不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

硝酸改性稻秆处理含Pb~(2+)模拟废水

在150 m L溶液中,稻秆用量为5 g,硝酸浓度为10%,稻秆颗粒度为20目,改性温度为80℃,改性时间为3h,制备得到硝酸改性稻秆吸附剂。详细探讨了用该吸附剂处理含Pb~(2+)废水的影响因素:吸附剂用量、Pb~(2+)初始浓度、溶液pH值、吸附时间和吸附温度等对Pb~(2+)吸附率的影响,并进一步通过正交实验及对比实验得出处理200 m L,初始浓度为300mg·L-1的含Pb~(2+)废水的最佳吸附工艺为:吸附剂用量为4 g,pH值为6,吸附时间为3 h,吸附温度为20℃,在此工艺条件下,对Pb~(2+)的吸附率达到94.31%,吸附量为14.15 mg·g~(-1)。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

CaCl_2改性生物炭的制备及其对Pb~(2+)的吸附作用

以柳木屑和花生壳为原料,采用预浸渍—热解法制备原始柳木屑生物炭(FMC)、原始花生壳生物炭(PSC)、CaCl_2改性的柳木屑生物炭(Ca-FMC)和CaCl_2改性的花生壳生物炭(Ca-PSC)。在对生物炭的结构和组成进行表征的基础上,研究了CaCl_2改性和pH对生物炭吸附Pb~(2+)的影响,并研究了Ca-FMC和Ca-PSC吸附Pb~(2+)的吸附等温模型和动力学过程。结果表明,CaCl_2改性可显著提高原始生物炭对Pb~(2+)的吸附能力。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温模型,饱和吸附量可分别达到54.32、32.80mg/g。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程,准二级动力学速率常数分别为0.01、0.03g/(mg·h)。     

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。     

针铁矿对Pb~(2+)的吸附特征及影响因素研究

通过恒温振荡平衡法研究了Pb~(2+)在针铁矿上的等温吸附和吸附动力学特征,探讨了吸附的影响因素.结果表明:(1)随Pb~(2+)平衡浓度和pH的增大,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量逐渐增大.(2)针铁矿对Pb~(2+)的等温吸附可用Freundlich和Langmuir方程较好地拟合.(3)在相同温度和pH下,随离子强度的提高,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量增大.(4)在相同离子强度和pH下,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量总体随温度升高而增大.针铁矿对Pb~(2+)的吸附是自发进行的吸热反应.(5)针铁矿吸附Pb~(2+)的过程可分为初始的快吸附和随后的慢吸附2个阶段.pH影响吸附反应快慢,随pH增大吸附速率增大;随着pH的增大,达到平衡吸附的时间缩短.吸附动力学方程用Elovich方程拟合最佳.     

玉米芯生物炭对河岸带土壤中乙草胺和阿特拉津的吸附性能

为改善农药对河岸带土壤污染状况,进而防控农业面源污染,以玉米芯为原料制备生物质炭,利用模拟实验研究其对河岸带土壤中乙草胺和阿特拉津的吸附性能影响,并探讨了其吸附机理。结果表明:河岸带土壤中添加生物炭可使乙草胺和阿特拉津的吸附容量显著增强,其吸附热力学过程与Freundlich和Langmuir模型拟合均有较好的相关性。与对照土壤相比,添加质量分数为1.0%生物炭的土壤对乙草胺的最大吸附量从13.28μg·g~(-1)升高到769.23μg·g~(-1);添加质量分数为0.3%生物炭的土壤对阿特拉津的最大吸附量从70.92μg·g~(-1)升高到333.33μg·g~(-1)。伪二级动力学速率方程对河岸带土壤吸附乙草胺和阿特拉津的过程拟合效果较好,优于一级动力学速率模型的拟合结果,吸附量以及吸附速率均与土壤中生物炭投加量成正比。玉米芯生物炭可作为河岸带土壤的修复剂,降低乙草胺和阿特拉津的迁移性。     

棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附特征

为了研究棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对溶液中Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附过程的特征,分别从动力学、热力学和吸附等温线三方面进行了实验,同时还研究了pH、温度、时间、重金属离子起始浓度和吸附剂用量对吸附过程的影响。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述。在实验设定条件下,棘孢曲霉对Pb~(2+)和Cd~(2+)最大吸附量分别为71.2 mg/g和59.8 mg/g;动力学实验数据很好的符合二级动力学方程,吸附达到平衡的时间为3 h;热力学实验数据显示该吸附过程为自发的、吸热的过程。     

生物炭固定化解磷菌对Pb2+的吸附特性

以小麦秸秆和活性污泥为原料,在3种温度下热解制备生物炭,使用傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其结构和性能进行表征,探究了以不同生物炭为载体,以解磷菌为固定化菌株制备的固定化微生物对Pb~(2+)的吸附能力,同时研究了吸附时间和热解温度对固定化微生物吸附Pb~(2+)的影响。结果表明:小麦秸秆生物炭较活性污泥生物炭的表面官能团更为丰富,且小麦秸秆生物炭的芳香化程度随热解温度升高而增加;随着热解温度的升高,小麦秸秆生物炭的微孔逐渐发展,孔壁变薄,孔隙结构更为发达;以700℃热解的小麦秸秆生物炭为载体制备的固定化微生物(IBWS700)对Pb~(2+)的吸附量最高,对Pb~(2+)的吸附量可达89.39mg/g;IBWS700对Pb~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程;IBWS700对Pb~(2+)的吸附可以用Langmuir模型较好地拟合。     

柚子皮水热炭对六价铬的吸附

采用水热炭化的方法制备柚子皮水热炭吸附剂,用红外光谱仪和氮吸附仪测定水热炭表面的官能团和孔结构,考察了吸附剂用量、溶液pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附时间对吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:水热炭是典型的介孔材料且有较多的含氧官能团,有利于Cr(Ⅵ)的吸附。溶液pH值小于7时,吸附效果较好;当溶液中Cr(Ⅵ)离子的初始浓度为50mg·L~(-1),pH=6,吸附剂用量为0.4 g·(50 mL)~(-1)、吸附时间为90 min时、水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附率和吸附量分别为99.03%、6.19 mg·g~(-1)。柚子皮水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,且35、45、55℃的等温吸附数据拟合结果表明等温吸附过程符合Freundlich模型。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd~(2+)的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在700℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd~(2+)的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为298.15 K时,最大吸附容量为27.47 mg·g~(-1)。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

香菇菌粉对Pb~(2+)的吸附能力研究

以香菇菌粉作为生物吸附剂,研究了其对Pb~(2+)吸附的最优化条件。试验研究了菌粉粒度、吸附时间、pH、Pb~(2+)初始浓度和菌粉投加量5个影响因子。结果表明,香菇菌粉对Pb~(2+)的最佳吸附条件为菌粉选择粉碎机磨碎的菌柄,吸附时间30min,pH=6~7,Pb~(2+)初始质量浓度20 mg/L,菌粉投加量0.1g。     

氧化镁基固化剂对铅离子的吸附作用及其影响因素

应用批量平衡法,以膨润土、硅藻土和氧化镁为原料,探索了组配固化剂对Pb~(2+)的吸附性能、作用机制及影响因素,为将天然材料固化剂应用于重金属污染土壤修复提供理论参考。结果表明,组配固化剂对Pb2+的吸附行为符合二级动力学模型,等温吸附曲线符合Langmuir方程,吸附过程是自发、吸热反应,以物理吸附为主,30、40和50℃的最大吸附量分别为96.2、114.9和151.5 mg·g~(-1)。吸附过程受pH值和盐度的影响,膨润土、硅藻土与氧化镁混合,能有效提高对Pb~(2+)的吸附固化效果。     

