半胱氨酸改性Fe3O4纳米材料对Pb (Ⅱ) 的吸附研究

为了解决水体中Pb(Ⅱ)污染问题,利用SiO_2和半胱氨酸(Cys)对Fe_3O_4纳米粒子进行表面修饰,并用于水中Pb(Ⅱ)的去除研究。实验结果表明,Fe_3O_4@SiO_2@Cys的吸附效果明显优于另外两种未修饰Cys的磁性纳米材料(Fe_3O_4和Fe_3O_4@SiO_2)。当Fe_3O_4@SiO_2@Cys投加量为1.0g/L,pH=6.0,Pb(Ⅱ)初始质量浓度为100mg/L,吸附时间为30min时,水中Pb(Ⅱ)去除率可达到95%以上。在Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)共存条件下,Fe_3O_4@SiO_2@Cys对Pb(Ⅱ)的吸附效果明显优于其他3种金属离子。经5次循环使用后,Fe_3O_4@SiO_2@Cys对Pb(Ⅱ)的去除率仍保持在80%左右。     

茶渣修饰磁性Fe3O4纳米粒子协同吸附铜铅离子的研究

在茶渣上通过化学共沉淀制备环境友好、价格低廉的磁性纳米粒子Fe_3O_4-茶复合物。结果显示,茶渣修饰提高了磁性Fe_3O_4纳米粒子(Fe_3O_4MNPs)在水中的分散性和稳定性,促进了Fe_3O_4MNPs对水中重金属的去除能力;Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附归因于Fe_3O_4-茶复合物中丰富的结合位点(如—OH,—COOH和—NH—)与Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)形成稳定的络合物。在pH为7.0,Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)初始质量浓度为100mg/L,吸附时间为2h时,Fe_3O_4-茶复合物对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附率分别为94.58%、94.28%;Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附过程符合准二级动力学方程,Fe_3O_4-茶复合物在连续4次循环再生后,仍表现出较好的吸附能力。利用柱吸附法考察了进液流速对穿透曲线的影响,结果表明:随进液流速增加,穿透点前移,且Cu(Ⅱ)的吸附能力低于Pb(Ⅱ)的吸附能力。     

壳聚糖/磁性生物碳对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能

以丝瓜络为原料制备壳聚糖/磁性生物炭(CMLB),并研究了改性前后的生物炭对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,改性后的生物炭包含γ-Fe_2O_3纳米颗粒,颗粒尺寸均匀,大小一致。CMLB对Cu(Ⅱ)的吸附量为54.68 mg·g~(-1),高于原始生物炭(LB)、磁性生物炭(MLB)的吸附量,且能够达到壳聚糖吸附量的86%。整个吸附过程在18 h达到平衡,在pH=5.8±0.1有较好的吸附效果。吸附反应动力学可采用准二级动力学方程拟合,吸附等温线符合Freundlich模型。CMLB吸附Cu(Ⅱ)的机制下包括离子交换、物理吸附和共沉淀。CMLB材料在处理废水后,利用磁铁可将材料从水中分离。CMLB可作为一种吸附剂有效去除水中的重金属,应用前景广阔。     

磁性壳聚糖改性硅藻土吸附去除水中的铅离子

采用壳聚糖与Fe_3O_4对硅藻土进行混合改性,制备出一种吸附效果好、且能从液相中磁分离的新型复合吸附剂。通过SEM、XRD、VSM和FTIR等手段对其进行表征,并探究溶液pH、吸附剂投加量以及吸附温度等条件对水溶液中Pb~(2+)吸附效果的影响。结果表明:壳聚糖和Fe_3O_4都能够负载到硅藻土上面。当溶液pH为5、吸附剂投加量为10 g·L~(-1)、初始浓度为10 mg·L~(-1)时,Pb~(2+)去除率可以达到96.4%。吸附过程较好地符合假二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,热力学数据说明该吸附是吸热、自发的过程。     

