凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能

采用低温回流法制备凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料,利用比表面积(BET)、磁滞回线、红外光谱(FTIR)等手段对磁性复合材料进行表征,并研究磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能,利用吸附前后FTIR和光电子能谱(XPS)对其吸附机理进行初步探讨。结果表明,磁性复合材料的比表面积为175.85 m~2·g~(-1),略大于凹凸棒石;饱和磁化强度为14emu·g~(-1),易于磁分离。pH在2~12范围内,吸附量随pH值的增大而减小。Freundlich等温吸附模型能较好描述吸附实验结果。ΔG为-15.19~-14.28 k J·mol~(-1),ΔH为-19.15 k J·mol~(-1),ΔS为-13.96~-14.20 J·(mol·K)~(-1),说明该吸附是自发、放热的,低温有利于吸附;动力学实验表明吸附行为符合准二级动力学。由吸附前后的FTIR可知凹凸棒石/CoFe_2O_4中羟基参与Cr(Ⅵ)吸附过程;XPS分析可知吸附过程包含Cl~-与铬酸根的离子交换和Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的反应。     

硫化锰纳米颗粒高效去除重金属镉

中国镉污染问题日益严峻,开发高效的镉吸附剂,是解决环境镉污染问题的重要技术手段。采用共沉淀方法合成了硫化锰纳米颗粒,研究了其对重金属镉的吸附行为,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、比表面积(BET)等技术手段探究了硫化锰纳米颗粒的形貌、化学组分以及镉的去除机制。结果表明,MnS纳米颗粒呈球状,平均粒径100 nm,比表面积30.56 m~2·g~(-1)。MnS纳米颗粒对Cd~(2+)的吸附动力学数据较好地符合伪二级动力学模型;吸附等温线数据较好地符合Langmuir模型,说明MnS对Cd2+的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附。使用Langmuir拟合的MnS饱和最大镉吸附量为349.6 mg·g~(-1),在众多镉吸附材料中处于前列。对于模拟工厂重金属废水的处理,MnS纳米颗粒可以在5 h内使镉的浓度由60 mg·L~(-1)降至国家规定排放线以下(0.1 mg·L~(-1)),且吸附过程中水体pH稳定,对水体干扰小。在多种重金属离子共存的情况下,仍可以达到接近100%的Cd~(2+)去除率。硫化锰相对稳定,在空气中放置30 d仍有80%的镉去除率。较高的离子交换量形成CdS沉淀是MnS高效去除镉的主要原因。     

秸秆基Li/Al层状双金属氢氧化物纳米复合吸附剂的制备及其除磷性能研究

将纳米Li/Al层状双金属氢氧化物(LDH)负载到改性小麦秸秆上制得秸秆基Li/Al LDH纳米复合吸附剂(简称复合吸附剂),并通过一系列单因素吸附试验对其除磷性能进行评价。结果表明:升高温度有利于该吸附剂的吸附;最佳吸附pH约为4;动力学实验表明,100min时吸附过程即可达到平衡;以NO_3~-、Cl-、SO_4~(2-)作为共存离子,3者对于复合吸附剂除磷的影响程度为SO_4~(2-)Cl-NO_3~-,且共存离子浓度较高时复合吸附剂对磷仍有较好的吸附选择性;脱附再生实验表明,使用5mol/L NaOH和0.01mol/L NaCl的混合溶液可达到较好的脱附效果。     

QA-MCM-41吸附剂脱氮除磷性能

低浓度氮和磷在污水处理中较难去除,排放至水体会造成水体富营养化。以长碳链季铵为功能基团,将其接枝到自制备的介孔材料MCM-41上,成功制得一种吸附容量大且易再生的脱氮除磷吸附剂(QA-MCM-41)。采用SEM、XRD、BET等方法表征了QA-MCM-41微观形貌;研究了氮磷初始浓度、吸附时间及共存离子对QA-MCM-41吸附氮磷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型、ATR-IR以及XPS等分析手段探究了吸附反应机理。实验结果表明,QA-MCM-41对氮磷的饱和吸附量分别为20.83 mg·g~(-1)和17.67 mg·g~(-1),SO_4~(2-)对QA-MCM-41吸附氮磷的效果并未产生显著影响,吸附剂容易再生且重复利用性能较好。吸附动力学模拟及ATR-IR、XPS分析表明,QA-MCM-41对氮磷的吸附均符合以化学吸附为主导的准二级动力学方程,吸附作用主要依靠离子交换。     

