茶树菇废菌体对水中Cr(Ⅵ)吸附的响应面优化及机理研究

采用响应面优化(Box-Behnkendesign,BBD)法对茶树菇废菌体吸附水中Cr(Ⅵ)的过程进行了优化,并设定pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应时间、摇床转速和吸附剂用量为5个影响因子,Cr(Ⅵ)吸附率为响应值,对吸附过程的热力学特征及吸附机理进行了研究.结果表明,对废菌体吸附Cr(Ⅵ)有显著影响的因素是pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度和吸附剂用量;废菌体对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件为pH=1.19,Cr(Ⅵ)初始浓度为148.58mg·mL-1,反应时间为89.02min,摇床转速为180.12r.min-1,吸附剂用量为10.90g.L-1,在此条件下,实测Cr(Ⅵ)的吸附率达96%以上.用Langmuir、Freundlich及Dubinin-Raduskevich吸附等温模型对吸附过程进行拟合发现,Langmuir模型可以很好地反映茶树菇废菌体对Cr(Ⅵ)的吸附特性,在298K时最大吸附量为46.95mg·g-1.对表观热力学参数ΔG、ΔS及ΔH的计算表明,废菌体对Cr(Ⅵ)吸附为吸热的自发过程,并且吸附过程增加了体系的混乱度.最后结合FTIR图对吸附机理进行了探讨,结果表明,废菌体对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,可用于处理含铬废水,达到以废治废的目的.     

壳聚糖交联β-环糊精对水中铬酸盐的吸附研究

以戊二醛为交联剂,通过在壳聚糖分子链上引入β-环糊精,制备出壳聚糖交联β-环糊精高聚物(CTS-CD),并研究了CTS-CD对水中铬酸盐的吸附性能.实验结果表明,在pH=5、318 K的条件下,CTS-CD对铬酸盐的饱和吸附容量为105 mg·g-1;吸附过程符合Lagergren二级动力学模型,吸附速率常数随温度的升高而增大,其表观活化能为32.2 kJ·mol-1;吸附等温模型符合Langmuir等温式,为单分子层吸附;吸附铬酸盐的ΔH、ΔS、ΔG分别为40.6 kJ·mol-1、158 J·mol-1·K-1、-9.54 kJ·mol-1,表明CTS-CD对水中铬酸盐的吸附主要为化学吸附.     

流动搅动法研究针铁矿对亚砷酸盐的吸附特征

采用流动搅动法,在溶液p H、浓度和温度影响条件下,研究针铁矿对亚砷酸盐吸附的特征.结果表明,在不同条件下,亚砷酸盐的吸附过程分为快反应和慢反应这2个阶段.随溶液p H的升高,砷的吸附量逐渐降低,表观吸附速率常数(k')逐渐增大,半反应时间(t1/2)也就越小,砷的吸附反应达到平衡时间就越短,且砷的扩散速率常数b值也逐渐降低.溶液p H 3.0和p H7.0时,砷最大吸附量分别为246.9 mg·kg~(-1)和99.8 mg·kg~(-1).随着砷浓度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数(k')逐渐增大;砷浓度为0.10 mg·L~(-1)和1.00 mg·L~(-1)时,砷的最大吸附量分别为96.5 mg·kg~(-1)和249.1 mg·kg~(-1).Freundlich方程中吸附常数Kf值随着时间的延长逐渐降低,其吸附能力是逐渐减弱的.Langmuir方程分配因子RL在0~1之间,表现为针铁矿上砷的吸附为优惠吸附.随着温度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数k'值也逐渐升高.温度为298K和313 K时,砷最大吸附量分别为241.1 mg·kg~(-1)和315.6 mg·kg~(-1).用抛物线扩散方程b值来计算扩散过程的伪热力学常数,砷吸附反应的活化能(E*a)为14.60 k J·mol~(-1).砷扩散活化焓变(ΔHθ)随着温度的升高有所降低,ΔHθ均为正值,扩散过程为吸热反应,升高温度有利于砷的吸附;活化自由能变(ΔGθ)随着温度的上升而升高,升高温度有利于加快扩散过程;ΔSθ值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加.     

