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。     

Fe(Ⅲ)表面印迹硅胶聚合物的制备及其吸附性能研究

选用硅胶为基质材料、乙烯基膦酸为功能单体、Fe³⁺为模板离子、乙二醇双甲基丙烯酸酯为交联剂，通过表面印迹技术制备了一种新型膦酸功能化的Fe(Ⅲ)印迹硅胶聚合物。对印迹吸附材料的吸附条件、吸附选择性和重复利用率进行了研究。通过FT-IR、SEM、EDX、TG和N₂吸附/脱附分析对印迹材料进行了表征，分析了印迹吸附剂对Fe³⁺的吸附机理。结果表明：印迹吸附剂在8 min可达吸附平衡，最大吸附量达16.12 mg/g,吸附行为符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温式，印迹吸附剂展现出较高的选择性识别能力，与Cr³⁺、Mn²⁺和Zn²⁺相比，对Fe³⁺的选择性系数k分别为8.9、10.75和12.37。经过6次吸附-解吸试验，印迹材料吸附Fe³⁺的能力仅下降了5.9%,证明其具有很好的可重复使用性能。     

新生成Ti(OH)4沉淀物对水中Mn2+的吸附机理研究

采用氧化Ti³⁺方法得到水合Ti(OH)₄絮体沉淀物，研究了以新生成Ti(OH)₄絮体作为吸附剂吸附去除水中Mn²⁺的效率，分析了吸附热力学、动力学及吸附前后Ti(OH)₄絮体的ζ电位变化，研究了pH值和几种常见离子对该吸附的影响。结果表明：Ti(OH)₄絮体对Mn²⁺的吸附可以较好地符合拟二级动力学模型；热力学结果显示，吉布斯自由能变化值ΔG^Θ为负值，吸附反应可自发进行；吸附可以较好地用Langmuir等温式描述，pH值为7.0和8.5时，计算的Q_max分别为58.8 mg/g、92.6 mg/g,但pH值为8.5时不能排除Mn²⁺通过形成沉淀而去除的途径。在试验的条件下，吸附反应进行较快，吸附很快达到准平衡，而且平衡吸附容量与最大吸附容量在数值上较为接近，吸附性质属于单分子层化学吸附。吸附容量还与Ti(OH)₄絮体表面的ζ电位值有一定的相关性，...     

生物锰氧化物对4种重金属的吸附特性研究

通过培养锰氧化细菌Sphingopyxis sp.4-15,制备生物锰氧化物,研究了生物锰氧化物的结构性质及其在不同影响因素下对4种重金属Cu、Zn、Cr和As的吸附特性。结果表明该生物锰氧化物中含有MnO₂、Mn₃O₄和MnO等晶体锰氧化物,包裹在菌体细胞表面呈现出规则的花球状。其锰主要以高价态的Mn⁴⁺和Mn³⁺形式存在,平均孔径为35.56 nm,比表面积为41.49 m²/g。锰氧化物对重金属的吸附过程受pH值影响,最适pH值为4~6;离子强度对吸附过程干扰较小;升高温度有利于其对Cu和Zn的吸附,而对As的吸附产生抑制;锰氧化物对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、As(Ⅲ)的吸附在反应360 min时可达到平衡,对Cr(Ⅲ)的吸附在反应5 min内达到平衡;在4种重金属最大初始浓度下,生物锰氧化物对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、As(Ⅲ)的吸附量依次为:70.184、15.140、9.141、0.089 mg/g,具有较大的重金属吸附容量。     

化学改性硅藻土基吸附甲醛材料的制备及结构研究

为探索制备绿色、低碳的甲醛吸附材料，通过碱溶(1 mol/L的Na₂SiO₃和2 mol/L的NaOH)-水热反应改性硅藻土，制备出可吸附甲醛的硅藻土基材料，其对甲醛去除率达82.6%，且符合伪-二级吸附模型。红外光谱(FT-IR)结果表明硅藻土中的≡Si—O—Si≡结构发生了“解聚-重组”过程，并与硅藻土中的铝反应形成具有Al—O—Si结构物质；X-射线衍射(XRD)结果表明硅藻土中的硅铝化合物可原位合成少量ZSM-5沸石分子筛及大量的无定形物质；²⁹Si核磁共振(²⁹Si NMR MAS)结果进一步证实Al和Si的结合方式主要为2个Al取代三维≡Si—O骨架结构Q₀⁴，并形成具有Q₂⁴的结构单元；扫描电镜(SEM)结果表明碱溶-水热处理可促使具有规则孔洞结构的硅藻土形成更多无定型、结构更复杂的孔网结构，进而提高其对甲醛的吸附性能。     

