悬浮酵母菌对重金属Hg(Ⅱ)的吸附机理

通过扫描电子显微镜、能量分析谱、红外光谱和悬浮酵母菌的动电电位等分析手段,研究了悬浮酵母菌对Hg(Ⅱ)的吸附机理.由扫描电镜图像及能量分析谱可以看出,悬浮酵母菌吸附Hg(Ⅱ)后形态发生变化,悬浮酵母菌对Hg(Ⅱ)的吸附存在离子交换吸附;动电电位及pH曲线分析表明,悬浮酵母菌的零电点为pH=3.7,pH值是影响吸附效果的重要因素,溶液pH值为4.33时,吸附效果最好,去除率为99.95%;溶液pH＜4.0时,静电作用为主要的吸附机理;从吸附等温线可以得出,在溶液中Hg(Ⅱ)的初始质量浓度为601.8 mg/L,菌质量浓度为20g/L时,吸附达到饱和,此时的负载量为10.24 mg/g;红外光谱分析表明,悬浮酵母菌对Hg(Ⅱ)的主要吸附位点为-OH、-NH2、C=O、P=O和S=O.     

UiO-66-(COOH)2对水溶液中In(Ⅲ)的吸附性能

以水作溶剂,采用简单的回流法合成了一种稳定的金属有机骨架材料UiO-66-(COOH)2,并首次将其用于In(Ⅲ)离子的吸附分离。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、N2吸附-脱附和X射线衍射(XRD)等手段对材料进行了表征。通过静态吸附试验,探讨了pH值、接触时间和溶液初始质量浓度等因素对材料吸附In(Ⅲ)离子性能的影响。结果表明,在pH值为3.0、温度为303 K的条件下,UiO-66-(COOH)2对In(Ⅲ)的最大饱和吸附容量可达84.29 mg/g,优于大多数文献的报道值;整个吸附过程在90 min左右完成,且符合Langmuir等温吸附方程,而吸附动力学可以用准二级动力学模型进行描述。其可能的吸附机理是UiO-66-(COOH)2中的羧基与In(Ⅲ)离子的配位作用。此外,该材料能够实现重复使用,且在Na(Ⅰ)、K(Ⅰ)、Mg(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)等竞争性金属离子的存在下,对In(Ⅲ)仍具备较好的吸附选择性。研究结果为含铟废水的处理提供了一种有效的新途径,也进一步拓展了MOFs材料的实际应用。     

河流沉积物对镉和铊的竞争吸附-解吸特性

探讨了不同粒径的表层沉积物对镉(Cd~(2+))和铊(Tl~+)的单一、竞争吸附-解吸特性,并通过对吸附前后沉积物颗粒进行红外光谱和X-光电子能谱分析,探讨了其吸附机理。结果表明,重金属吸附量均随溶液初始质量浓度增加而增大,且随沉积物粒径增大而减小;吸附率随初始质量浓度增加而减小。沉积物对Cd~(2+)的吸附量高于Tl~+,且Cd~(2+)和Tl~+的吸附等温线均符合Langmuir和Freundlich吸附模型。重金属解吸量随吸附量增加而呈指数增加趋势。当重金属Cd~(2+)和Tl~+共存时,各吸附量均有不同程度的下降,而解吸率略高于单一环境。红外光谱分析表明,沉积物中羟基与羧基均参与了Cd~(2+)和Tl~+的吸附;X-射线光电子能谱分析表明,沉积物吸附Cd~(2+)和Tl~+后,金属价态不发生改变。     

复合污染体系中溶解性有机质对雌二醇降解的影响

针对天然水体常见的重金属-有机污染物复合污染问题,探讨水体中普遍存在的溶解性有机质(DOM)对有机污染物降解的影响.采集黄河花园口断面水样,模拟天然水体中DOM质量浓度变化,研究了17β-雌二醇(E2)单一污染体系和Cu(Ⅱ)-E2复合污染体系中DOM对E2降解的影响,用环境扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等手段分析了Cu(Ⅱ)-E2复合污染体系中DOM与Cu(Ⅱ)的作用机理.结果表明:在E2单一污染体系中,DOM明显促进E2降解,E2降解速率常数由0.062 d-1提高到0.430 d-1;在Cu(Ⅱ)-E2复合污染体系中,DOM与Cu(Ⅱ)络合,改变了Cu(Ⅱ)的沉淀形态,降低了Cu(Ⅱ)对微生物的抑制作用,因此,E2降解速率常数由0.006d-1提高到0.030 d-1.     

