天然锰砂去除水中的砷

天然锰砂是一种廉价、高效的水处理用材料,但尚未用于水中砷的去除。实验研究了反应时间、砷形态、初始砷浓度、温度、溶液初始pH对吸附过程的影响。结果表明,天然锰砂对As(Ⅲ)的吸附能力大于As(Ⅴ)。25℃时,固液比为10 g/L的条件下,天然锰砂对初始浓度为5.0 mg/L的砷溶液吸附过程经72 h基本达到平衡,平衡时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达到94.5%和85.9%。吸附过程符合Lagergren准一级反应动力学模型和假二级反应动力学模型。相比之下,假二级动力学模型拟合程度更高。对As(Ⅲ)和As(Ⅴ),45℃时的吸附量均大于25℃时。不同温度下,天然锰砂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。在溶液初始pH为3～10范围内,锰砂对砷的吸附能力受pH的影响较小。实验结果表明,天然锰砂是一种具有实际应用潜力的除砷材料。     

铁改性竹炭去除水中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

利用竹炭负载铁氧化物制备了复合吸附剂,并用粉末X射线衍射对负载的铁进行了表征。通过静态吸附实验,对比研究了改性竹炭对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性。结果表明,载铁竹炭对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳吸附pH分别为8和2。改性竹炭对砷阴离子的吸附过程可符合准二级动力。Freundlich等温方程式能很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在改性竹炭上的吸附。在相同初始浓度和吸附剂投加量下,改性竹炭对As(Ⅴ)的吸附量大于As(Ⅲ)。     

改性锰矿的除砷性能研究

利用共沉淀—煅烧法对天然锰矿进行改性,研究了铁锰摩尔比(Fe/Mn)、pH、温度、共存离子对改性锰矿除砷效果的影响。采用X射线荧光光谱(XRF)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对其进行表征,探究改性锰矿除砷机理。结果表明:(1)Fe/Mn为12∶1时对As(Ⅲ)有最大去除率(88.63%),4∶1时对As(Ⅴ)有最大去除率(84.25%)。(2)弱酸性、中性及弱碱性的溶液反应环境有助于改性锰矿对砷的吸附。(3)Ca~(2+)促进砷吸附,HCO_3~-抑制砷吸附。(4)改性锰矿对砷的吸附过程符合Langmuir吸附等温方程和二级动力学方程。(5)可利用Na_2CO_3溶液对改性锰矿进行再生解吸,再生5次后的改性锰矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别为81.27%、75.99%。     

除氟活性铝氧化物(AlO_xH_y-F_n)的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(Ⅴ))吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218.88 m2/g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ),且反应24 h后的平衡吸附量分别为0.60和3.41 mg/g,朗格缪尔模型可以很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最大吸附容量分别为13.63和63.27 mg/g;AlOxHy-Fn在pH=4~10范围内对As(Ⅴ)去除率在90%以上,As(Ⅲ)在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32%以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附有重要影响,电负性As(Ⅴ)较电中性As(Ⅲ)更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低(0.40 mg/g),过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As(Ⅴ)吸附量之间有明显正相关关系(R2=0.97),但与As(Ⅲ)吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4~10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是提高去除效果的重要手段。     

基于岭脊分析的天然含铁锰矿改性优化及机制研究

采用水合肼法对天然含铁锰矿进行改性,并用岭脊分析法优化改性工艺,从而提高天然含铁锰矿的砷吸附去除性能。结果表明,水合肼投加量和高锰酸钾投加量对改性天然含铁锰矿的砷吸附性能有显著影响,岭脊分析得到的天然含铁锰矿最优改性条件为水合肼投加量1.5 mmol/g、H₂SO₄ 3 mol/L、高锰酸钾1.1 mmol/g,此条件下获取的改性天然含铁锰矿对As(Ⅲ)、As(Ⅴ)去除率分别可达97.42%±0.06%、97.47%±0.48%,对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)饱和吸附容量分别为15.29、8.01 mg/g,均明显优于天然含铁锰矿。改性过程在溶解天然含铁锰矿中杂质的同时,也使得天然含铁锰矿表面活化,不仅提高了As(Ⅲ)氧化能力,也增大了As(Ⅴ)吸附作用。     