针铁矿对废水中Cr(Ⅵ)的吸附

该实验研究了针铁矿(α-Fe OOH)对废水中Cr(Ⅵ)吸附的影响因素、吸附等温线和吸附动力学。探讨在不同初始浓度、p H、吸附剂的量、离子强度条件下针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附特性。结果表明,针铁矿的吸附平衡时间为30 min;p H为3时,针铁矿对Cr(Ⅵ)的吸附效率最高;Cr(Ⅵ)浓度为15 mg/L时,最佳针铁矿投加量为2 g/L;Cr(Ⅵ)的吸附量随离子强度的升高而降低;温度升高,Cr(Ⅵ)的吸附量随之升高。分别用Langmuir、Freundlich和Temkin等温模型对不同条件下针铁矿吸附Cr(Ⅵ)的实验结果进行模拟,结果表明用Freundlich方程的拟合效果最佳,在35℃时相关性达到了0.995 2。针铁矿吸附Cr(Ⅵ)的吸附动力学满足准二级动力学方程,吸附表观活化能Ea=31.306 k J/mol。实验结果表明,针铁矿在废水除铬(Ⅵ)领域有实际应用的潜力。     

桉树遗态结构HAP/C复合材料对水中Cu (Ⅱ)的吸附特征

采用自制桉树遗态羟基磷灰石/碳复合材料(PBGC-HAP/C)为吸附剂,溶液体系pH值、Cu(Ⅱ)初始浓度和材料粒径为影响因素,研究了PBGC-HAP/C吸附Cu(Ⅱ)的具体特征与机制.结果表明,当溶液为弱酸性时(pH=5),吸附效果最佳;增大反应体系初始浓度不利于吸附效果的提升;减小吸附剂粒径对吸附有促进作用.准二级动力学可准确描述该吸附过程,计算获取的吸附容量0.99、1.93和4.03 mg·g-1与实验值0.99、1.93和4.05 mg·g~(-1)高度接近;Langmuir模型很好地拟合了吸附过程,表明吸附是单层吸附,温度升高有利于吸附进行;热力学实验结果ΔGθ0、ΔSθ0和ΔHθ0,显示该吸附过程是自发、熵增的吸热过程.SEM、EDS、XRD和FTIR对吸附前后材料表征分析可知PBGC-HAP/C表面的含氧官能团与Cu(Ⅱ)发生的化学络合反应为主要净化机制,同时伴随着物理吸附、静电吸附和离子交换作用.     

添加生物炭对西北黄土吸附克百威的影响

研究了不同温度下制得的生物炭对西北黄土吸附农药克百威的影响,并对溶液p H值和初始浓度对吸附的影响进行了探讨.结果表明,克百威在添加生物炭黄土上的动力学吸附过程较好地符合准二级吸附动力学模型;热力学吸附较好地符合Freundlich等温吸附模型;随着系统温度的升高,添加生物炭的黄土对克百威的吸附量增大,且其对克百威的吸附自由能变(ΔGθ)小于0,吸附焓变(ΔHθ)及吸附熵变(ΔSθ)均大于0,表明吸附是一个自发吸热且体系混乱程度增大的等温吸附过程.溶液p H值和克百威的初始浓度对添加生物炭的土样吸附影响较明显.当p H值为4~7时,添加生物炭的土样饱和吸附量随p H升高呈缓慢降低,当p H值大于7时,吸附容量随p H升高呈明显降低趋势.克百威初始浓度从20 mg·L-1增至50 mg·L-1的过程中,吸附量快速上升,初始浓度大于50 mg·L-1时,吸附量随初始浓度的升高而缓慢增加并逐渐趋于平衡.     