氨基功能化微硅粉的制备及其对镉污染土壤的钝化效果研究

以工业废弃物微硅粉为基体材料，通过硅烷偶联反应将氨基固载到微硅粉表面，制备一种高效重金属吸附材料——氨基功能化微硅粉(SFK),并将其应用于镉污染土壤的钝化治理。吸附试验结果显示，SFK对重金属Cd(Ⅱ)的吸附符合Langmuir吸附等温线模型，最大吸附量为43.83 mg/g。扫描电子显微镜-能谱、傅里叶变换红外光谱及X射线光电子能谱表征结果分析可知，吸附主要通过氨基与Cd(Ⅱ)发生配位反应而固定在SFK表面。土壤培养试验和小白菜盆栽试验结果显示：当SFK施用质量分数为3%时，土壤有效态Cd质量比显著降低，未种植小白菜土壤和种植小白菜土壤中Cd质量比的降幅分别为47.10%和78.17%;小白菜生物量显著增加，小白菜地上和地下部分Cd质量比分别降低了81.63%和63.56%。本文主要体现了“以废治废”的思路，制备的SFK材料可应用于镉污染农田土壤的治理。     

Pb~(2+)对生物膜胞外聚合物(EPS)的影响研究

采用胁迫培养的方式,结合扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外分析(FTIR)研究了Pb2+对生物膜胞外聚合物(EPS)的影响,包括Pb2+对蛋白质和多糖产生量及比值(PN/PS)的影响、对EPS中Pb2+质量比的影响、对EPS基团和微观形态的影响。结果表明,Pb2+质量浓度为10 mg/L时,对蛋白质和多糖的产生有抑制作用;Pb2+质量浓度大于等于20 mg/L时,对蛋白质和多糖的产生有促进作用。PN/PS随Pb2+质量浓度升高而增大,在Pb2+质量浓度为40 mg/L时略有下降,说明Pb2+更有利于促进蛋白质的产生。生物膜中Pb2+质量比随Pb2+质量浓度升高而增加,证明Pb2+通过与蛋白质和多糖结合在生物膜上积累。FTIR分析表明,Pb2+的加入会导致羧基基团的振动减弱,羟基出现变形振动、伸缩振动等;SEM图像显示,加入Pb2+后,出现含Pb的白色沉淀物,阻塞了传质通道,使EPS孔洞和通道数目减少。     

聚丙烯酸/羟基磷灰石复合吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附行为

以部分中和的丙烯酸(AA)和羟基磷灰石(HP)为原料,通过自由基聚合反应合成聚丙烯酸/羟基磷灰石(PAA/HP)复合吸附剂,研究溶液pH值、吸附时间、Pb(Ⅱ)初始浓度及HP含量对PAA/HP吸附性能的影响.结果表明,PAA/HP复合吸附剂的吸附缝先随溶液pH值及Pb(Ⅱ)初始浓度的增加而增大,随后趋于恒定.30℃、pH=6.0、Pb(Ⅱ)初始浓度0.01 mol/L条件下,HP需6 h达到吸附平衡(平衡吸附量为99 mg/g).而PAA/HP复合吸附剂(HP质量分数为10%)只需15 min即可达到吸附平衡量(943 mg/g)的96%.当Pb(Ⅱ)初始浓度≥0.008 mol/L时,PAA/HP复合吸附剂的饱和吸附量随Hp含量的增加而减小,但此时复合吸附刑的饱和吸附量高于PAA和HP饱和吸附量的平均值.HP及PAA/HP复合吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附过程均符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型.吸附机理分析表明,PAA/HP复合吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附主要是由于复合吸附剂中-COO-基团与Pb(Ⅱ)的相互作用.研究表明,PAA/HP复合吸附剂可用于含Pb(Ⅱ)废水的处理.     

羧基功能化螯合纤维对In(Ⅲ)的吸附行为及机理研究

以聚丙烯腈纤维为基质,通过化学接枝的方式将羧基引入纤维表面,制备得到含有羧基的螯合纤维,并应用于水溶液中In(Ⅲ)吸附分离.采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱和热重分析技术对样品进行表征.间歇吸附试验表明,所制备螯合纤维对In(Ⅲ)的最大吸附容量为37.5 mg/g,整个吸附过程在120 min以内达到基本平衡,吸附过程复合准二级动力学模型.竞争性吸附试验表明,在含有In(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Zn(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)的混合溶液中,吸附材料对In(Ⅲ)显示出一定的亲和能力.研究依靠路易斯酸碱理论在纤维表面构建了能用于In(Ⅲ)捕捉的吸附位点,为In(Ⅲ)的吸附分离提供了新的思路或方法.     