纳米γ-Fe2O3对汞离子的吸附行为研究

为了研究用于含汞离子废水处理的新型高效材料,研究了纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附行为。探讨pH值(3、8和12)、温度(288 K、298 K、308 K、318 K)和离子强度(Ca²⁺,0.001 mol/L、0.01 mol/L、0.1 mol/L)对该吸附的影响。使用吸附动力学方程(拉格朗日准一级、准二级)和等温吸附方程(Langmuir和Freundlich)分别对吸附数据进行拟合,并讨论吸附机理。结果表明:pH值为3、8、12时,纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附动力学方程符合准二级动力学模型(R2=0.997~0.999);288 K、298 K、308 K、318 K时,纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附过程更符合Langmuir吸附模型(R²=0.970~0.995),并且随温度升高,吸附量增加;在不同pH值下,纳米γ-Fe₂O₃对汞离子的吸附等温式可使用Langmuir模式(R²=0.983~0.996)进行表征,随p H值降低,吸附量减少,中性环境有利于吸附;在不同Ca²⁺浓度下,可用Langmuir等温吸附式拟合(R²=0.990~0.996)。通过Langmuir等温吸附式推算出最大吸附量随Ca²⁺浓度增加而减少。     

香菇废弃物包埋方法优化及对锌的吸附热力学动力学研究

为寻找1种高效且价格低廉含Zn²⁺废水的生物吸附剂,资源化利用香菇废弃物,以聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）包埋香菇残粉制成PVA-SA香菇小球。进行了以PVA、SA、香菇残粉、一次交联时间、磷酸盐浓度、二次交联时间为影响因素的6因素3水平正交实验来确定包埋香菇的最优方案,得到PVA-SA包埋香菇最佳配方是8%PVA+2%SA+3%香菇残粉,在质量分数为2%CaCl₂饱和硼酸中一次交联12 h后,在质量浓度为3 g/L磷酸盐溶液中交联8 h。最佳香菇小球对Zn²⁺平衡吸附时间为1 h,伪二级动力学模型能很好地拟合包埋香菇对Zn²⁺的吸附动力学过程,相关系数R²为0.999 5,速率参数k₂为0.395 2 g/（mg·min）。Langmuir和Freundlich模型都能较好地描述Zn²⁺的等温吸附过程,Langmuir吸附等温模型推算出在20、30、40℃时香菇小球对Zn²⁺的最大吸附量为5.82、7.5...     

重金属Cu2+抗性菌的筛选与吸附性能研究

采用富集培养方法从污水处理厂污泥中分离筛选出3株对Cu2+吸附能力较强的菌株,考察pH值、温度和Cu2+初始质量浓度对3株菌吸附能力的影响。结果表明,Z-1-4在pH值为5.0,30℃,Cu2+质量浓度为140 mg/L时吸附效果最好;Z-1-5在pH值为6.0,28℃,Cu2+质量浓度为170 mg/L时吸附效果最好;Z-1-6在pH值为6.0,28℃,Cu2+质量浓度为140 mg/L时吸附效果最好。其中菌株Z-1-5吸附能力最强,吸附容量可达13.68 mg/g。对Z-1-5进行16S rDNA序列分析,初步确定为鞘胺醇单胞菌(Sphingomonas sp.)。     

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.     

重金属吸附菌处理含锌废水的研究

从污水厂活性污泥中分离筛选出3株对重金属锌吸附能力较强的菌株,考察了pH值、温度和Zn2+质量浓度对菌株吸附含锌废水的影响。结果表明,菌株Z-5-2在pH=7.0、温度30℃、Zn2+质量浓度为200mg/L时吸附效果最好;菌株Z-5-3在pH=6.0、温度28℃、Zn2+质量浓度为250mg/L时吸附效果最好;菌株Z-5-4在pH=7.0、温度28℃、Zn2+质量浓度300mg/L时吸附效果最好。其中,菌株Z-5-4吸附能力最强,吸附率可达95.5%,对菌株Z-5-4进行16SrDNA序列分析,鉴定Z-5-4为产吲哚金黄色杆菌。     

