经典等温吸附模型在重金属离子/硅藻土体系中的应用及存在问题

为了深入了解天然硅藻土对常见重金属离子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Mn2+、Fe3+的吸附属性,同时也为了发现经典等温吸附模型应用于液/固体系时存在的问题,开展了系列等温吸附研究.结果表明,最适于描述天然硅藻土对Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe3+吸附的模型分别为Tenkin、Tenkin、Langmuir、Tenkin、Freundlich和Freundlich模型.各离子在天然硅藻土上的吸附以物理过程为主,吸附反应容易进行.液/固体系中,应用经典等温吸附模型对试验数据进行线性拟合时,发现平衡吸附量q e不是离子平衡浓度c e的唯一函数,而是c e与吸附剂浓度W0两个变量的函数,q e与c e/W0具有一一对应的函数关系.经典等温吸附模型存在明显的吸附剂浓度效应,参数值不稳定,模拟值与实测值差异显著,缺乏实际指导意义.试验证明新的四组分模型可用于描述天然硅藻土-水溶液体系中单一离子的吸附行为,新模型参数k与q m值也具有唯一性,可用于给定体系的实际定量计算.     

蛭石氨氮吸附量与起始溶液浓度和介质用量的函数关系

测定了给定pH和温度条件下反应平衡时NH₄Cl溶液中蛭石的氨氮吸附量.结果显示,平衡时蛭石的氨氮吸附量Q_e与溶液起始的氨氮质量浓度C和单位体积溶液的介质用量W的函数关系可用Langmuir方程描述,其等温吸附通式为:Q_e=q_mCW/[q_m(K_w+W)+C].式中,单位介质吸附容量q_m和介质系数K_w是独立于C和W的常数;q_m代表介质对溶质的吸附能力;K_w代表介质与氨氮的亲和力.      

3种吸附剂对污水磷污染去除性能与机制比较

为探索高效利用膨润土、红壤和炉渣去除农业污水磷污染的可行性,对比分析了3种吸附剂对人工合成含磷污水的吸附去除特性,结合SEM、XDS和BET等测试结果以及等温吸附、吸附动力学及Ca2+释放量探讨了3种材料对磷的吸附机制.结果表明,炉渣对磷的吸附能力高于膨润土和红壤,吸附过程均适合Langmuir等温吸附方程(R2 0. 96),对磷的理论饱和吸附量为:炉渣(16. 87 mg·g~(-1))红壤(1. 21 mg·g~(-1))膨润土(0. 92 mg·g~(-1)).炉渣对磷的吸附动力学特征符合Elovich方程(R2=0. 966),而膨润土和红壤对磷的吸附特征则更适合准二级动力学方程(R2为0. 982和0. 959).炉渣的Ca2+释放量(10. 46 mg·g~(-1))显著大于膨润土(0. 31 mg·g~(-1))和红壤(0. 03 mg·g~(-1))(P 0. 05).红壤对磷的吸附量随着p H的升高而降低;膨润土在初始p H为7. 0时,吸附量最低;但初始p H值对炉渣去除磷的影响不大.相比红壤和炉渣,膨润土解吸较快,易于进行重复利用.综上所述,吸附材料的磷吸附能力主要与其结构、化学组成、Ca2+释放能力及溶液初始p H值等有关,炉渣较膨润土和红壤对磷酸盐有着更强的去除能力,适合处理农村污水磷污染.     

改性镁铝水滑石对黑臭水体中磷的去除效果研究

通过采样和调研江苏省盐城市、扬州市不同程度治理的黑臭水体,分析其水质及磷赋存特征,选用对磷酸盐高效吸附的镁铝水滑石,开展了改性水滑石对黑臭水体中磷的吸附行为研究.结果表明：①调研的黑臭水体中44%水样磷浓度超过《地表水环境质量标准》Ⅴ类水标准限值,易发生水华等次生灾害,控磷减磷措施十分必要;②在黑臭水体pH值范围内,pH值对改性水滑石吸附磷的影响较小,改性水滑石的磷吸附量随初始溶液中磷的浓度升高而增大,其吸附动力学过程更符合准二级动力学方程;③在黑臭水体采集水样中,改性水滑石依然表现出较好的磷吸附能力,磷酸盐去除率达到了94.4%,可以有效削减黑臭水体中磷污染程度.     