热解工艺对污泥制备生物炭物理结构的影响

热解污泥制备生物炭是一种污泥资源化利用的主要处置方式,不同的反应条件对制得生物炭的品质存在显著的差异。以乙酸钾为添加剂,对城市脱水污泥(含水率80%)进行低温热解制备生物炭,考察了乙酸钾添加量、热解温度、热解停留时间及升温速率对生物炭性质的影响。通过N2吸附脱附、SEM、FT-IR等手段对原料污泥及生物炭进行了表征,实验结果表明,乙酸钾具有一定的扩孔作用,生物炭表面粗糙度明显增加,比表面积增大,吸附性能显著提高。当乙酸钾添加量4%,热解温度350℃,热解停留时间120 min,升温速率3℃·min~(-1)时生物炭的亚甲基蓝吸附量和比表面积分别为90.45 mg·g~(-1)、31.402 m2·g~(-1)。     

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。     

腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响

以猪粪为原料,分别在300℃和700℃条件下制备猪粪生物炭(以下简称生物炭)。采用静态吸附实验,研究生物炭对四环素的吸附性能以及腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响。结果表明:生物炭对四环素的吸附过程符合准二级动力学方程(R~20.99)。Langmuir和Freundlich方程都能很好地描述等温吸附过程(R~20.96)。最大吸附量随着热解温度的升高而增加,700℃条件下制备的生物炭吸附量最大,达到7.96mg/g。溶液pH影响吸附过程,pH为3.5~7.5时,生物炭对四环素的平衡吸附量较大。腐殖酸能缩短吸附平衡时间,使其由36.0h提前至18.0h。随着溶液中腐殖酸浓度的增加,300℃条件下制备的生物炭对四环素的平衡吸附量表现出增加的趋势,而700℃条件下制备的生物炭对四环素的平衡吸附量表现出减少的趋势。     

狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)与Pb~(2+)的吸附及机理分析

为了解狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)活性炭的吸附性能及其机理,采用磷酸一步活化法制备了狭叶香蒲活性炭,并对其理化性质进行了表征;通过静态实验,研究了溶液起始pH、Cd~(2+)和Pb~(2+)浓度、吸附时间、温度、活性炭剂量对狭叶香蒲活性炭吸附水溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)的影响。狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量随溶液起始pH与温度的增加而增加,吸附平衡时间约为10 min;热力学分析表明,吸附过程自发而且吸热,吸附动力学实验结果符合拟二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地拟合狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)的吸附,Pb~(2+)的平衡吸附量与Freundlich模型的拟合性更好。25℃条件下,由Langmuir线性模型拟合得到的Cd~(2+)和Pb~(2+)最大吸附量Qm分别为83.33和116.28 mg/g。狭叶香蒲活性炭的理化性质分析表明,活性炭表面凹凸不平、多孔,比表面积为780.42 m2/g、孔容23.29 m L/g、平均孔径3.14 nm;活性炭含有羟基、磷酸基、CC键等,等电点为3.3。结果表明,狭叶香蒲活性炭是Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附的有效吸附剂,吸附过程包括静电吸附、离子交换等。     

一步法低温合成二维CNx纳米材料及其对水中重金属离子的吸附性能

利用尿素和乙二胺四乙酸钠盐通过一步法低温固相裂解合成了二维纳米碳氮材料(2-D CN_x),实现了对水中重金属离子的吸附去除。系统地研究了2-D CN_x对水中重金属离子Cd~(2+)、Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能,其吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir模型。结果表明:Cd~(2+)、Cu~(2+)和Pb~(2+)的初始浓度均为40 mg·L~(-1),在25℃下,达到平衡时吸附量分别达到了79.4、 58.5、 72.8 mg·g~(-1); 2-D CN_x在比较广泛的pH范围(3.0～9.0)内对重金属离子都具有比较好的吸附效果;吸附剂在吸附柱过滤穿透实验中表现出很好的吸附效果和可重复利用性,且具有良好的机械稳定性。进一步的机理分析探明,吸附主要基于材料表面的羟基和重金属离子交换及氨基与重金属离子的络合协同作用。