易固化在土壤中,其中负载镉离子的氧化石墨烯比负载铅离子的氧化石墨烯更容易固化在土壤中.     

粉煤灰基吸附剂去除水中重金属的研究进展

粉煤灰是一种廉价易得的工业废弃物，但因其具有呈化学惰性的表面、有限的孔结构、低的比表面积，使得其作为吸附剂应用于水中重金属离子的去除方面受到限制，改性处理可赋予粉煤灰新的吸附特性。文中系统介绍了改性粉煤灰材料的制备及其用于水中重金属去除方面的研究进展，比较分析粉煤灰基材料自身及其在重金属处理应用中的优缺点，重金属包括以Pb、Hg、Cd等为首的高毒性二价阳离子和以Cr、As为首的含氧酸根负离子。得出粉煤灰沸石材料具有应用前景，处理二价阳离子尤为有效，接枝改性有助于有毒Cr(Ⅵ)阴离子的去除。应增加低污染、低成本、高吸附容量的粉煤灰基吸附材料的开发及其在实际废水中的应用研究。     

生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用

生物炭是由植物或动物废弃生物质在完全或部分缺氧条件经裂解炭化产生的一类高度芳香化、抗分解能力极强的碳质固体物质,是一种富含碳元素的有机连续体。生物炭比表面积大、疏松多孔,含有羟基、羧基、羰基等活性官能团,对多种重金属离子具有吸附固定作用,可以用来去除或削减水体中的有毒有害重金属。此外,利用酸、碱、石墨烯等物质对其进行修饰或改性,可提高对重金属的吸附能力。根据当前研究现状,综述了不同生物炭对水溶液中重金属离子的去除作用,并比较了一些生物炭改性前后与重金属的作用效果差异,同时归纳了生物炭与重金属的相互作用机理及其影响因素。在此基础上,展望了生物炭在去除水体环境中有毒有害重金属的研究方向,以期望生物炭得到更好应用。     

化学改性纤维素吸附重金属的研究进展

基于天然植物纤维的组成成分,介绍了不同种类植物纤维的预处理方法,分析了改性方法和吸附机制,探讨了现有研究的不足和改进方向。分析认为:纤维素基吸附剂多采用废弃天然植物纤维作为基体,未经处理的纤维疏水性较强且结晶度较高,不利于重金属的快速充分吸附;酸处理会使吸附位点质子化,碱处理可去除木质素,有机溶剂可去除表面杂质;酯化改性可引入羧基,氧化改性可引入醛基、酮基、羧基、烯醇基,接枝改性可引入氨基、酰胺、磺酸基等官能团;表面络合与静电吸引是重金属吸附的主要作用机制,具有一定选择吸附性能。为提高纤维素改性效果,应根据纤维组成和重金属吸附要求,选择相应预处理和改性方法。     

新型高效改性材料在重金属废水处理中的应用

使用原始吸附材料,如微生物、有机或无机材料等吸附废水中的重金属时,通常呈现较低的吸附性能,其吸附量通常都低于30mg/g。因此,研究者更多地关注提高各种吸附材料的吸附能力。国内外一些研究者采用新型、高效的物理或化学改性技术对吸附材料进行表面改造,如将高聚物接枝融合到菌体表面、表面分子印迹吸附剂、固定化微生物、酸改性处理有机或无机材料等,与常规材料相比,改性后材料对重金属的最大吸附容量一般可提高到100mg/g以上。随着各种改性技术的不断成熟,利用改性材料吸附重金属废水将成为今后研究重金属废水处理的主流方向。     

石墨烯类材料在水处理和地下水修复中的应用

作为一种性质优异的吸附材料,石墨烯类材料对有机物和重金属等多种水污染物均有出色的吸附能力,因此其在水处理和地下水修复工作中的应用前景在近几年备受关注.当前的研究总体上尚停留在实验室模拟阶段,在提高材料饱和吸附量的同时,研制出低成本、稳定性强、易于再生利用且环境友好的石墨烯类材料是今后的发展趋势.本文对石墨烯类材料的种类及制备方法进行了归纳总结,对他们在水处理和地下水修复中的应用研究情况进行了综述,对当前研究中存在的问题进行了分析,最后对未来的研究和应用前景进行了总结和展望.     