磁性Mg/Al-LDHs制备条件对其吸附除磷性能的影响

为提高粉末状水滑石吸附剂的工程应用性,采用共沉淀法制备了磁性Mg/Al水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs).结合XRD、FTIR、SEM及VSM等材料表征结果,考察了制备条件(磁基质投加量、金属物质的量比和层间阴离子)对其吸附除磷性能、磁学性能及结构特征的影响.结果表明,在Fe_3O_4与Mg~(2+)物质的量比为0.02、Mg/Al物质的量比为2∶1和层间阴离子为Cl~-/OH~-的条件下制备出的磁性Mg/Al-LDHs对TP吸附性能最好,平衡吸附量可达49.60 mg·g~(-1);比饱和磁化强度为2.78 emu·g~(-1),能够实现吸附剂的快速高效磁分离回收.层间阴离子种类对水滑石焙烧前后吸附除磷性能有一定的影响:经高温焙烧后,层间含有CO■的水滑石吸磷能力虽有所提高,但仍低于无CO■型LDHs.因此,在水滑石制备过程中避免使用碳酸盐作为共沉碱原料,这样无需焙烧即可获得较高吸磷能力的吸附剂.     

污泥基吸附剂除磷及其吸附效能研究

试验通过制备的污泥基吸附剂A、B、C和市售果壳活性炭分别对磷酸二氢钾、三聚磷酸钠、甘油磷酸钠不同的磷溶液进行吸附除磷,研究吸附时间、吸附剂投加量、吸附溶液pH值以及磷溶液初始浓度对除磷效果的影响。试验结果表明:污泥基吸附剂对磷的去除率随吸附时间的增加而提高,在2h时基本达到吸附平衡;磷去除率随吸附剂投加量的增加而提高,但单位吸附剂的吸附量会降低;磷去除率随着磷溶液浓度的增加而降低,而吸附量随磷溶液浓度的增加而提高;随着污泥基吸附剂含铁量的增加,磷溶液解析pH值也越小;同时在对生活污水吸附除磷试验中发现,污泥基吸附剂A、B、C磷去除率均好于市售果壳活性炭,分别为73.4%、85.2%、93.6%、73.3%。     

重金属在根际中的化学行为--Ⅰ.土壤中铜吸附的根际效应

在第四纪红壤性水稻土(QP)、淀浆白土(WP)、第四纪红土(QR)和赤红壤(LR)上种水稻后,用自制根盒制得各自的根际土和非根际土,以铜为指示离子,研究了土壤对铜吸附的根际效应。结果表明,根系生长使土壤中铜专性吸附载体、pH等因子改变,从而使根际土吸附铜量大于非根际土。QR的铜吸附特征可用Freundlich方程表征,其余土壤可用Langmuir方程描述。铜吸附的根际效应大小依次为QP>WP>LR>QR。起始铜浓度对根际土壤中铜吸附的影响较复杂。除QR外,随样品铜吸附量增加,平衡液pH下降、铜吸附会引起根际土与非根际土pH的差异。     

桑枝基吸附剂的制备及其对阴离子染料的吸附

为了废弃桑枝的资源化,利用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)对桑枝进行醚化改性制备桑枝基吸附剂,通过正交实验优化了吸附剂的制备条件。采用制备的吸附剂吸附水中阴离子染料日落黄,研究了pH值、吸附剂投加量、吸附时间和吸附温度对吸附效果的影响,测定了日落黄在吸附剂上的吸附等温线。结果表明,制备吸附剂的最佳工艺条件为CTA与桑枝粉的质量比为0.5,NaOH与桑枝粉的质量比为1.0,微波功率为300 W,反应时间为3 min。制备的吸附剂对质量浓度为50 mg/L的日落黄的最大吸附去除率达92.0%。日落黄在吸附剂上的等温吸附线可用Langmuir方程和Freundlich方程来描述,饱和吸附容量为18.21 mg/g,吸附易于进行。吸附速率数据可以用准二级吸附动力学方程拟合,说明日落黄在吸附剂上的吸附以化学吸附为主。     