玉米秸秆对Cr(Ⅵ)的生物吸附及热力学特征研究

以玉米秸秆粉为吸附剂,通过批实验讨论了玉米秸秆粉对Cr(Ⅵ)的去除率、体系初始pH值、吸附剂用量和温度等对水溶液中cr(Ⅵ)吸附的影响,并讨论了Cr的化学形态变化和吸附过程的热力学特征.结果表明,向50mL浓度为50mg·L-1的Cr(Ⅵ)溶液中加入0.5 g玉米秸秆粉,于25℃、200r·min-1、pH 1.0的条件下恒温震荡3h,玉米秸秆粉对溶液中cr(Ⅵ)的去除率达97.77%,吸附过程伴随着氧化还原反应的发生.随着体系温度的升高,玉米秸秆粉对Cr(Ⅵ)的吸附量增加.用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevick模型对吸附等温线进行拟合,发现Langmuir模型能更好地反映吸附过程特征,在298K时最大吸附量为14.46mg·g-1.对吸附热力学参数△G0、△G0和△S0的计算表明,吸附过程是吸热的自发过程.最后结合FTIR和SEM谱图,对吸附机理进行了探讨.研究发现,玉米秸秆粉对Cr(Ⅵ)同时存在吸附和还原能力,玉米秸秆粉是具有吸附污水中铬能力和潜在利用价值的生物质吸附剂.     

废水中聚丙烯酰胺在H-Beta分子筛上的吸附特性

将H-Beta用于处理含聚丙烯酰胺(PAM)的驱油废水,研究了PAM在H-Beta上的吸附动力学和热力学特征,并考察了吸附条件对吸附效果的影响.结果表明,吸附过程遵循准二级动力学模型;在低PAM初始浓度(100 mg·L-1)时,吸附表观活化能40 k J·mol-1,说明H-Beta对PAM的吸附以化学吸附为主;在高PAM初始浓度(200和500 mg·L-1)时,吸附活化能降低,吸附向物理吸附转变.吸附等温线在低平衡浓度区符合Langmuir模型,25、40和50℃时的单层饱和吸附量分别达到70.2、76.9和90.9 mg·g-1;在高平衡浓度区符合Freundlich模型,表现为多层吸附.吸附主要来自氢键作用,为自发的吸热过程.p H为2~4,吸附剂用量为5 g·L-1时,具有更优的吸附效果.真实废水中油和盐类的存在对PAM在H-Beta上的吸附未产生不利影响.     

紫色土对硫丹的吸附与解吸特征

为揭示硫丹在紫色土中的残留过程、保护土壤生态环境,采用静态吸附和解吸实验,研究了紫色土对硫丹的吸附与解吸特征,考察了温度、吸附剂用量和吸附液初始p H等因素对吸附量的影响.结果表明紫色土对硫丹的吸附动力学过程可以用二级动力学方程很好地描述,获得α-,β-硫丹的初始吸附速率常数分别为0.157 mg·(g·min)-1和0.115 mg·(g·min)-1;吸附热力学过程可以用Langmuir等温吸附模型很好地描述,获得α-,β-硫丹的最大吸附量分别为0.257 mg·g-1和0.155mg·g-1,紫色土吸附硫丹是放热的物理化学过程,但以物理吸附为主.在本研究所设条件下,吸附液初始p H对吸附量的影响较大,温度和吸附剂用量的影响相对较小.解吸实验发现,紫色土吸附的α-,β-硫丹分别在6和4 h时达到最大解吸量(0.029mg·g-1和0.017 mg·g-1),分别占最大吸附量的10.5%和16.1%.     

富里酸-膨润土复合体对氟的吸附特性

采用共沉淀法制备了富里酸-膨润土复合体(FA-BENT),研究了FA-BENT的基本性质及其在不同环境条件下对氟的吸附特性.XRD分析显示,FA-BENT中蒙脱石的(001)面衍射峰强度有所减弱,但其层间距没有明显变化,表明FA-BENT中富里酸主要包被在膨润土外表面.FTIR结果表明,FA-BENT膨润土的矿物组分主要与富里酸表面C=O、—OH等官能团结合,配位体交换、表面络合作用是其主要作用机制.低p H范围内,升高反应体系的初始p H有利于FA-BENT对氟的吸附;当初始p H上升至4.50以后,吸附量随p H升高而降低;FA-BENT对氟的吸附也受离子强度的影响,其主要原因可能是"极性"效应;FA-BENT对氟的动力学吸附过程遵循拟二级动力学机制,受化学过程控制(R~2=0.999 2);与Freundlich模型相比,Langmuir模型对氟在FA-BENT上的吸附数据具有较高的拟合优度(R~20.994 9).热力学参数表明,FA-BENT对氟的吸附属于熵驱动的自发吸热反应过程[ΔH为32.57 k J·mol~(-1),ΔS为112.31 J·(mol·K)~(-1),ΔG为-0.65~-1.76 k J·mol~(-1)].     

腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响机制研究

以污泥生物炭作吸附剂处理水中Cr(Ⅵ),研究了共存腐殖酸对生物炭吸附性能影响.结果表明,腐殖酸能显著促进生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附,大幅提高吸附量以及缩短吸附平衡时间,生物炭吸附过程符合准二级动力学模型.在溶液初始pH4.0,生物炭浓度20 g·L-1,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800 mg·L-1范围下,Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等温吸附行为.加入腐殖酸(20 mg·L-1)后拟合得到的理论饱和吸附量达10.10 mg·g-1,较未加入腐殖酸的吸附量5.56 mg·g-1提高近1倍.在pH 2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小.腐殖酸浓度上升,生物炭吸附能力进一步提高.红外光谱显示,生物炭表面的羟基、羧基、酯基、芳香环上C—H和环状结构上的CC等化学活性官能团与Cr(Ⅵ)的吸附有关.结合XPS分析结果,推断腐殖酸共存促进生物炭吸附的机制是:腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集浓度,有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的直接吸附和还原,而腐殖酸本身具有的吸附能力增加了对溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的去除.     

镁-钙羟基磷灰石吸附剂对水中Pb2+的去除

选择Mg2+为掺杂离子,通过溶胶-凝胶法制备了不同比例的镁-钙羟基磷灰石吸附剂,研究其对水溶液中Pb~(2+)的去除特性和过程机制.结果表明,吸附剂表面以羟基磷铅矿化合物[Pb10(PO4)6(OH)2]为主,其晶体结构由短棒状转变为针状结构;在温度25℃,p H为5时,镁-钙羟基磷灰石吸附Pb~(2+)在720 min内达到平衡,吸附剂的最佳投加量为0. 6 g·L-1,最大吸附量为813. 17 mg·g-1;热力学实验结果:ΔGθ0、ΔSθ 0和ΔHθ 0,表明镁-钙羟基磷灰石吸附Pb~(2+)的过程是自发的吸热、熵增的过程,升温有利于吸附;吸附过程符合伪二级动力学方程,Langmuir吸附模型能更好地描述等温吸附行为;材料表征与吸附实验分析表明,表面络合与溶解-沉淀是镁-钙羟基磷灰石去除Pb~(2+)的主要机制.     

凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr（Ⅵ）吸附动力学和热力学的研究

以壳聚糖为生物质碳源,采用一步水热碳化法对凹凸棒石表面进行有机修饰,并采用扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、元素分析(EA)、X光电子能谱(XPS)、Zeta电势分析、热重分析(TGA)等对改性凹凸棒石进行表征分析.同时,通过静态吸附实验,研究了改性凹凸棒石对Cr(Ⅵ)吸附去除的性能,考察了温度对吸附性能的影响,探讨了吸附动力学和热力学规律.结果表明,改性凹凸棒石表面富含含氧基团和氨基等活性基团;对总铬的吸附行为符合准二级动力学方程;表观吸附活化能为13.4 k J·mol~(-1),表明既有静电吸附,也有配位吸附,且以静电吸附为主;对总铬的吸附等温线符合Langmuir方程.在温度为298、308、318和328 K时,最大吸附量分别为203.3、232.6、267.4和322.6 mg·g~(-1),说明改性凹凸棒石是一种新型环保高性能的除铬材料.在研究的温度范围内,ΔH~0为19.8 k J·mol~(-1),ΔG~0为-19.5~-23.7 k J·mol~(-1),ΔS~0为72.1~131.8 J·mol~(-1)·K~(-1),表明该吸附是一吸热的、自发的、熵增过程.     