无机-有机复合污染吸附材料的制备及性能研究

膨润土(NMB)是一种天然纳米吸附材料,通过改变表面性质和层间结构,能极大地提高其吸附性能和选择性.用半胱胺阳离子(MEA)与十六烷基三甲基季铵盐(CTMAB)复合改性膨润土,制得无机-有机复合污染吸附材料NMB-CTMA-MEA.利用X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DTA)、红外光谱(FT-IR)以及比表面积测定(N2-BET)等对吸附剂样品进行结构表征.研究了NMB-CTMA-MEA对混合水溶液中目标污染物对硝基苯酚(PNP)和重金属离子Pb2+的吸附性能及机理.结果表明,复合改性膨润土NMB-CTMA-MEA能协同吸附水中有机物PNP和重金属Pb2+.对水中对硝基苯酚的吸附机理主要为有机物在长碳链疏水介质中的分配;对水中重金属离子的吸附源于膨润土层间有机配体MEA的引入,其吸附机理为MEA与重金属离子Pb2+形成了稳定的配合物.     

MnO2/FeOOH复合材料对水中U(Ⅵ)的去除及机理试验研究

采用化学沉积法制备了二氧化锰/羟基氧化铁(MnO2/FeOOH)复合材料,并将其用于吸附去除水中的放射性重金属铀。通过静态吸附试验,考察了Fe/Mn物质的量比、pH值、吸附时间和干扰离子等因素对MnO2/FeOOH吸附U(Ⅵ)效果的影响,利用扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对材料结构和形貌进行表征,并分析其吸附机理。结果表明,在投加量为150 mg/L、温度为30℃、U(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L、pH值为5、Fe/Mn物质的量比为1/2及吸附时间为120 min的条件下,MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)的去除率最大可达97.7%,且pH值对铀去除效果的影响最为明显。MnO₂/FeOOH对U(Ⅵ)吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线均能符合Langmuir和Freundlich模型,且最大吸附容量达260.34 mg/g。干扰离子试验表明,SO₄^2-、CO₃^2-和Fe³⁺对MnO₂/FeOOH吸附U (VI)几乎没有影响,而Ca²⁺和Cu²⁺具有明显的抑制作用,且抑制随浓度的增大而增强。FTIR和XPS分析表明MnO2/FeOOH对U(Ⅵ)的主要作用机制为表面羟基、Mn-O与铀的配位作用。因此,MnO2/FeOOH可作为一种潜在的铀吸附材料。     

改性腐殖酸去除水中氟化物性能研究

以腐殖酸(HA)为原材料,通过络合铝离子改性处理,制备了新型除氟吸附剂(HAAl)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及X射线能谱(EDS)对该吸附剂进行了表征,并系统研究了该吸附剂对水中F-的吸附性能。结果表明:在p H值为4~10时HAAl均对水中F-表现出较高的吸附能力,其饱和吸附量为60.606 mg/g,吸附等温线符合Langmuir方程;吸附动力学可用准二级速率方程描述,表现为化学吸附;共存阴离子Cl-、HCO-3和NO-3对氟的吸附影响较小,HAAl吸附剂除氟率可达85.99%,出水氟质量浓度低于国家饮用水标准;此外,HAAl铝不易脱落,具有优良的稳定性。     

D402树脂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能及再生试验研究

通过静态和动态吸附实验研究了氨基膦酸树脂D402对水中Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能及其再生方法。结果表明,D402树脂对Pb,Cd的吸附均符合Freundlich方程,静态吸附Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的最佳p H值为6.0左右,采用HCl-Na OH二阶段再生方式最佳,Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)再生度分别达到93.2%,81%。模拟某有色矿山废水,在动态条件下,出水以满足地表水Ⅲ类标准为要求,反复运行再生7次后,D402对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附量仍能达到初始吸附量的80%以上。     

腐殖酸吸附水中铀的特性与机理

通过序批式试验研究了腐殖酸(Humic Acid,HA)对铀的吸附行为及时间、吸附剂用量、铀的初始质量浓度、pH值、温度和共存离子等试验条件对吸附的影响,分析了其热力学和动力学过程,用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)手段分析了相关吸附机理.结果表明,吸附过程在60 min后达到动态平衡,吸附率最高达99％以上.当pH值在5左右时,HA投加量越大,吸附效率越高.体系中HCO3-、H2PO4-;的存在对HA吸附U(Ⅵ)有促进作用,而柠檬酸根离子、EDTA2-及Cr6+、Mn2+使HA对U(Ⅵ)的吸附率降低,影响程度与其离子浓度正相关.准二级吸附动力学方程可以较好地描述HA吸附U(Ⅵ)的动力学规律,R2=0.9951.当温度为25℃时,U(Ⅵ)质量浓度与吸附量之间的关系符合Langmuir经验公式,饱和吸附容量为170.94 mg/g.HA吸附U(Ⅵ)前后的IR光谱分析表明,HA主要含有—OH、—COOH、—NH2、—C—N、苯环等结构,推断与U(Ⅵ)相互作用的主要基团为—OH、—C=O、—C—N—、—NH2.     