氧化石墨烯改性污泥基生物炭对培氟沙星的去除机理研究

为获得培氟沙星废水高效去除的环境友好型吸附剂,以城市剩余污泥为原料制备了SBC（污泥基生物炭）,并采用氧化石墨烯（GO）对其改性得到GO-SBC（氧化石墨烯改性生物炭）,利用SEM和FTIR对其进行表征,通过静态吸附试验探讨了生物炭对培氟沙星的去除效果,并通过吸附模型和FTIR、XPS表征技术进一步探究了GO-SBC对培氟沙星的吸附机理.结果表明:①改性后的GO-SBC表面更加粗糙,生物炭表面含氧官能团数量增加.②动力学吸附研究表明,GO-SBC对培氟沙星的最大吸附容量为137.51 mg/g,比SBC对培氟沙星的吸附容量提高了40.32%,且GO-SBC对培氟沙星的吸附更符合伪二级动力学模型,表明吸附过程主要以化学吸附为主.③GO-SBC对培氟沙星的吸附符合Freundlich等温吸附模型,表明该吸附过程为多层吸附.④热力学研究表明,吸附过程为自发吸热反应.⑤GO-SBC对培氟沙星的吸附机制主要有两种作用,一种是π-π相互作用,另一种是GO-SBC的N—H与培氟沙星的C—H相互作用.研究显示,GO-SBC是一种高效去除培氟沙星的吸附剂,这为城市剩余污泥的资源化利用提供了出路,也为抗生素废水治理提供了方法.      

一种新型水与废水吸附过滤技术的研究

以普通的石英砂(20～40目)滤料为基本原料,表面改性制备了一种投资省的多功能水与废水吸附过滤材料。首先考察了吸附过滤材料的表面特性,然后以人工配水为处理对象,通过动态试验装置,较系统地研究了此材料对可溶性磷酸盐和Cr3、Cu2等重金属离子的去除性能。试验结果表明,此吸附过滤材料不仅可以有效去除磷酸盐,而且对Cr3、Cu2等的去除率均在90％以上,再生率分别达94％及50％以上。      

Environmental application of three-dimensional graphene materials as adsorbents for dyes and heavy metals: Review on ice-templating method and adsorption mechanisms

The remediation of wastewater requires treatment technologies which are robust, efficient, simple to operate and affordable such as adsorption. Lately, three-dimensional (3D) graphene based materials have attracted significant attention as effective adsorbents for wastewater treatment. The intrinsic properties of 3D graphene structure such as large surface area and interconnected porous structure can facilitate the transport of pollutants into the 3D network and provide abundant active sites for trapping the pollutants. For the synthesis of 3D graphene structure, ice-templating is commonly practiced due to its facile steps, cost effectiveness and high scalability potential. This review covers the ice-templating fabrication technique for 3D graphene based materials and their application as adsorbents in eliminating dyes and heavy metals from aqueous media. The assembly mechanisms of the ice-templating fsynthesis are comprehensively discussed. Further discussion on the fundamental principles, critical process parameters and characteristics of ice-templated 3D graphene structures is also included. A thorough review on the mechanisms for batch adsorption of dyes and heavy metals is presented based on the structures and properties of the 3D graphene materials. The review further evaluates the dynamic adsorption in packed columns and the regeneration of 3D graphene based materials.     