砷离子印迹聚合物的制备及性能评价

利用表面印迹技术,以α-甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂在偶氮二异丁腈的引发下发生交联反应生成砷离子印迹聚合物。采用电镜扫描与傅里叶红外光谱对印迹聚合物进行形貌与结构的表征;采用静态吸附法对印迹聚合物吸附过程的pH影响、吸附等温模型和吸附动力学进行研究;同时还研究了在竞争离子存在的情况下砷离子印迹聚合物的选择吸附性能。在25℃、pH=6时,印迹聚合物的吸附量约为非印迹聚合物的1.5倍,对砷离子的吸附过程基本吻合Langmuir吸附等温模型;在动力学研究中发现,吸附过程更为符合准二级动力学方程;在竞争离子存在的情况下,砷离子印迹聚合物有着良好的选择吸附性。     

改性板栗壳CACS对Cr(Ⅲ)的吸附性能

以板栗壳为原料,经过柠檬酸改性后制备成重金属吸附材料CACS,通过考察初始p H值、吸附剂投加量等因素对模拟废水中Cr(Ⅲ)去除率的影响,以及吸附动力学过程和等温吸附特征,分析探讨CACS对水中Cr(Ⅲ)的吸附特性及吸附机理。结果表明,p H为4.0,吸附剂投加量为1 g/L时,CACS对Cr(Ⅲ)的饱和吸附容量达33.4 mg/g;与未改性板栗壳CS相比,吸附容量提高了49.5%;吸附过程符合准二级动力学模型,表明吸附速率受化学吸附控制,吸附等温规律遵从Langmuir模型,表明吸附过程主要是表层吸附;结合吸附前后的扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)的图谱分析,推断改性板栗壳CACS对Cr(Ⅲ)的吸附存在表面吸附、静电引力、络合和离子交换作用,而羟基和羧基与Cr(Ⅲ)发生配位作用可能是吸附量提高的主要原因。     

三价铁改性活性炭对水中微量砷的吸附特性

研究了三价铁改性对不同活性炭(颗粒和粉末)对水中砷的吸附特性的影响。结果表明,三价铁改性有效提高了活性炭对不同形态砷的吸附性能。其中,对于2种活性炭,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳铁离子改性浓度分别为0.1和0.05 mol/L。此时,通过Langmuir等温线方程拟合得到:粉末和颗粒活性炭对As(Ⅲ)的最大吸附量qm分别为2.38 mg/g和9.39 mg/g;而对As(Ⅴ)的qm分别为5.12 mg/g和2.32 mg/g。此外,当溶液的p H从3升高到9的过程中,吸附量先增加后有所下降,当p H为7时,改性前后的活性炭对砷的吸附量达到最高。     

石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁对As(Ⅲ)的去除

以氧化石墨烯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制得石墨烯/二氧化硅复合材料(GS),以GS为基体,采用液相还原法,得到石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁(NZVI/GS),将其用于水中As(Ⅲ)的吸附研究。通过XRD、TEM、BET、Zeta电位等表征手段对NZVI/GS进行表征。探讨不同反应条件对NZVI/GS的吸附影响,并进行动力学方程和吸附等温线方程拟合。结果表明,NZVI/GS对As(Ⅲ)具有良好的去除效果,当初始溶液pH为6~8,投加量为0.4 g·L~(-1),反应温度为35℃,砷初始浓度为2 mg·L~(-1)时,NZVI/GS对As(Ⅲ)的去除率高达99.81%。通过Langmuir等温吸附方程得到NZVI/GS对As(Ⅲ)最大吸附量55.93 mg·g~(-1)。     

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。     

山阴地区浅层沉积物中砷的分布特征及吸附行为

本文通过室内实验的方法,对山阴高砷地下水地区不同浅层沉积物中砷的分布特征及吸附行为进行了研究。结果表明：研究区内饮用水浓度高,病情重。浅层承压含水层中的砷含量平均值为290 mg/kg,在17.4～22.7 m段的平均值达643 mg/kg,22.7～25.8 m段的平均值为115 mg/kg,25.8 m以下的平均值为212 mg/kg。As（Ⅲ）、As（Ⅴ）在4种沉积物表面上的动力学吸附过程均符合Lagergren模型,相关系数达0.9以上。沉积物对As（Ⅴ）的吸附速率较As（Ⅲ）快,但As（Ⅲ）在沉积物中的吸附比As（Ⅴ）稳定。4种含水层介质对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附速率依次为粘土〉亚粘土〉粉砂〉中砂。吸附动力学吸附过程符合二级速率方程。Freundlich方程和Langmuir方程对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附过程拟合性最佳,相关系数均在0.95以上。沉积物对As（Ⅲ）吸附的最佳pH在7～8范围内,As（Ⅴ）吸附的最佳pH在5～6左右。此外,沉积物对砷的吸附性能主要受沉积物颗粒大小、矿物成分等因素综合作用的影响,而非各组分吸附砷的简单加和。     