硅藻土负载无定形磷酸氢锡吸附Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)研究

以天然硅藻土为载体,制备了硅藻土负载无定形磷酸氢锡复合材料。利用该材料去除废水中的Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ),研究了p H值、吸附时间、初始质量浓度对吸附性能的影响,探讨了材料的等温吸附规律,同时考察了材料在模拟海水中的吸附效果及再生能力。结果表明,硅藻土负载无定形磷酸氢锡对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附量随p H值和吸附时间增大而逐渐增大并趋于平衡。等温吸附数据用Freundlich方程拟合效果最好,25℃时的饱和吸附量分别为27.54 mg/g、19.94 mg/g和16.33 mg/g。复合材料对3种离子的吸附机理均以化学吸附为主,在吸附Pb(Ⅱ)的过程中孔内扩散为速控步骤。高盐度对材料吸附Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)有一定的不利影响,但幅度不大,可以用于去除养殖海水中的Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)。吸附了重金属离子的复合材料可以用稀HCl再生,具有重复利用的潜能。     

桑枝基活性炭对重金属离子Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附

采用以废弃桑枝制备的活性炭吸附水中Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)。考察了吸附时间、pH值、活性炭用量和Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)初始浓度对吸附效果的影响,对等温吸附规律和吸附动力学作了数学模拟。结果表明,活性炭对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能良好,等温吸附规律符合Langmuir模型,吸附过程可用准二级动力学模型描述。在温度25℃、活性炭用量0.01 g/100 mL、Pb(Ⅱ)溶液pH值为6且初始质量浓度20 mg/L、Cr(Ⅵ)溶液pH值为2且初始质量浓度10 mg/L、以200 r/min的速率恒温振荡120 min的条件下,Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的平衡吸附量分别可达136.3 mg/g和74.32 mg/g。     

蔬菜废弃物基生物炭对铅的吸附特性

以蔬菜废弃物(芹菜)为原料,采用限氧裂解法制备了500℃下的蔬菜废弃物基生物炭,利用SEM扫描电镜、EDS能谱分析、CHN元素分析、FTIR红外光谱、比表面积及孔径分析等方法表征生物炭的物理化学性质,探究生物炭对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性及其影响因素。结果表明,500℃下制备的废弃芹菜生物炭孔隙较少,具有较小的比表面积和丰富的官能团。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附效果,在初始pH值为5、投加量为0.8 g/L、初始质量浓度为400 mg/L时,其最大吸附量为240.5 mg/g,且投加量、初始质量浓度和体系pH值的影响强烈。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附在5 min内达到平衡,吸附过程更符合准二级动力学模型(R~20.99),表明其吸附速率主要受化学作用控制。同时吸附速率还受初始质量浓度的影响,初始质量浓度越低,吸附过程越先达到平衡。在试验范围内,等温吸附Langmuir模型和Freundlich模型都适合描述废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附过程。     

绿色合成磁性水热炭及对亚甲基蓝的吸附研究

以废旧锂离子电池和果树残枝为原料,采用绿色生物"浸提+水热"即"一锅烩"法,构建一种新型磁性水热炭.利用X-射线衍射(XRD)、比表面测试(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)和振动样品磁强计(VSM)等仪器对磁性水热炭进行物相、形貌、结构和磁性特性分析.通过静态吸附试验考察磁性水热炭对亚甲基蓝(MB)的吸附行为,从吸附pH值影响、吸附平衡和吸附动力学方面对吸附过程进行分析,并探讨吸附机理以评估材料寿命.结果表明,磁性水热炭兼备磁性铁氧体特征峰和水热炭特征峰,符合物相设计要求,其中铁氧体质量分数为20％时,材料吸附性能最优,其SBET为15.17 m2/g,饱和磁化强度为10.36 emu/g.当pH=8时,磁性水热炭对MB的吸附效率高达98.6％,吸附动力学过程符合伪二级(PSO)模型,即吸附过程主要由化学吸附控制,其中Langmuir模型适宜于描述吸附平衡,最大吸附容量qe为46.32 mg/g,FT-IR和XPS分析显示,C=C和金属氧化物键(M-O)为MB的主要吸附位点.磁性水热炭经5次循环使用后,材料的物相、微观形貌和磁性特性无显著变化,对MB的吸附效率仍保持在90.3％,表明产品稳定性较好且易于磁分离回收.     