苯通过活性炭固定床的透出浓度与时间的动态关系

用气相色谱法，测量苯的不同进样浓度，通过活性炭床透出浓度（C）与时间（t)，绘制C-t曲线图。各图形均类似反正切曲线。以曲线对应的函数。建立了反正切函数的线性关系方程C=A Ktg^-1(t-τ），作为数学模型基础。对该方程求时间的导数，获得透出速度分布方程，当C等于进样浓度C0的1/2时，t=τ,有最大速度K，它是吸附剂对吸附物作用的特征常数。为了验证数学模型可靠性，经相关与回归计算。结果显示，透出浓度与时间的反正切值之间，均呈高度正相关（r≥0.9927)。初步认为，建立的C-t方程是可行的，但由于进样浓度不同，方程的有关常数不一样，使之不便应用，然而，由于方程常数K和τ的对数与进样浓度的对数高度线性相关（r≥0.9999)。常数为进样浓度的指数函数，于是，用进样浓度C0代替K和τ，使方程可适应于不同进样浓度下的应用。同时，还讨论了活性炭吸附苯过程中稳定及非稳定吸附的定量关系和相关机理。     

滴水湖沉积物对磷的吸附特性初探

在滴水湖湖底典型区域采集表层沉积物,研究其对上覆水中磷的吸附特征。结果表明,滴水湖5个采样点沉积物对上覆水中磷的"快吸附"过程发生在0～4 h内,吸附速率达3.08～5.65 mg/(kg.min)",慢吸附"发生在4～24 h内,速率为0.54～1.34 mg/(kg.min),24 h后达到动态平衡状态。抛物线扩散方程Ct=C0-kt1/2可很好地拟合沉积物对磷的吸附动力学过程。当上覆水磷浓度低于0.18～0.20 mg/L时,各采样点处沉积物对磷的吸附量很低或呈负吸附状态,之后磷吸附量随初始磷浓度的增加而增大;湖心处本底吸附态磷(NAP)较高,为6.871 mg/kg;一号码头和南岛处沉积物的磷吸附解吸平衡浓度(EPC)0较低,分别为0.18和0.22 mg/L,纳磷潜力较大;Langmuir等温吸附模型比Freundlish模型更适用于描述沉积物对上覆水高浓度磷的等温吸附过程。滴水湖沉积物对磷的吸附容量范围为322.58～1 250.00 mg/kg,其中南岛处沉积物吸附磷容量较大,对上覆水中高磷浓度的变化缓冲力较强,但同时也是重要的磷库,应密切关注该处磷含量的变化。     

Ion adsorption components in liquid/solid systems

Experiments on Zn^2＋ and Cd^2＋ adsorptions on vermiculite in aqueous solutions were conducted to investigate the widely observed adsorbent concentration effect on the traditionally defined adsorption isotherm in the adsorbate range 25--500 mg/L and adsorbent range 10--150 g/L. The results showed that the equilibrium ion adsorption density did not correspond to a unique equilibrium ion concentration in liquid phase. Three adsorbate/adsorbent ratios, the equilibrium adsorption density, the ratio of equilibrium adsorbate concentration in liquid phase to adsorbent concentration, and the ratio of initial adsorbate concentration to adsorbent concentration, were found to be related with unique values in the tested range. Based on the assumption that the equilibrium state of a liquid/solid adsorption system is determined by four mutually related components： adsorbate in liquid phase, adsorbate in solid phase, uncovered adsorption site and covered adsorption site, and that the equilibrium chemical potentials of these components should be equalized, a new model was presented for describing ion adsorption isotherm in liquid/solid systems. The proposed model fit well the experimental data obtained from the examined samples.     

白果壳遗态Fe/C复合材料对水中磷的吸附特征

为研究PBGC-Fe/C-G（白果壳遗态Fe/C复合材料）对水中磷的吸附特征,以PBGC-Fe/C-G为吸附剂,对吸附剂投加量、溶液体系pH、初始磷质量浓度、温度和吸附剂粒径为影响因素进行静态吸附试验分析,并结合SEM、EDS、XRD和FT-IR等手段对吸附前、后材料进行表征,以揭示PBGC-Fe/C-G的吸附除磷机制.结果表明:①当初始磷质量浓度 < 10 mg/L、吸附剂投加量为0.2 g/（50 mL）、溶液为酸性（pH=3）、反应温度为45℃、吸附剂粒径 < 0.149 mm时,吸附效果最佳,吸附量达1.62 mg/g.②准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型能较好地模拟PBGC-Fe/C-G对磷的吸附过程.③热力学结果显示,ΔG < 0、ΔS>0和ΔH>0,说明PBGC-Fe/C-G对磷的吸附过程是自发、熵增的吸热过程.研究显示,PBGC-Fe/C-G吸附除磷主要通过配位作用、静电引力、等电荷离子交换和物理作用4种协同完成,其中Fe活性位与磷酸根离子的配位反应为主要的反应过程.      