渗透探伤废水处理工程实例分析

针对渗透探伤废水的水质特点,以某企业10 m³/d小型渗透探伤废水处理项目为实例,设计采用物化方法,利用接触氧化+多次絮凝沉淀+活性炭吸附+精滤-超滤的工艺处理,使出水达标排放。试运行结果表明,出水可以稳定达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》第二类污染物最高允许排放浓度的一级标准要求。其中,COD<100 mg/L,BOD₅<20 mg/L,悬浮物(SS)<70 mg/L,NH₃-H<70 mg/L,油类<15mg/L,色度<60。该废水处理系统每吨废水处理运行成本约为260元,具有良好的效益。     

Cd2+胁迫对文蛤鳃组织SOD、CAT活性及MDA含量的影响

为了解不同质量浓度的Cd2+对水生动物的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和脂质过氧化的影响,以文蛤为研究材料,采用室内模拟试验的方法,依据Cd2+对文蛤96h半致死质量浓度(LC50),设置4个Cd2+胁迫组,胁迫质量浓度分别为0.41 mg/L( 1/32LC50)、0.82 mg/L(1/16 LC50)、1.65 mg/L(1/8 LC50)、3.30 mg/L( 1/4LC50),并设置对照组,每组3个平行.研究不同质量浓度的Cd2+对文蛤鳃组织SOD、CAT活性和MDA含量的影响.结果表明:文蛤鳃组织SOD活性在0.41 mg/L和0.82 mg/L胁迫下,试验前期(0～48 h)呈现诱导效应,试验后期(48～96 h)呈现抑制效应,其余胁迫质量浓度在试验过程中均对文蛤鳃组织SOD活性呈现抑制效应;CAT活性在低质量浓度(0.41 mg/L)胁迫下出现阶段性抑制效应,接着呈现诱导-抑制过程,中高质量浓度在整个过程呈现诱导-抑制的过程;经过96h的胁迫试验,各胁迫组文蛤鳃组织中MDA含量显著上升(p＜0.05),Cd2+对MDA的诱导作用显著且存在剂量-效应关系.     

微米绒球状羟基磷灰石吸附材料的制备及其对Pb~(2+)吸附性能的研究

结合化学沉淀法和水热法成功地制备出了一种微米绒球状羟基磷灰石(HAP)吸附材料,并用XRD、FT-IR和SEM对其晶体结构、化学结构和微观形貌进行了表征。研究了微米绒球状HAP对Pb2+的吸附性能,并探讨了吸附时间、初始p H值、吸附温度和初始Pb2+浓度等因素对吸附效果的影响。结果表明,当吸附材料用量为1.0 g/L时,微米绒球状HAP对含Pb2+质量浓度为200 mg/L的模拟废水的吸附优化条件为反应时间l h、初始p H值2.5、吸附温度303 K,此时吸附率高达93.44%。微米绒球状HAP对Pb2+的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型,饱和吸附量可达到248.76 mg/g,表明该微米绒球状HAP具有较好的吸附性能。     

水热合成类水滑石/生物炭对镉的吸附和稳定化性能

为提高类水滑石(LDH)对镉(Cd)的吸附能力并考察类水滑石/生物炭复合材料(LDH/BC)在土壤中对镉的稳定化性能,以经KOH活化的稻壳生物炭(BC)为载体,采用水热法和共沉淀法制备LDH/BC,以研究不同复合方式及BC复合量对LDH吸附能力的影响.对经优化制备的LDH/BC在不同Cd2+质量浓度、pH值和反应时间下的吸附特性进行考察,以阐明吸附机理并初步在土壤中验证钝化效果.结果表明:通过水热法制备的LDH(h)/BC0.25对Cd2+吸附性能出色,其中BC添加量为0.25 g.当Cd2+初始质量浓度为160 mg/L 时,LDH(h)/BC0.25对 Cd2+吸附量最大(150.15 mg/g)且吸附反应有较宽的pH值范围.LDH(h)/BC0.25在1 h内可迅速吸附Cd2+,在3 h后吸附达到饱和.动力学过程与拟二级动力学方程拟合程度较高,表明吸附过程主要为化学吸附.同时,XPS结果表明,Cd2+可能以CdCO3、Cd(OH)2、CdClOH的形式存在或Cd2+可能通过与含氧官能团的络合作用吸附在LDH(h)/BC0.25表面.此外,对镉污染土壤施加质量分数为6％的LDH(h)/BC0.25并处理14 d后,土壤中酸溶态镉向残渣态转化,镉形态更加稳定.     