生物吸附-浮选法去除水中Pb2+的研究

以苦味诺卡氏菌作为Pb2 吸附剂,研究了采用生物吸附-浮选法去除废水中Pb2 的效果及其作用机理.先通过吸附条件试验确定了试验条件:当水中Pb2 浓度为200 mg/L时,培养5 d的苦味诺卡氏菌用量为1 g/L,试验温度为25 ℃,搅拌吸附时间为10 min,试验pH值范围为2～7.在此基础上,考察了吸附-浮选试验中不同溶液pH值与捕收剂(DA、DB、SLS与NaOL)对Pb2 去除效果的影响.结果表明,随着pH值的升高,捕收剂中DA与DB均能保持较好的捕收效果,且其所在试验组的Pb2 吸附率均较高,因此对Pb2 的去除效果较为理想.以DA为例,当其浓度为3.3×10-4 mol/L,浮选时间为10 min,pH=7.2时,其所在废水组的Pb2 去除率可达80%,表明采用该方法去除废水中的Pb2 是可行的.采用SEM及X射线光散射能谱(EDS)分析了苦味诺卡氏菌对Pb2 的生物吸附-浮选机理.结果表明,生物吸附-浮选过程可能与细胞壁上羧基阴离子(-COO-)和Pb2 的静电作用以及氨基(-NH2)、乙酰氨基(-NHCOCH3)中N和Pb2 的络合作用有关,同时也与离子交换过程的协同作用有关.     

生物吸附-浮选法去除水中Pb2+的研究

以苦味诺卡氏菌作为Pb2+吸附剂,研究了采用生物吸附-浮选法去除废水中Pb2+的效果及其作用机理.先通过吸附条件试验确定了试验条件:当水中Pb2+浓度为200 mg/L时,培养5 d的苦味诺卡氏菌用量为1 g/L,试验温度为25 ℃,搅拌吸附时间为10 min,试验pH值范围为2～7.在此基础上,考察了吸附-浮选试验中不同溶液pH值与捕收剂(DA、DB、SLS与NaOL)对Pb2+去除效果的影响.结果表明,随着pH值的升高,捕收剂中DA与DB均能保持较好的捕收效果,且其所在试验组的Pb2+吸附率均较高,因此对Pb2+的去除效果较为理想.以DA为例,当其浓度为3.3×10-4 mol/L,浮选时间为10 min,pH=7.2时,其所在废水组的Pb2+去除率可达80%,表明采用该方法去除废水中的Pb2+是可行的.采用SEM及X射线光散射能谱(EDS)分析了苦味诺卡氏菌对Pb2+的生物吸附-浮选机理.结果表明,生物吸附-浮选过程可能与细胞壁上羧基阴离子(-COO-)和Pb2+的静电作用以及氨基(-NH2)、乙酰氨基(-NHCOCH3)中N和Pb2+的络合作用有关,同时也与离子交换过程的协同作用有关.     

纳米TiO2-x (BN)x材料制备及其光催化性能研究

首次使用常温络合-控制水解法,以TiCl_4、氨水、尿素、硼酸、有机羧酸为主要原料,制备了硼氮共掺杂的纳米TiO_2光触媒乳液。样品的粒径、晶型、元素类型、光吸收能力及结合键能分别通过纳米激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、X射线光电子谱仪(XPS)等进行表征。结果表明:当B和N离子的掺杂物质的量分数为0.1%时,溶液中粒径最小,达到3.4 nm;掺杂少量B和N离子并不会改变TiO_2的晶型;测量值与实际投料值一致;在TiO_2中加入适量B和N离子,会使其光谱吸收范围红移;掺杂的B和N离子进入了TiO_2晶格,分别形成了O—Ti—N键和B—N键。以酸性红3R染料为降解材料,研究了硼氮共掺杂纳米TiO_2光触媒的催化特性。结果表明,当物质的量分数为0.1%、回流时间为10 min、溶液p H=3时,光催化性能最好,原因可能是10 min的回流时间使光触媒复合乳液达到稳定,溶液p H=3时,光触媒表面吸附的染料分子数与表面的羟基数达到了平衡。动力学研究表明酸性红3R染料的降解符合一级反应动力学。试验结果与表征结果一致。