锆改性铝氧化物对水中磷的吸附特性

采用共沉淀法制备锆改性铝氧化物。在研究其对水中磷吸附特性的基础上,结合SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS等表征手段,分析吸附剂的结构组成以及反应前后的表面基团变化,探讨吸附除磷的机理。结果表明:Power动力学模型和Langmuir等温线模型可以很好地描述锆改性铝氧化物对磷的吸附特征;在投加量为0.3 g·L~(-1)、溶液pH为7时,磷的饱和吸附量为76.63 mg·g~(-1);pH=4~6时,吸附剂除磷效果较好,在偏碱性环境下,磷吸附量明显降低;Cl~-和SiO_3~(2-)对磷的吸附有较强的抑制作用,且干扰效果随着阴离子浓度的升高而加强。通过材料表征结果可知,吸附剂呈无定型结构,表面含有丰富的羟基。该吸附剂的除磷机制主要为表面络合和离子交换作用。     

改性谷壳生物炭负载磁性Fe去除废水中Pb~(2+)的效果及机制

将谷売生物炭用酸改性后负载磁性Fe_3O_4,得到一种新的吸附材料(BC~Fe)。通过单因素吸附实验,研究了时间、pH、添加量、浓度以及温度等参数对BCTe吸附废水中Pb~(2+)的影响,并对其进行比表面积及傅里叶红外光谱分析,探讨该磁性生物炭对Pb~(2+)的吸附机理。结果表明对Pb~(2+)的吸附能在2 h内基本达到平衡。在Pb~(2+)溶液初始浓度为100mg·L~(-1),pH=5.0温度为25℃,分別添加0.1g和0.15 g的BC-Fe于50 mL Pb~(2+)溶液中,单位质量的BC-Fe对溶液中Pb~(2+)的吸附量分别为40.6 mg·g~(-1)和33.2 mg·g~(-1)去除率分别为81.3%和99.9%。该吸附过程符合拟二级动力学模型,理论平衡吸附量为43.9 mg·g~(-1)。用Langmuir等温吸附方程能够很好地描述其吸附行为;热力学研究表明对Pb~(2+)的吸附过程是自发的吸热过程。     

松果活性炭对有机染料的吸附

以松果为原料,利用ZnCl2活化法和FeCl3改性剂进行活性炭的制备和改性,测定了松果活性炭的比表面积,并研究其对甲基橙染料的吸附性能。结果表明:改性后的松果活性炭比表面积达到681 m2·g~(-1),并以中孔为主,有利于大分子有机染料的吸附;当松果活性炭的投加量为0.3 g·L~(-1)、吸附30 min、甲基橙初始浓度100 mg·L~(-1)、pH=7以及25℃温度条件下,吸附效果最佳,甲基橙去除率高达99.41%;Langmuir模型比Freundlich模型能更好地描述甲基橙染料的吸附行为,说明吸附以表面单层覆盖为主;吸附动力学符合Lagergren准二级动力学方程,R2大于0.999。可为松果的开发利用和制备低成本、高吸附性的吸附剂提供参考。     

活性炭的制备及其对苯酚的吸附

以红枣核为原料,Zn Cl2为活化剂制备了活性炭,研究了其对苯酚的吸附性能。采用低温氮气吸附脱附及FTIR等手段对活性炭的性能进行表征。结果表明:制备所得活性炭收率为42.1%,碘吸附值为1 086 mg·g~(-1),BET比表面积达1 096 m2·g~(-1),总孔容为0.603 cm3·g~(-1),平均孔径为2.200 nm,活性炭表面具有羟基、羧基等活性基团。通过Langmuir、Freundlich、Redlich-Peterson、Toth和Temkin等吸附等温模型对数据进行拟合,表明Redlich-Peterson和Toth 3参数模型能较好地描述苯酚在活性炭上的吸附平衡。动力学研究表明枣核基活性炭对苯酚的吸附过程符合二级吸附动力学方程。     