CTAB改性地聚合物同时去除Cu(II)和Cr(VI)

地聚合物（Geopolymer,简称GP）是由含硅铝酸盐的偏高岭土（Metakaolin,简称MK）或固体废料（如粉煤灰）经碱性激活制备的立体网状结构无机聚合物,对大部分重金属阳离子有良好的吸附作用,但对以阴离子形态存在的重金属吸附效果很差.本研究以偏高岭土为主要原料制备GP,同时用CTAB进行改性,研究其化学组成变化及对典型以阴、阳离子形态存在的重金属Cr（VI）和Cu（II）的同时吸附作用.结果表明,pH为5、吸附时间为24 h、初始浓度为50 mg·L^-1、吸附剂投加量为1 g·L^-1时,CTAB-GP对Cu（II）的去除率达到98.6%,Cr（VI）的最高去除率为25.6%,同时还发现溶液中Cu（II）的存在对吸附Cr（VI）有较大促进作用.整体来看,两种金属混合吸附时很好地符合二级动力学规律,单溶质吸附很好地符合Langmuir和Freundlich等温式,Cu（II）和Cr（VI）的理论最大吸附量分别为147.1 mg·g^-1和63.1 mg·g^-1.XRD、FTIR和BET表征分析结果表明,CTAB-GP中即使存在季铵盐阳离子,但依然属于地聚合物.CTAB-GP可以不牺牲对重金属阳离子吸附性能的同时吸附阴离子,优于常规地聚合物,鉴于CTAB-GP的这种特性,其在重金属污染防治中显示出极大的应用前景.     

硫掺杂氮化硼的制备及其对气相重金属的吸附特性研究

目前对焚烧烟气中重金属的控制以活性炭烟气喷射技术为主,然而该吸附剂高温（>150℃）下性能较差,吸附温度窗口较窄,因此开发耐高温非碳基吸附剂对于焚烧烟气中重金属的控制意义较大.以硼酸及三聚氰胺作为前驱体原料,将硫脲作为硫源掺杂进前驱体,经高温扩散后制备得到一种新型硫掺杂改性氮化硼（S-BN）吸附剂,并进行气相重金属高温吸附试验研究.结果表明:①S-BN吸附剂表面呈棱状结构,内部孔隙结构明显,不同S掺杂摩尔比下的形貌结构有一定差异.S-BN吸附剂内部孔体积范围为0.17~0.39 cm3/g,孔径分布范围为0.85~284.39 nm,平均孔径为2.95~4.19 nm,属于典型的中介孔多孔吸附剂.②当S掺杂摩尔比为0.50且1 300℃下煅烧5 h时,获得的S-BN吸附剂比表面积最大,达524.17 m2/g.S-BN吸附剂对气相重金属的最佳吸附温度为150~200℃.吸附过程中前5 min的吸附速率较快,并且在10 min内基本达到吸附饱和状态.③吸附过程动力学拟合分析发现,低温下S-BN吸附剂对重金属的吸附过程以物理吸附为主导,随着温度的升高,吸附过程逐渐转变为以化学吸附为主导.研究显示,该试验制得的新型S-BN吸附剂拥有较高的比表面积,其对气相重金属的饱和吸附量可以达到54.15~74.13 mg/g,对于气相重金属锌的吸附能力是活性炭的1.9~10.0倍,并且在相对高温（300℃）的吸附条件下仍可以保持较好的吸附能力.      

Predicting heavy metals’ adsorption edges and adsorption isotherms on MnO2 with the parameters determined from Langmuir kinetics

Although surface complexation models have been widely used to describe the adsorption of heavy metals, few studies have verified the feasibility of modeling the adsorption kinetics,edge, and isotherm data with one p H-independent parameter. A close inspection of the derivation process of Langmuir isotherm revealed that the equilibrium constant derived from the Langmuir kinetic model, K S-kinetic, is theoretically equivalent to the adsorption constant in Langmuir isotherm, K S-Langmuir. The modified Langmuir kinetic model(MLK model) and modified Langmuir isotherm model(MLI model) incorporating p H factor were developed. The MLK model was employed to simulate the adsorption kinetics of Cu(II), Co(II), Cd(II), Zn(II) and Ni(II) on Mn O2 at p H 3.2 or 3.3 to get the values of K S-kinetic. The adsorption edges of heavy metals could be modeled with the modified metal partitioning model(MMP model), and the values of K S-Langmuir were obtained. The values of K S-kinetic and K S-Langmuir are very close to each other, validating that the constants obtained by these two methods are basically the same. The MMP model with K S-kinetic constants could predict the adsorption edges of heavy metals on Mn O2 very well at different adsorbent/adsorbate concentrations. Moreover, the adsorption isotherms of heavy metals on Mn O2 at various p H levels could be predicted reasonably well by the MLI model with the K S-kinetic constants.     