层状金属硫属化物对水中锌的离子交换性能研究

通过水热反应制备的层状金属硫属化物K1.9Mn0.95Sn2.02S6(KMS),对水中Zn2+具有良好的吸附性能.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和能谱仪(EDS)等手段表征了KMS吸附前后的结构、化学组成和微观形貌.Zn2+与K+发生离子交换后,会与硫产生共价键作用而被吸附,材料的层间距由0.851 nm变为1.123 nm.化学吸附导致吸附后的KMS表面会变得粗糙.考察了p H、反应时间、初始浓度、反应温度和共存离子等因素对KMS吸附Zn2+的影响.在p H=3~6之间,溶液的p H对吸附量没有明显影响.在不同温度下,动力学数据符合准二级动力学模型,而且速率控制步骤主要由液膜扩散控制.吸附过程的活化能为40.24 k J·mol-1.在10℃、25℃和40℃下,KMS对Zn2+的最大吸附量分别是:111.67 mg·g-1、142.91 mg·g-1和161.02 mg·g-1.Langmuir等温吸附模型可以用来描述吸附平衡过程.碱金属和碱土金属离子对Zn2+去除率的影响较小,影响顺序是Ca2+Mg2+Na+,而重金属离子对Zn2+的去除影响较大,影响顺序是Cd2+Pb2+Cu2+Ni2+.离子交换后的KMS不会再释放出Zn2+,可以作为一种永久储存重金属的废弃物.     

不同热解及来源生物炭对西北黄土吸附敌草隆的影响

以西北黄土为研究对象,采用批量法研究不同温度下制得的生物炭对西北黄土吸附敌草隆的影响.结果表明,敌草隆在添加不同质生物炭黄土上的动力学吸附过程较好地符合准二级吸附动力学模型,且吸附过程主要分为快吸附(0~8 h)和慢吸附(8~12 h)两个阶段,在12 h左右达到平衡;热力学较好地符合Freundlich等温吸附模型;添加生物炭的黄土对敌草隆的吸附量随着温度的升高而增大,且吸附过程中ΔG~θ小于0,ΔH~θ和ΔS~θ大于0;不加生物炭的黄土对敌草隆吸附量则随着温度的升高而降低,且吸附过程中ΔG~θ和ΔH~θ小于0,ΔS~θ大于0;在体系温度范围内,E(吸附平均自由能)为1.29~5.00 k J·mol-1,表明无论是否添加生物炭,黄土对敌草隆的吸附都以物理吸附为主.其影响因素分析结果显示,随着生物炭热解温度的升高,溶液中敌草隆的平衡浓度降低,平衡吸附量增大;添加生物炭的黄土对敌草隆吸附量在0.5~6 mg·L-1浓度范围内快速上升,之后吸附量随初始浓度的升高缓慢增加并逐渐趋于平衡;溶液pH对黄土吸附敌草隆有一定影响,但影响不大.     

高炉水淬渣吸附Zn~(2+)的平衡与动力学研究

研究了Zn~(2+)在高炉水淬渣(WBFS)上的吸附情况,并用电镜扫描(SEM)、电感耦合等离子体质谱分析仪(ICP)及X射线衍射仪(XRD)等对高炉水淬渣的理化性质进行了表征.通过批量平衡实验,从动力学和热力学角度探讨了Zn~(2+)在高炉水淬渣上的吸附作用机理.结果表明:吸附等温线能较好地用Langmiur模型来描述,分离因子RL值介于0~1之间,属于优惠吸附.ΔH和ΔS值分别为52.45 k J·mol~(-1)和167.52J·mol~(-1)·K~(-1),表明Zn~(2+)在高炉水淬渣上的吸附是吸热过程,并且吸附过程增加了系统的混乱度,而ΔG值仅仅在温度高于318 K后才为负值,说明高炉水淬渣对Zn~(2+)吸附的自发性与温度成正比.吸附动力学很好地符合伪二级动力学模型,以化学吸附为主.高炉水淬渣重金属浸出浓度低,环境安全性能优良,可以作为一种较为理想的吸附剂.     