HKUST-1晶格空位的构建及对偶氮染料吸附的影响

采用1,3-苯二甲酸与1,3,5-苯三甲酸不同摩尔比例的混合配体策略,制备了4类具有晶格空位的Cu基金属有机框架化合物HKUST-1,并研究了其对刚果红和亚甲基蓝的吸附性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、BET比表面积测定仪、热重分析仪(TGA)进行表征,证实了HKUST-1晶格空位的框架结构与稳定性,晶格空位HKUST-1的BET表面积和总孔容(1 220 m~2·g~(-1)和0.62 cm3·g~(-1))均大于初始HKUST-1(698 m~2·g~(-1)和0.40 cm~3·g~(-1))。吸附实验表明,由于尺寸排阻效应,晶格空位HKUST-1的构建增加了与刚果红的结合能力,且与亚甲基蓝相比,晶格空位HKUST-1对刚果红具有更高的吸附选择性。随着有机配体1,3-苯二甲酸与1,3,5-苯三甲酸的摩尔比例(0:1,1:1,2:1,3:1)的增加,晶格空位HKUST-1对刚果红的吸附去除效果随之增加,室温、pH 6.0条件下,Langmuir吸附量增加了1.53倍,Langmuir最大吸附量为528.03 mg·g~(-1),吸附过程符合准二级动力学和Langmuir吸附等温线模型。     

废旧碱性电池-活性污泥炭的制备及对废水中Cd~(2+)的吸附

以污水厂污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧碱性电池电极材料,采用ZnCl_2活化法制备出废旧碱性电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDX、XRD和Zeta电位,并进行污泥炭Cd~(2+)吸附实验。结果表明,电池材料掺杂量为25%时,改性污泥炭吸附性能最优,碘吸附值和比表面积分别达到543.0 mg·g~(-1)和426.5 m~2·g~(-1),中孔孔径集中在3~4 nm左右,Zeta电位为-16.30 m V;对比纯污泥炭,废电池-污泥炭吸附金属离子性能更优,Cd~(2+)吸附量增加了近60%,而ZnCl_2活化剂用量减少了40%;回归分析发现,准二级动力学和Langmuir等温方程式适用于描述废电池-污泥炭对Cd~(2+)的吸附行为。     

热解气活化的活性炭对水体中甲萘威的吸附性能

以生物质混合压缩颗粒为原料,在600~900℃活化温度下,循环利用热解气制备活性炭,考察热解气的活化作用及活性炭对农药甲萘威的吸附性能。结果表明:热解气具有明显的活化作用,经过活化的炭与热解炭相比孔结构更加发达,表面更加粗糙;活化温度对活性炭理化性质具有显著影响,随温度升高,活性炭芳香性升高,极性降低,含氧官能团逐渐减少,比表面积由239.00 m~2·g~(-1)增加到629.20 m~2·g~(-1),平均孔径由5.438 nm减小至3.005 nm;Freundlich模型能够很好地拟合活性炭对甲萘威的吸附等温线,随活化温度升高,活性炭吸附能力增大;吸附动力学更符合伪二级反应动力学模型,60 h内基本实现吸附平衡;当活化温度为800℃,单位原料对甲萘威的吸附量最大。     

活性炭和沸石分子筛处理非稳定排放VOCs气体的性能比较

通过对活性炭和沸石分子筛的表征和动态吸附/脱附实验,探索2类吸附材料固定床工艺用于非连续、非稳定类型的大风量、低浓度挥发性有机物(VOCs)排放控制的应用前景。结果表明:沸石分子筛孔径分布较为集中,约在0.8 nm,比表面积为393.76 m~2·g~(-1);活性炭孔径分布具有广谱性,微孔集中在1~2 nm之间,比表面积为1 026.71 m~2·g~(-1)。活性炭对二甲苯的平衡吸附量总体高于沸石分子筛,其平衡吸附容量随气相平衡浓度和温度的波动要大于沸石分子筛。动态吸附穿透实验结果显示沸石分子筛单位传质区长度的平均传质速率是活性炭的约1.42~1.66倍。相同吸附和脱附温度条件下,活性炭的工作容量要大于沸石分子筛。沸石分子筛在210℃时基本脱附彻底,且可得到48倍以上的浓缩脱附气体。50次的吸附、脱附重复实验对沸石分子筛的性能影响不大。沸石分子筛作为吸附材料脱附单位质量的二甲苯所需能耗是活性炭的2.9~4.2倍。活性炭和沸石分子筛可采用不同的工艺方式应用于低浓度、大风量、非稳定排放的VOCs气体的净化。     

3种人工湿地基质对邻苯二甲酸二丁酯的吸附特性

通过湿地基质对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的吸附动力学和等温吸附实验,对比天然土壤、沸石、陶粒对DBP的吸附特性,作为人工湿地处理含DBP废水的理论依据。结果表明,DBP浓度在30~1000μg·~(-1)时,Freundlich比Langmuir模型更好地模拟出各湿地基质对DBP的吸附特征。3种基质对DBP的饱和吸附量大小:土壤(0.0655 mg·g~(-1))沸石(0.016 4 mg·g~(-1)陶粒(0.013 7 mg·g~(-1)。3种基质对DBP的缓冲能力大小依次为土壤陶粒沸石,即当人工湿地进水的DBP浓度变化较大时土壤可以很好地维持出水水质,土壤很适合作为处理含DBP废水的人工湿地基质。DBP浓度为600μg·L~(-1)时,双常数模型能很好地拟合3种基质对DBP的吸附动力学特征。     