碳基吸附剂原位吸附底泥重金属离子研究进展

本文综述了碳基吸附剂去除湖泊底泥中重金属离子的研究进展,具体介绍了生物炭基吸附剂、碳纳米管基吸附剂以及氧化石墨烯基吸附剂在修复湖泊重金属污染底泥中的应用,分析了影响重金属污染底泥修复的影响因素.结果表明,生物炭基吸附剂,碳纳米管基吸附剂,氧化石墨烯基吸附剂以及改性碳基吸附剂均能够有效修复底泥重金属,抑制重金属的生物有效性,同时上覆水pH值、氧化还原电位、有机质和水体扰动会影响重金属修复效果.最后针对碳基吸附剂在修复底泥重金属方面的局限性,展望了未来碳基吸附剂修复湖泊重金属污染底泥的发展方向.     

碳纳米材料去除水中重金属研究进展

碳纳米材料具有极大的比表面积,经氧化处理后的原子结构层上含有大量的羟基,羧基等含氧功能团,增强了它们与水中重金属污染物的离子交换能力和络合作用,是一类高效的水中重金属去除材料。文章介绍了碳纳米材料的种类、结构特点,总结了碳纳米材料去除水中重金属的研究现状,分析了去除重金属的机理。指出碳纳米材料在水处理实际应用中存在的问题,展望了应用前景,为开发新型重金属废水处理和供水处理工艺提供理论依据。     

Predicting heavy metals' adsorption edges and adsorption isotherms on MnO2 with the parameters determined from Langmuir kinetics

Although surface complexation models have been widely used to describe the adsorption of heavy metals, few studies have verified the feasibility of modeling the adsorption kinetics, edge, and isotherm data with one pH-independent parameter. A close inspection of the derivation process of Langmuir isothermrevealed that the equilibriumconstant derived from the Langmuir kinetic model, K_S-kinetic, is theoretically equivalent to the adsorption constant in Langmuir isotherm, K_S-Langmuir. The modified Langmuir kinetic model (MLK model) and modified Langmuir isothermmodel (MLImodel) incorporating pH factor were developed. The MLKmodel was employed to simulate the adsorption kinetics of Cu(II), Co(II), Cd(II), Zn(II) and Ni(II) on MnO₂ at pH 3.2 or 3.3 to get the values of K_S-kinetic. The adsorption edges of heavy metals could be modeled with the modified metal partitioning model (MMP model), and the values of K_S-Langmuirwere obtained. The values of K_S-kinetic and K_S-Langmuir are very close to each other, validating that the constants obtained by these two methods are basically the same. The MMP model with K_S-kinetic constants could predict the adsorption edges of heavy metals on MnO₂ very well at different adsorbent/adsorbate concentrations. Moreover, the adsorption isotherms of heavy metals on MnO₂ at various pH levels could be predicted reasonably well by the MLI model with the K_S-kinetic constants.     

基于建筑废弃物的轻石制备及其对重金属的吸附性能

利用废弃玻璃和水泥块制备一种新型轻石,研究了其对Cr3+、As3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附效果及吸附竞争影响。采用吸附动力学模型、吸附等温模型和傅里叶红外光谱研究其吸附作用,并考察了轻石的循环使用性能。结果表明:轻石对Cr3+、As3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附量分别为64,110,79,161,161 μg/mg;轻石吸附重金属主要与其表面的官能团和化学键有关,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附等温线均可由Langmuir和Freundlich模型较好模拟;当5种重金属共存时,吸附竞争性。5种重金属离子的去除率顺序为Cr3+＞Cu2+＞Zn2+＞As3+＞Pb2+;使用0.1 mol/L的HCl作为解吸剂,轻石经过6次循环使用后,5种重金属的去除率仍在50%以上,说明新型轻石具有良好的吸附性能和循环使用性能,所制备的新型轻石吸附剂符合当下"以废治废"的治理趋势,具有广阔的应用前景。