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。     

原位负载木麻黄单宁树皮的制备及其对Ca2+的吸附

以富含单宁的木麻黄树皮为原料,通过甲醛与单宁等的反应及氧化处理制备固化、固化-H2O2固化-NaClO 3种原位固化木麻黄单宁改性树皮吸附材料,利用FT-IR和胶体滴定法研究改性前后树皮性质的变化,并考察了3种改性树皮对水溶液中Ca2+的吸附行为.结果表明:氧化处理增加了吸附剂表面的带负电基团,提高了对Ca2+的吸附能力,NaClO氧化效果更佳;氧化剂用量对Ca2+的吸附效果影响不大;3种改性树皮对Ca2+的吸附量随Ca2+初始质量浓度增大而增大,随溶液pH值增大而缓慢增大;3种树皮对Ca2+的平衡吸附量依次为27.32 mg/g、31.15 mg/g、34.72 mg/g,其对Ca2+的吸附行为符合准二级动力学方程.     

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。     

嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)JC1重金属抗性及其解毒蛋白生物信息学分析

为研究某些重金属解毒蛋白在微生物抗重金属过程中发挥的作用,从常年受重金属污染的某化工厂附近土壤中分离、驯化得到一株对铅、铜、镉3种金属有较好抗性的嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)JC1,并对其进行了全基因组测序.通过分析其蛋白家族、代谢通路等,发现蛋白质AHY58868.1、AHY59763.1、AHY58405.1 和 AHY57635.1 与重金属解毒直接相关,故利用分析软件对4种蛋白的生物学性质、结构功能和相互作用等分别进行了分析.生理生化试验结果表明,菌株JC1表面光滑,菌落边缘整齐,为无芽孢的革兰氏阳性菌,Pb2+、Cu2+和Cd2+的去除率最高分别可达76.9％、96.7％和47.7％.生物信息学分析结果表明,AHY58405.1为不稳定的亲水性蛋白,而其余3种为相对较稳定的亲水性蛋白.AHY58868.1和AHY59763.1无信号肽结构,而AHY58405.1和AHY57635.1存在信号肽结构.AHY58868.1和AHY57635.1于细胞内膜发挥作用,AHY59763.1在细胞质内发挥作用,AHY58405.1在周质空间发挥作用.蛋白质结构功能和蛋白间相互作用关系分析表明,AHY58868.1主要参与机体铜离子的转运,对维持细胞内铜平衡起关键作用;AHY59763.1和AHY58405.1主要介导重金属与某些阴离子(—PO43-、—SH、—NH2、—COOH等)基团的络合,尤其是AHY59763.1在微生物体内可为二价重金属的络合提供多个活性位点;AHY57635.1主要参与机体的ABC转运蛋白的转运过程,可介导重金属向胞外的排出.     

沉淀酵母菌对Pb(Ⅱ)的吸附机理研究

应用红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等研究了沉淀酵母菌对Pb(Ⅱ)的吸附机理.从扫描电镜图片可以看出,吸附Pb(Ⅱ)后沉淀酵母菌细胞发生变形,细胞之间相互粘连;能量分析谱证实Pb(Ⅱ)与细胞表面的K进行了交换吸附;比较吸附Pb(Ⅱ)前后沉淀酵母菌的红外光谱可以发现,糖醛酸COOH基团C-O伸缩振动蓝移了13.59cm-1,C=O伸缩振动红移了5.42 cm-1,N-H伸缩振动峰红移了4 cm-1,C-O伸缩振动蓝移了2.86 cm-1,说明了COOH、C=O、C-O、N-H为沉淀酵母菌吸附Pb(Ⅱ)的主要活性基团.X射线光电子能谱进一步证实了吸附后Pb(Ⅱ)主要同N、O、P等元素形成配合物.沉淀酵母菌对Pb(Ⅱ)的吸附是离子交换和表面络合共同作用的结果.     

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.