酒糟生物炭负载铝对饮用水中氟的去除

以酒糟生物碳为原料,采用负载Al(OH)_3改性制得生物吸附剂(CDGB)。通过静态吸附实验研究吸附剂用量、初始浓度、吸附时间、pH值和共存离子对CDGB吸附氟能力的影响。结果表明:CDGB具有非常宽的最适pH值范围,在pH值为5.0~9.0范围内CDGB均能有效地去除饮用水中的氟离子;并且在氟初始浓度为10 mg·L~(-1),吸附时间40 min,CDGB的添加量为2 g·L~(-1)时氟的去除率可达90%以上,且吸附后水中氟离子含量低于1 mg·L~(-1),符合国家饮用水标准;溶液中常见的共存离子(硝酸根、氯离子和硫酸根)对吸附剂吸附没有显著影响;CDGB对氟离子吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和伪二级吸附动力学模型,理论饱和吸附容量为18.05 mg·g~(-1)。     

3种表面修饰活性炭对水体中磷的吸附

为克服活性炭磷吸附能力有限的问题,使用ZnCl_2、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和Fe/Al(氢)氧化物纳米颗粒分别研究了物理结构法、表面活性剂法和载体法3种表面修饰方法对活性炭磷吸附能力的影响。实验发现,载体法为3种方法中最好的修饰方法。对载体法制备吸附剂的材料用量的比较发现,在Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)摩尔比为9:1的条件下,把1.5 g活性炭加入到总浓度为1 mol·L~(-1)的200 m L Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)混合溶液中,形成的纳米Fe/Al(氢)氧化物能够较好地利用活性炭表面,该复合材料1.5AC-Fe/Al在磷平衡浓度约为50 mg·L~(-1)时吸附量达到29.3 mg·g~(-1)。该材料表征结果表明,纳米Fe/Al(氢)氧化物颗粒被成功负载在活性炭表面。在酸性条件下,复合材料表面的—H~+和—OH_2~+所引起的静电吸附和配位交换是促进吸附带负电磷酸根离子的原因。     

盐酸改性松针生物炭对磺胺甲(噁)唑的吸附性能

以松针为原料,使用盐酸活化制备获得松针生物炭(PBC),将其用于吸附去除水体中的磺胺甲噁唑(SMX)。分别考察了投加量、pH、吸附时间、阴离子浓度等因素对PBC吸附性能的影响,采用吸附动力学模型和吸附等温模型对吸附过程进行了拟合分析。FT-IR、SEM和BET表征结果证明,经盐酸活化后的松针生物炭表面疏松多孔,含有羧基和羟基等含氧官能团。吸附实验结果表明:当PBC投加量为0.4 g·L~(-1)时,吸附60 min后SMX去除率可达97.1%;当pH为4.0～8.0时,随着pH升高,PBC对SMX的去除率下降;CO_3~(2-)和HCO_3~-对吸附反应起抑制作用,CO_3~(2-)抑制作用更强,SO_4~(2-)对吸附过程影响较小;PBC对SMX的吸附可用准二级动力学方程来描述,与Freundlich等温方程式拟合度更好(R~20.98);热力学数据表明PBC对SMX的吸附过程是自发的吸热反应;5次实验后PBC对SMX的去除率仍在40%以上。考虑到PBC吸附效果好,可重复利用,说明PBC具有良好的应用前景,研究可为水污染治理的应用提供参考。     

纳米零价铁改性氨基生物炭的制备及对Cd(Ⅱ)的吸附和解吸特性

通过化学负载方法成功制得纳米零价铁改性氨基生物炭复合材料(ABC/NZVI),对其进行表征和研究了其对重金属Cd(Ⅱ)的吸附和解吸特性。结果表明,改性后,ABC/NZVI具有氨基官能团并且表面负载了纳米零价铁,比表面积为244 m~2·g~(-1),在水溶液中稳定悬浮的平均粒径是845 nm。ABC/NZVI对Cd(Ⅱ)的吸附大约在457 min内即可达到吸附平衡,吸附动力学可用伪二级动力学模型较好地拟合(R~2≥0.990);对Cd(Ⅱ)表现出优良的吸附性能,饱和吸附容量为12.4 mg·g~(-1),吸附/解吸等温线均呈现出明显的非线性,可用Langmuir模型较好地拟合(R~2≥0.960),而且出现明显的解吸滞后现象,滞后系数(HI)为0.536。因此,ABC/NZVI对Cd(Ⅱ)的吸附可能为单分子层的化学吸附,主要的吸附机理可能涉及配合和沉淀两种作用。     