联合法赤泥的特性及其对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除

赤泥作为氧化铝冶炼过程中排出的一般工业固废,具有数量大、碱性强、粒径小、孔隙结构丰富等特征。采用XRF、XRD、SEM/EDX等分析手段,研究了赤泥的化学组成、矿物结构、粒度、比表面积、表面形貌、酸中和能力等特性。通过批实验观测了赤泥对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除效果,并对Pb(Ⅱ)初始浓度、pH等影响因子对去除效果的影响展开了分析。结果表明,赤泥的主要化学成分为CaO、SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3,平均比表面积为43.8 m~2·g~(-1);赤泥有很强的酸中和能力,对硝酸的中和能力约为1.875 mol·kg~(-1)。初始pH=4,且过程中不控制pH时,反应在10 min之内达到平衡,去除率为98%～100%,赤泥对Pb(Ⅱ)的去除能力可达到25.9 mg·g~(-1)。当pH=4时,赤泥对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除反应在90～120 min时达到平衡,去除率为10%～45%,当初始浓度为1～100 mg·L~(-1)时,Pb(Ⅱ)初始浓度越高,Pb(Ⅱ)去除能力越强,去除率越低。当pH为7和10时,Pb(Ⅱ)去除率分别为92%和98%,残留Pb(Ⅱ)浓度小于污水综合排放标准中第一类污染物最高允许排放浓度1.0 mg·L~(-1)。通过分析可知,赤泥对Pb(Ⅱ)的去除符合拟二级动力学模型,吸附机理主要为化学吸附。     

D006树脂对Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

通过树脂筛选实验,选用大孔强酸性阳离子树脂D006作为Cd(Ⅱ)的吸附材料,通过静态实验考察吸附时间、振荡转速、溶液pH和树脂用量对吸附效果的影响,并探讨了吸附的热力学和动力学性能,同时对树脂进行了再生实验。结果表明,D006树脂对Cd(Ⅱ)的平衡吸附量可达20.98mg/g;D006树脂吸附Cd(Ⅱ)的最佳条件为吸附时间120min、振荡转速120r/min、溶液pH 2.9左右、树脂用量0.20g;D006树脂对Cd(Ⅱ)的吸附过程符合Langmuir方程,为单分子层吸附;准二级动力学模型能较好地描述Cd(Ⅱ)在D006树脂上的吸附行为,吸附的活化能为5.46kJ/mol,该吸附过程主要为物理吸附;于30℃下采用1mol/L硫酸对吸附后的D006树脂进行脱附,脱附率可达到96%以上,可实现对Cd(Ⅱ)的富集与回收。     

改进水热法合成纳米Co_xFe_(3-x)O_4(0≤x≤2)及其对刚果红染料的吸附性能

采用快速水热法制备了纯相Co_xFe_(3-x)O_4(0≤x≤2)纳米颗粒,并对样品进行了XRD、EDX、FTIR、SEM、N_2吸附-脱附以及VSM表征,研究了Co含量、初始浓度和pH值对水中刚果红吸附性能的影响。实验结果表明,Co_(1.6)Fe_(1.4)O_4纳米颗粒具有最大的比表面积170.1 m2·g-1和最好的吸附性能,在pH=3,初始浓度为200 mg·L~(-1)时,饱和吸附容量达到475mg·g-1。对Co_xFe_(3-x)O_4进行了吸附过程动力学和热力学分析,该吸附过程符合准二级动力学模型,根据Langmuir等温吸附模型计算得出最大吸附容量为370.4 mg·g-1。良好的磁性能使Co_(1.6)Fe_(1.4)O_4纳米颗粒很容易从水中分离再利用,实验表明,经过多次脱附/吸附过程,Co1.6Fe1.4O4纳米颗粒对刚果红仍具有良好的吸附性能。     

磁性羟基氧化铝的制备及对水体中Cu~(2+)的吸附性能研究

采用水热法制备磁性羟基氧化铝(γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4),使用透射电子显微镜、X射线衍射、比表面积分析对其进行形貌表征,并研究了其对水体中Cu~(2+)的吸附性能。结果表明:γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4对水体中Cu~(2+)的吸附性能受pH、Cu~(2+)初始浓度、接触时间和温度的影响;γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4对Cu~(2+)的吸附符合Freundlich等温线方程,最大吸附量可达284.77mg/g;热力学分析表明,γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4对水体中Cu~(2+)的吸附过程是自发和吸热过程;动力学分析说明,该吸附过程遵循准二级动力学反应模型,该吸附过程为化学吸附,内扩散是整个吸附过程的限速步骤;Cu~(2+)吸附率随循环使用次数的增加稍有下降,吸附的Cu~(2+)可通过乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)脱附。     