微波辅助（NH4）2S2O8改性竹炭对Cu2+的吸附性能

以竹炭为原料,采用(NH4)2S2O8作为改性药剂,通过微波辅助加热的方法对竹炭进行改性;运用Boehm滴定、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDAX)和傅里叶红外光谱(FTIR)对改性竹炭进行表征;考察了pH、时间、温度和离子强度等对改性竹炭吸附Cu2+的影响。结果表明,微波辅助(NH4)2S2O8改性使得竹炭表面的酚羟基、内酯基、羧基等酸性含氧官能团的数量有所增加;改性竹炭对Cu2+吸附更符合Langmuir等温方程,吸附为自发的吸热过程;吸附动力学符合准二级动力学方程;溶液离子强度增大不利于其对Cu2+的吸附。     

改性玉米秸秆对水中砷的吸附

以玉米秸秆做原材料,筛选出异丙醇-氢氧化钠-草酸作改性剂,利用改性后的玉米秸秆吸附水体中的三价砷;探讨了其吸附过程的热力学和动力学行为;研究了p H及吸附剂量对吸附效果的影响。实验结果表明,改性玉米秸秆对水中砷具有很好的吸附能力,当进水浓度为1.25 mg/L、吸附剂投加量为0.25 g、温度为25℃、p H值为9时,60 min达到吸附饱和;在此条件下,改性玉米秸秆对三价砷的吸附去除率为94.28%;吸附过程符合准二级动力学方程,等温吸附规律能够同时满足Langmuir和Freundlich吸附等温吸附模型。     

氨改性中孔活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附

为讨论表面改性对活性炭吸附特性的影响,用氨改性活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附性能进行了研究。通过高温氨气吹扫对活性炭进行表面改性处理,观察了改性后活性炭物化性质的变化,研究了氨改性活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附等温关系与动力学,并对吸附前后氨改性活性炭的形貌进行了分析。结果表明,氨改性后活性炭比表面积和总孔孔容均略有增大,活性炭中N元素含量明显增高,含氧官能团数量减少,零电荷点增大。氨改性后活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果明显提高,吸附过程数据可用等温吸附方程描述,改性后活性炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合拟二级动力学。Pb(Ⅱ)在氨改性活性炭表面上的附着明显可见。通过红外光谱分析,活性炭表面含氮官能团与Pb(Ⅱ)发生缔合作用。     

无定型纳米TiO2吸附去除饮用水中的低浓度As(Ⅲ)

研究了纳米无定型TiO2颗粒对饮用水中低浓度的三价砷As(Ⅲ)吸附行为。纳米TiO2颗粒吸附剂的BET表面积为205 m2/g,计算的BJH吸附平均孔径为4.02 nm(4 V/A)。对起始As(Ⅲ)浓度为150μg/L的模拟含砷水,经过5h的吸附处理后残余浓度不足4μg/L,As(Ⅲ)去除率达到97%。反应起始阶段吸附速率较快,84%的As(Ⅲ)能够在20min内去除。As(Ⅲ)吸附动力学较好地符合拟二级动力学模式。最佳As(Ⅲ)吸附pH为9.3,低于此值,随酸性增加吸附速率有所降低;而高于此值的强碱性pH对吸附有强烈抑制作用。在平衡浓度较低的情形下(10～220μg/L),Lang-muir,Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等温式均可较好拟合吸附行为,但中性和弱碱性条件下更符合Fre-undlich吸附等温式;平衡浓度大于220μg/L,吸附容量随平衡浓度增加而迅速增加,最大吸附容量在低浓度下达到4.79 mg/g。     

羟基铝及复合改性蒙脱石对As(Ⅴ)的去除性能

采用无机羟基铝及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对天然蒙脱石进行无机及复合改性.在吸附过程中研究了反应时间、投加量和pH等变量对吸附性能的影响,同时进行吸附动力学及吸附等温线研究,吸附规律符合Langmuir等温方程式.采用X射线衍射、X射线荧光、傅里叶红外光谱等表征手段对未改性及改性蒙脱石进行性能表征.研究结果表明,羟基铝及复合改性蒙脱石对As(Ⅴ)具有良好的吸附性能,在pH为4～10,初始砷浓度为2 mg/L,改性蒙脱石对As(Ⅴ)的去除率接近99％.吸附机理主要为羟基铝表面络合吸附和静电吸附.     