D301R树脂对铬(Ⅵ)的吸附性能研究

在pH=2.63的HAc-NaAc体系中,D301R树脂对Cr(Ⅵ)有较好的吸附性。树脂的静态饱和吸附容量为206mg/g。用 5％NH4CI和10％NH3·H2O的混合液能定量洗脱,测得吸附速率常数k298=2.52×10~(-4)/s。吸附过程遵守Freundlich等温式。298K 时测得吸附热力学参数△H=3.33kJ/mol、△G=-6.96kJ/mol、△S=34.5J/(mol·K)。树脂功能基与Cr(Ⅵ)的配位比为1:1。     

纳米零价铁铜双金属对铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的还原动力学

采用液相还原法制备纳米零价铁铜双金属(n ZVI/Cu),通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行形貌观测和表征分析,用制备的n ZVI/Cu修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,研究了不同反应条件对修复效果的影响,探讨了还原动力学规律.结果表明,n ZVI/Cu对土壤中的Cr(Ⅵ)有很好的降解效果,反应初始p H为7,温度为30℃时,加入2 g·L~(-1)的n ZVI/Cu材料,在10 min内Cr(Ⅵ)含量为88 mg·kg~(-1)的污染土壤中的Cr(Ⅵ)去除率可以达到99%以上.改变n ZVI/Cu加入量、p H值、反应温度以及添加腐殖酸都会对Cr(Ⅵ)的去除效果产生影响.改变p H值和反应温度对去除土壤中Cr(Ⅵ)的影响都比较明显,p H值越小,反应温度越高Cr(Ⅵ)的去除效果越好,添加腐殖酸对去除土壤中的Cr(Ⅵ)有一定的影响.n ZVI/Cu降解Cr(Ⅵ)的过程符合伪一级还原动力学模型,还原速率与反应温度的关系符合阿仑尼乌斯(Arrhenius)定律,反应活化能Ea为104.26 k J·mol~(-1).     

镍铁氧体@活性炭复合材料去除六价铬的表征、性能及机制

采用化学共沉淀法将镍铁氧体(NiFe₂O₄)负载到活性炭,制备出一种磁性吸附剂镍铁氧体@活性炭(NiFe₂O₄@AC),并将其用于吸附废水中的Cr(Ⅵ).研究了吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的影响因素、吸附动力学和吸附等温线.结果表明,在温度为25℃、 pH为2、 Cr(Ⅵ)初始浓度为150 mg·L^-1、活性炭投加量为0.1 g、吸附时间为720 min时,NiFe₂O₄@AC吸附Cr(Ⅵ)的去除率达到96.92%,吸附量达到72.62 mg·g^-1.实验数据符合准二级动力学和Langmuir模型,表明其吸附过程是一个单层的化学吸附过程.热力学研究证实,温度升高有利于Cr(Ⅵ)在NiFe₂O₄@AC上的吸附,该吸附过程是自发和吸热反应.NiFe₂O₄@AC吸附机制主要是通过络合作用和静电吸引来吸附Cr(Ⅵ),同时,外加磁场可从溶液中分...     

大肠杆菌对铬(Ⅵ)的吸附研究

以常见重金属铬(Ⅵ)为目标污染物,通过大肠杆菌与含铬废水在不同环境条件下接触反应,研究大肠杆菌对铬(Ⅵ)的吸附规律,并探讨大肠杆菌吸附铬的影响因素、吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学。结果表明大肠杆菌吸附铬的过程同时受初始铬(Ⅵ)浓度、温度、p H和菌浓度的影响。动力学模拟的吸附过程符合准二级动力学模型;等温线模拟的吸附过程符合Langmuir吸附模型,属于单层吸附,同时包含了物理吸附和化学吸附;大肠杆菌吸附铬的活化能Ea=13.93 k J/mol,热力学研究表明吸附过程较容易发生,为吸热过程。