氨基复合铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附性能与机理

用氯化十六烷基三甲铵(Cetyltrimethylammonium chloride,CTAC)修饰铁氧化物Fe_2O_3,得到氨基复合的铁氧化物纳米材料(Fe_2O_3@CTAC)并研究了其对As(Ⅴ)的吸附去除性能及机理。CTAC修饰不会改变Fe_2O_3的物理化学结构,而形成的Fe_2O_3@CTAC不仅可以通过铁氧化物表面络合作用吸附As(Ⅴ),复合材料表面的氨基也可以通过静电作用吸附As(Ⅴ)。因而复合材料对As(Ⅴ)的吸附去除效果显著提升,饱和吸附容量可以达到23.13 mg·g~(-1)。Fe_2O_3@CTAC吸附As(Ⅴ)可以在2 min内达到平衡,符合拟二级动力学模型和two-site Langmuir模型。在pH为3~9的范围内,Fe_2O_3@CTAC均能有效吸附去除As(Ⅴ),去除率均能达到90%以上。天然有机质和硫酸根、碳酸氢根、硅酸根对As(Ⅴ)在Fe_2O_3@CTAC上的吸附没有明显的抑制作用。磷酸根由于与As(Ⅴ)存在竞争吸附作用而抑制As(Ⅴ)的吸附,然而在通常水体磷酸根浓度条件下,Fe_2O_3@CTAC对As(Ⅴ)的去除率依然达到90%以上。此外,Fe_2O_3@CTAC可以再生并重复利用,经过5次循环利用后As(Ⅴ)的去除率能够保持在85%以上。     

Fe_3O_4/纤维素纳米复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用化学沉淀法与液相复合方法联合制备磁性无机-有机Fe_3O_4/纤维素复合材料。采用扫描电镜及红外光谱对其进行结构表征,以亚甲基蓝溶液为模拟废水,考察了接触时间、溶液初始pH及反应温度等因素对其吸附性能的影响,分别用准一级动力学和准二级动力学方程对数据进行拟合。结果表明,温度为22℃,溶液初始pH为7.55,Fe_3O_4/纤维素纳米复合材料加量为0.67 g·L~(-1),接触时间2 h,30 mg·L~(-1)亚甲基蓝脱色率达99.20%,准二级动力学模型能更好地描述Fe_3O_4/纤维素复合材料对亚甲基蓝的吸附行为。同时,Fe_3O_4/纤维素纳米复合材料具有较强的磁性,可通过简单的磁铁吸引作用进行分离。     

抛光污泥掺杂Fe3O4复合微球吸附剂对Sb(Ⅲ)的吸附性能研究

为去除水中Sb(Ⅲ),采用改进的共沉淀法制备抛光污泥掺杂Fe_3O_4吸附剂(HCO/Fe_3O_4),并采用海藻酸钠(SA)固化交联形成HCO/Fe_3O_4复合微球吸附剂(SAB);利用吸附序批实验考察了pH、温度和共存离子对SAB吸附Sb(Ⅲ)效果的影响。结果表明,制备SAB的HCO/Fe_3O_4和SA最佳质量分数分别为2.5%和2.0%。在pH为7,温度为25℃时吸附72h,投加4.0g/L SAB对初始质量浓度为20.0 mg/L的Sb(Ⅲ),去除率达到80%以上。NO_3~-和SO_4~(2-)对SAB吸附Sb(Ⅲ)没有显著影响,而10mmol/L PO_4~(3-)对SAB吸附Sb(Ⅲ)有微弱的促进作用。SAB对Sb(Ⅲ)的吸附符合Langmuir模型和准二级动力学模型,吸附过程结合了化学吸附(离子交换)与物理吸附(扩散反应)作用。     