羟基铝及复合改性蒙脱石对As(V)的去除性能

采用无机羟基铝及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对天然蒙脱石进行无机及复合改性。在吸附过程中研究了反应时间、投加量和pH等变量对吸附性能的影响,同时进行吸附动力学及吸附等温线研究,吸附规律符合Langmuir等温方程式。采用X射线衍射、X射线荧光、傅里叶红外光谱等表征手段对未改性及改性蒙脱石进行性能表征。研究结果表明,羟基铝及复合改性蒙脱石对As(V)具有良好的吸附性能,在pH为4～10,初始砷浓度为2 mg/L,改性蒙脱石对As(V)的去除率接近99%。吸附机理主要为羟基铝表面络合吸附和静电吸附。     

KMnO4改性活性炭对臭气中甲硫醇的吸附特性

针对普通活性炭对污水厂臭气中甲硫醇吸附量低的问题,采用KMnO4浸渍改性以获得高甲硫醇吸附量的改性活性炭,通过低温氮吸附仪、扫描电子显微镜和Boehm滴定等表征揭示改性后活性炭吸附量提高的原因,并进行改性活性炭吸附甲硫醇的动力学和热力学研究。结果表明:在KMnO_4浓度为1%、温度为25℃、活性炭与浸渍液质量比为8∶100的条件下浸渍6 h,改性活性炭对甲硫醇的静态吸附量最高,达到344.22 mg·g~(-1),是未改性前的4.04倍:改性活性炭对甲硫醇吸附量提高的原因主要是表面碱性基团的增加(是原来的2.53倍),以及微孔容积和比表面积的增加。改性活性炭对甲硫醇的吸附符合准二级动力学模型,同时粒子内扩散模型显示吸附过程由气相扩散和内扩散共同作用;符合Freundlich吸附等温方程,具有多层吸附特征,且吸附容易进行,属于优惠吸附,是一个自发、放热和熵减的过程,升温不利于对甲硫醇的吸附。     

汞(Ⅱ)和砷(Ⅲ)在草炭土胡敏酸上的吸附

为研究汞和砷在胡敏酸上的吸附特性,从辽宁彰武采集了草炭土并用稀碱法提取胡敏酸。研究胡敏酸对Hg(Ⅱ)和As(Ⅲ)吸附作用,探讨温度(15、25、35、45℃)、pH(3,5,7,9)和离子强度(Ca2+,H2PO-4)对该吸附的影响,并计算吸附活化能。结果表明:温度与胡敏酸对Hg(Ⅱ)的吸附呈显著正相关,而对胡敏酸吸附As(Ⅲ)的影响较小;pH对胡敏酸吸附Hg(Ⅱ)也呈正相关,而胡敏酸对As(Ⅲ)的吸附以中性最好,酸性、碱性下吸附量均降低;Ca2+对Hg(Ⅱ)的吸附有明显的抑制作用,H2PO-4对As(Ⅲ)的吸附影响很小。对等温吸附实验结果拟合证明,胡敏酸对Hg(Ⅱ)和As(Ⅲ)等温吸附更符合Freundlich模型。对动力学吸附实验结果拟合证明,准二级动力学方程能很好地描述胡敏酸对Hg(Ⅱ)和As(Ⅲ)的吸附。Hg和As(Ⅲ)在胡敏酸的吸附活化能分别为23.06 k J·mol-1和2.65 k J·mol-1,表明Hg(Ⅱ)在胡敏酸上的吸附以化学吸附为主,As(Ⅲ)在胡敏酸上的吸附以物理吸附为主。     

除氟活性铝氧化物（AlOxHy-Fn）的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象，考察其对三价砷（As（Ⅲ））和五价砷（As（Ⅴ））吸附去除性能，并对吸附机理进行了探讨。研究显示，AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构，比表面积为218．88m2／g，零电荷点pHZPC在pH为8左右；AlOxHy-Fn可快速吸附As（Ⅲ）和As（Ⅴ），且反应24h后的平衡吸附量分别为0．60和3．41mg／g，朗格缪尔模型可以很好地描述As（Ⅲ）和As（Ⅴ）在AlOxHy-Fn表面的吸附，且As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的最大吸附容量分别为13．63和63．27mg／g；AlOxHy-Fn在pH=4～10范围内对As（Ⅴ）去除率在90％以上，As（Ⅲ）在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好，但去除率仍在32％以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As（Ⅲ）与As（Ⅴ）的吸附有重要影响，电负性As（Ⅴ）较电中性As（Ⅲ）更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中，在pH为6时氟溶出量最低（0．40mg／g），过高或过低pH均会导致氟溶出量增大；氟溶出量与As（Ⅴ）吸附量之间有明显正相关关系（R2=0．97），但与As（Ⅲ）吸附量无相关关系；铝溶出量在pH为4～10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性，且将As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ）是提高去除效果的重要手段。