改性沸石对水中微量汞的吸附性能

为了更好的去除水体中微量汞,研究了采用二氧化锰和壳聚糖对天然斜发沸石进行改性,着重考察了pH、温度、离子强度、Hg~(2+)初始浓度和时间对改性前后沸石吸附Hg~(2+)的影响,并研究了其吸附机理。结果表明,改性沸石受pH、温度和离子强度影响较小,在pH、温度、离子强度和初始浓度为6、25℃、0.05 mol·L~(-1)和50μg·L~(-1)时,二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)对Hg~(2+)的去除率高达99%,符合国家饮用水标准,并且二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)具有更好的解吸再生性。3种沸石均较好的符合Langmuir等温吸附模型和假二级动力学模型,其中改性沸石对汞的吸附主要为离子交换和表面官能团的络合作用,二氧化锰+壳聚糖改性沸石(ZCM)和壳聚糖改性沸石(ZC)饱和吸附量由1.43 mg·g~(-1)提高到5和3.3 mg·g~(-1),吸附平衡时间由10 h减少至1和4 h,为治理汞微污染地表水提供一定的理论支持。     

铁锰改性铜绿微囊藻对锑的吸附性能

利用生物质吸附去除水中重金属离子具有制备简单、成本低廉、环境影响小等优点,通过高锰酸钾-硫酸亚铁处理过程对铜绿微囊藻改性,制备了能够高效吸附水中锑(Sb)的铁锰改性藻粉复合材料。扫描电镜和X射线光电子能谱分析表明,改性藻粉中存在大量铁锰氧化物颗粒,铁锰的主要存在形式为Fe_2O_3和MnO_2。改性后的复合藻粉对Sb(Ⅲ)的吸附量从3.06 mg·g~(-1)增加到35.30 mg·g~(-1),对Sb(Ⅴ)的吸附量从3.07 mg·g~(-1)增加到4.37 mg·g~(-1),并且改性后的复合藻粉到达吸附平衡的时间更短。Langmuir模型可以很好地描述Sb在复合藻粉上的吸附行为,Elovich模型对藻粉吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附过程拟合较好(R~2=0.957,0.943),而复合藻粉更适用准二级动力学模型(R2=0.953,0.961)。Sb(Ⅲ)主要通过氧化和吸附作用被去除,而Sb(Ⅴ)在复合藻粉表面形成表面络合物后被吸附。共存阴离子(SO_4~(2-)、CO_3~(2-)、PO_4~(3-))的存在对复合藻粉吸附Sb(Ⅲ)几乎没有影响,但是共存阴离子浓度越高,对Sb(Ⅴ)的吸附抑制越明显。     

钛(Ⅳ)和铝(Ⅲ)改性沸石去除水溶液中过量氟离子

制备了负载铝沸石(Al-Z)和负载钛沸石(Ti-Z)复合材料并测试了2种吸附材料对氟离子的吸附性能。未改性的人造沸石对氟离子几乎没有吸附作用,室温下2 g·L~(-1)的Al-Z和4 g·L~(-1)的Ti-Z的最大吸附量分别为32.94 mg·g~(-1)和15.03 mg·g~(-1)。在偏酸性和中性条件下有利于Al-Z对氟离子的吸附;Ti-Z对氟离子的吸附效果在酸性条件下较好;Zeta电位结果表明Al-Z对氟离子的吸附较Ti-Z有更广泛的pH适应能力;Al-Z和Ti-Z受CO2-3和PO3-4共存离子的影响对氟离子的去除率下降,且Ti-Z受影响程度更大,这是因为CO2-3和PO3-4的存在会改变溶液的pH值,使溶液呈碱性,从而影响吸附剂对氟离子的吸附效果;准二级动力学模型和Freundlich等温线方程符合描述这两种改性沸石对氟离子的吸附行为。与Ti-Z相比,Al-Z在吸附剂用量、氟离子吸附量、对pH与共存阴离子的适应性方面表现更好,是一种非常具有应用前景的氟离子吸附剂。