磁性金属有机骨架Fe3O4@ZIF-8的制备及对偶氮染料刚果红的高效吸附

采用常温搅拌法,在聚苯乙烯磺酸钠(PSS)处理过的Fe_3O_4表面诱导生长ZIF-8壳层,成功合成了磁性核壳金属有机骨架Fe_3O_4@ZIF-8,并对其吸附去除偶氮染料刚果红的性能进行了探究,考察了刚果红初始浓度和接触时间、Fe_3O_4@ZIF-8投加量以及pH对刚果红去除的影响。SEM、TEM、XRD、FT-IR及VSM表征结果证明,ZIF-8纳米颗粒已成功负载于Fe_3O_4表面,形成了典型的核壳结构,并且具有优异的磁学性能。吸附实验结果表明,反应最佳pH为6,吸附剂投加量为500 mg·L~(-1);当反应时间达到180 min时,吸附达到平衡。吸附反应的吸附动力学和吸附等温线分析表明,刚果红染料在Fe_3O_4@ZIF-8上的吸附动力学符合二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir模型。Fe_3O_4@ZIF-8吸附剂对刚果红具有高效的选择吸附性能并且在循环吸附中展现出良好的循环吸附性能。因此,磁性核壳金属有机骨架Fe_3O_4@ZIF-8作为吸附剂在去除刚果红染料方面有着广阔的应用前景。     

磁性水滑石快速吸附水体中Cu(Ⅱ)离子

为了探究磁性水滑石对水体中Cu(Ⅱ)离子的去除效果,利用四氧化三铁对水滑石进行磁化,用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪表征磁性水滑石。然后,探究磁性水滑石在不同吸附温度、时间、pH、投加量等条件下去除模拟废水中Cu(Ⅱ)的性能。结果表明,磁性水滑石对Cu(Ⅱ)最大吸附量为32.36 mg/g,吸附动力学结果表明,磁性水滑石对Cu(Ⅱ)的吸附在前90 min基本完成。溶液保持pH 5.6~6.5时,磁性水滑石对Cu(Ⅱ)有良好的吸附效率。磁性水滑石可以再生循环利用3~4次。实验证明,磁性水滑石是一种良好的Cu(Ⅱ)吸附剂。     

磁性还原石墨烯的制备及其对抗生素的吸附性能

针对日益突出的抗生素水污染问题,利用共沉淀法制备磁性还原石墨烯(rGO/Fe_3O_4),并研究其对污染物去除性能。通过考察pH、吸附时间、污染物浓度等影响因素,研究rGO/Fe_3O_4对四环素(TC)和磺胺嘧啶(SDZ)2种典型抗生素的吸附性能,并分析吸附机理。实验结果表明:rGO/Fe_3O_4对2种抗生素具有很好的吸附能力,对TC和SDZ的最佳吸附pH分别在4.0和5.0左右,对应的最佳吸附量分别达到(114.29±1.60)和(20.64±2.17)mg·g~(-1);对TC的吸附效果要好于SDZ。rGO/Fe_3O_4对2种抗生素污染物的吸附更符合准二级反应模型,表明吸附过程是由化学反应控制,而不是物理扩散控制,通过计算可知,TC的吸附速度要快于吸附SDZ。rGO/Fe_3O_4对TC和SDZ的吸附过程更接近Langmuir吸附等温方程,模拟的最大吸附量分别为123.46和28.49 mg·g~(-1),与实测值很吻合。rGO/Fe_3O_4具有优良的磁性分离效果,可以快速完成与液相污染物的分离;对rGO/Fe_3O_4吸附2种抗生素的机理主要包括π-π共轭作用、氢键作用、静电作用以及范德华力等,这些作用力使rGO/Fe_3O_4对抗生素具有优良的吸附性能。     