粟米糠-耐Pb菌株复合吸附剂固定床穿透曲线特性

以粟米糠(MC)为原料,添加自铅锌尾矿渣中分离的耐铅菌米曲霉(HA)制成粟米糠-耐Pb菌株复合吸附剂(MCH),研究固定床系统中MCH对Pb~(2+)的动态吸附特性,考察吸附柱高度、初始离子浓度、进水流速对穿透曲线特性的影响.研究结果表明,复合吸附剂在固定床系统中的吸附性能明显优于单一吸附剂;MCH对Pb~(2+)的吸附穿透时间与吸附柱高成正相关,与初始离子浓度和进水流速成负相关,传质区长度与吸附柱高成负相关,与初始离子浓度和进水流速成正相关;初始离子浓度对穿透曲线和传质区长度影响最小.采用BDST、Yoon-Nelson和Thomas模型拟合试验数据结果显示,在较高流速和初始离子浓度条件下,实测与BDST模型拟合数据的相对误差最小,其原因可解释为BDST模型忽略了内部扩散和质量传递间阻力的影响;在吸附柱较低、初始离子浓度或进水流速较大条件下,由于传质推动力过大以至传质区被瞬间穿透,吸附质在吸附柱内停留时间很短,Yoon-Nelson和Thomas模型无法准确预测其穿透时间和拟合穿透曲线;总体上对比其它模型,Thomas模型拟合穿透曲线的效果较好,说明在MCH固定床Pb~(2+)的吸附过程中没有轴向扩散且具有平推流作用.     

Ciprofloxacin adsorption from aqueous solution onto chemically prepared carbon from date palm leaflets

A chemically prepared carbon was synthesized from date palm leaflets via sulphuric acid carbonization at 160℃. Adsorption of ciprofloxacin (CIP) from aqueous solution was investigated in terms of time, pH, concentration, temperature and adsorbent status (wet and dry). The equilibrium time was found to be 48 hr. The adsorption rate was enhanced by raising the temperature for both adsorbents, with adsorption data fitting a pseudo second-order model well. The activation energy, E_a, was found to be 17 kJ/mol, indicating a diffusion-controlled, physical adsorption process. The maximum adsorption was found at initial pH 6. The wet adsorbent showed faster removal with higher uptake than the dry adsorbent, with increased performance as temperature increased (25-45℃). The equilibrium data were found to fit the Langmuir model better than the Freundlich model. The thermodynamic parameters showed that the adsorption process is spontaneous and endothermic. The adsorption mechanism is mainly related to cation exchange and hydrogen bonding.     

Removal of heavy metals from aqueous solution by sawdust adsorption

The adsorption of lead, cadmium and nicel from aqueous solution by sawdust of walnut was investigated. The effect of contact time, initial metal ion concentration and temperature on metal ions removal has been studied. The equilibrium time was found to be of the order of 60 min. Kinetics fit pseudo first-order, second-order and intraparticle diffusion models, hence adsorption rate constants were calculated. The adsorption data of metal ions at temperatures of 25, 45 and 60~C have been described by the Freundlich and Langmuir isotherm models. The thermodynamic parameters such as energy, entropy and enthalpy changes for the adsorption of heavy metal ions have also been computed and discussed. Ion exchange is probably one of the major adsorption mechanisms for binding divalent metal ions to the walnut sawdust. The selectivity order of the adsorbent is Pb（I1）~Cd（II）〉Ni（I1）. From these results, it can be concluded that the sawdust of walnut could be a good adsorbent for the metal ions from aqueous solutions.     