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。     

Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在氧化石墨烯/聚酰胺-胺复合材料上的竞争吸附

以"grafting to"法制备的氧化石墨烯/聚酰胺-胺(GO/PAMAMs)作为吸附剂,研究了Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在GO/PAMAMs上的竞争吸附行为,考察了溶液pH值、吸附时间、初始离子浓度及吸附剂用量等因素对吸附过程的影响,探讨了Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在GO/PAMAMs上的竞争吸附机理。研究表明:GO/PAMAMs对Cu(Ⅱ)的吸附最佳pH值是5.0,Cd(Ⅱ)的最佳pH值为5.5;Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在GO/PAMAMs上的竞争吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型,等温吸附过程遵循Langmuir模型;热力学研究表明Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在GO/PAMAMs上的吸附是自发进行的吸热过程,且属于物理吸附。     

骨炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

通过间歇实验研究了骨炭对重金属Pb(Ⅱ)的吸附特性。探讨了固液比、pH、离子强度、反应时间、温度及初始浓度等因素的影响。实验结果表明,pH与固液比显著影响去除率,温度与离子强度的影响较小。当温度为20℃,pH=2.5,Pb(Ⅱ)的初始浓度为200 mg/L,固液比为1 g/L时,最大去除率近100%。动力学实验结果表明,骨炭对Pb(Ⅱ)的吸附为快速反应,在30 min内可达到平衡,准二级动力学模型可较好地拟合实验结果。等温吸附实验结果表明,Freundlich模型与Langmuir模型均可较好地拟合等温吸附实验结果。骨炭对Pb(Ⅱ)的吸附机制主要为表面络合反应与分解置换-沉淀反应。     

改性花生壳对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附机理

以前期制得改性块状花生壳为对象,测定改性花生壳等电点,考察离子强度对改性花生壳吸附Cd2+和Pb2+的影响、吸附前后吸附质溶液pH变化情况及蒸馏水、NaCl、HNO3、柠檬酸和EDTA 5种解吸液对Cd2+和Pb2+的解吸效果,并通过X-射线光电子能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪对吸附前后的改性花生壳进行表征,推测并证实了改性花生壳对Cd2+和Pb2+可能的吸附机理。结果表明,改性花生壳对Cd2+和Pb2+可能的吸附机理是:Cd2+是通过外层络合、离子交换和内层络合的联合作用被吸附的;Pb2+主要是与改性花生壳上的O、N等活性基团发生内层络合;此外,改性花生壳表面生成的二氧化锰对Cd2+和Pb2+的吸附也起到一定的作用。     

磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂吸附Cu~(2+)

以膨润土、壳聚糖、Fe_3O_4为原料,制备了在外加磁场作用下能实现快速固液分离的磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂。利用SEM、XRD、VSM、FTIR等分析手段对复合吸附剂的形貌及微观结构进行了表征。通过静态吸附实验研究了复合吸附剂对Cu~(2+)的吸附性能,探讨了溶液初始p H值、吸附剂投加量、吸附时间和吸附温度等对Cu~(2+)吸附效果的影响。结果表明,壳聚糖和Fe_3O_4均已负载到膨润土上。复合吸附剂吸附Cu~(2+)的效果随溶液p H值和吸附剂投加量的增加而增加,并最终趋于稳定;当吸附剂投加量为7.2 g/L、p H值为6、Cu~(2+)初始浓度为30 mg/L时,Cu~(2+)的去除率可达98.5%。吸附动力学和吸附等温线数据分别较好地符合准二级动力学模型和Langmiur吸附等温模型。热力学参数表明,吸附是自发、吸热的过程。     

Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维的制备及其吸附性能

选用对空气和人居环境具有污染的悬铃木果毛为基质,通过将四氧化三铁磁性纳米粒子在多巴胺改性悬铃木果毛表面的固载,制备得到具有中空结构的Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合吸附材料。用X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、电子扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和震动样品磁强计(VSM)等手段对样品进行了表征和分析,考察了Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明:通过多巴胺对悬铃木果毛的化学改性,有效促进了反尖晶石型结构的四氧化三铁纳米粒子在其表面的固载,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维直径约为25.8μm,其饱和磁化强度为12.51 emu/g,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛对亚甲基蓝的吸附在140 min达到平衡,吸附容量可达12.6 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学。