载钠硅碳羟基磷灰石的制备及其对水中As(Ⅴ)的吸附特性

由于自然和人为活动导致自然水体和土壤被As（砷）污染,严重危及生态环境并已受到广泛关注.为实现更大程度地去除含As废水的新型吸附材料,以废弃蛋壳为原材料,采用超声波法制备多孔状且较大比表面积的Na-Si-CHAP[Ca_10-xNa_x（PO₄）_6-y-z（SiO₄）_z（CO₃）_y（OH）_2-α,载钠硅碳羟基磷灰石],深入分析去除含As（Ⅴ）废水的吸附特性.通过BET比表面积、扫描电镜（SEM）、EDX（能量色散X射线光谱）、X-射线衍射（XRD）等手段对样品进行表征,并进一步探讨了pH、吸附时间、初始ρ[As（Ⅴ）]以及反应温度等因素对吸附效果的影响.结果表明:在pH为6.0、作用时间为60 min、反应温度为313 K等优化条件下,0.2 g Na-Si-CHAP对100 mL 30 mg/L含As（Ⅴ）废水的去除率和平衡吸附容量分别为96.53%和14.48 mg/g.Langmuir等温吸附模型较好地拟合了吸附试验数据,313 K下相关系数（r2）高达0.998 0,饱和吸附容量达46.73 mg/g,明显高于其他同类材料;准二级动力学模型可较好地描述该吸附行为,相关系数高达0.999 9;热力学参数△G（吉布斯自由能变）、△H（焓变）和△S（熵变）的计算值显示,该吸附过程为自发吸热过程.研究显示,Na-Si-CHAP作为一种吸附剂,对含As（Ⅴ）的去除效果明显优于同类材料.      

NaCl改性沸石对水中氨氮的吸附机制

通过颗粒强度测定、扫描电镜分析（SEM）、X射线能谱分析（EDS）和零电点测定（pHPZC）考察改性前后沸石表面特性的变化,考察pH值、沸石投加量、初始氨氮浓度以及温度对吸附过程的影响,并通过吸附等温式和吸附动力学对吸附机制进行描述.经过NaCl改性后的沸石的颗粒强度明显增大,表面更加粗糙,孔径增大,钠离子通过交换作用进入到沸石内部.pH值为7,沸石投加量为8g/L,温度为35℃时吸附效果最好,平衡吸附量（qe）与氨氮初始浓度呈正相关性.Langmuir等温线比Freundlich等温线更适合描述实验数据,最大饱和吸附量为13.210mg/g.吸附动力学符合准二级动力学模型.实验表明NaCl改性沸石能够有效去除水中的氨氮.     

纳米零价铁对水中芴的去除研究

研究了实验室自制的纳米零价铁在不同投加量、初始浓度、pH及温度条件下,对芴溶液的吸附效果、吸附等温线及吸附动力学.结果表明,随着纳米铁投加量的增加,芴的去除率升高;增加芴的初始浓度,去除率则相应下降,同时平衡吸附量增加.另一方面,纳米铁对芴的吸附能力随pH的升高而下降;温度为15~35℃时,芴的平衡吸附量随温度的升高而增加,但变化不大.纳米铁对芴的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程;纳米铁对芴的吸附过程很好地符合准二级速率方程,吸附速率随芴初始浓度的增大而减小,平衡吸附量随芴初始浓度的增大而增大.除上述结果以外,本文还对此反应体系的吸附机理进行了初步探讨.     

菜籽粕对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能

以菜籽粕为吸附剂去除水溶液中Pb2+,考察了pH值、吸附剂投放量、反应时间对吸附性能的影响,研究了不同温度下菜籽粕对溶液中Pb2+吸附热力学和动力学。当Pb2+溶液浓度为100 mg/L时,吸附剂投放量为4 g/L,pH值3~5.5,吸附时间120 min,Pb2+去除率达到95%以上。铅吸附等温线很好地符合Langmuir等温方程,293 K时饱和吸附量达31.9 mg/g。对吸附热力学参数ΔGθ,ΔHθ,ΔSθ的计算表明,吸附过程属于熵驱动型的吸热自发过程。Pb2+在菜籽粕上动力学吸附符合准二级速率方程,表观吸附活化能Ea=49.6 kJ/mol。结合吸附前后红外光谱(FTIR)分析,Pb2+在菜籽粕上吸附主要发生在蛋白质的酰胺结构、-NH2、-C-S-上,具有化学吸附的显著特征。菜籽粕作为一种廉价的生物质吸附剂,对低浓度Pb2+溶液吸附量大,吸附速度快,具有良好的开发应用前景。