磁性介孔碳的制备及对水体中染料的吸附去除

以介孔氧化硅SBA-15为硬模板,采用三氯化铁与蔗糖同步浇筑法制备磁性介孔碳材料.扫描电镜、透射电镜、比表面积和振动磁强计等分析表明,该材料具有有序的介孔孔道和较好的磁分离性能.考察其对亚甲基蓝(MB)和日落黄(SY)的吸附性能,结果发现溶液的pH对吸附两种染料有显著的影响,阳离子染料亚甲基蓝随着溶液pH的增大吸附量显著升高,而阴离子染料日落黄则相反.由Langmuir吸附等温模型拟合出亚甲基蓝、日落黄的最大吸附容量分别为473.9 mg·g~(-1)和434.8 mg·g~(-1).该磁性介孔材料在染料污染物的去除方面具有较好的应用潜力.     

贻贝仿生三维石墨烯制备及对亚甲基蓝的吸附

受海洋生物贻贝的启发,利用多巴胺(DA)自聚合作用将氧化石墨烯自组装成三维(3D)石墨烯材料,并对亚甲基蓝(MB)的吸附行为进行研究.结果显示,3D石墨烯材料具有多孔网络结构,孔径约为0.5μm到几十μm,对MB具有良好的吸附性能,最大吸附量为752 mg·g-1,对MB分子是单分子层吸附,吸附行为符合Langmuir等温吸附和准二级反应动力学方程.通过颗粒内扩散模型对其吸附的扩散机理进行研究,发现吸附初期为外表面扩散吸附,后期为孔道缓慢扩散过程.3D石墨烯对MB吸附具有较好的可再生能力,经过5次的吸附-脱附实验,对MB的去除效率降低20.9%.通过考察其对实际水样中MB的吸附效果,3D石墨烯材料表现出较好的实际应用能力,去除效率均在89%以上.     

镧-四氧化三铁-沸石复合材料制备及去除水中磷酸盐和铵

采用La3+、Fe~(2+)、Fe3+和粉末状天然沸石制备了一种镧-Fe_3O_4-沸石复合材料,通过批量吸附实验考察了该复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附作用.结果表明,镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的单位吸附量随吸附剂投加量的增加而降低,对磷酸盐和铵的去除率随吸附剂投加量的增加而增加.当溶液pH值由6逐渐增加到11时,镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附能力逐渐下降.镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Redushkevich(D-R)等温吸附模型加以拟合,对铵的吸附平衡数据可以采用Langmuir和D-R等温吸附模型加以拟合.根据Langmuir模型计算得到的镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的最大单位吸附量分别为12.9 mg·g~(-1)(以磷计)和6.99 mg·g~(-1)(以铵计).镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程可以采用准二级动力学方程加以描述.升高反应温度增强了镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附.溶液存在的氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子对镧-Fe_3O_4-沸石复合材料吸附磷无负面影响.溶液存在的钾离子对镧-Fe_3O_4-沸石复合材料吸附铵的负面影响最大,其次为钠离子,钙离子的负面影响最小.1 mol·L~(-1)NaOH溶液可以使50%左右吸附到吸附剂上的磷酸盐解吸下来.1 mol·L~(-1)NaCl溶液可以使98%左右吸附到吸附剂上的铵解吸下来.当溶液pH值为7时,镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对磷酸盐的吸附机制主要是配位体交换作用.镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对铵的吸附机制主要是阳离子交换作用.     

水滑石及其焙烧产物对阴离子染料酸性蓝-80的吸附

研究了水滑石(HT)及其焙烧产物(HTC)对阴离子染料酸性蓝-80的吸附特征.结果表明,在常见染料废水浓度范围内,HTC的吸附量和吸附速率都明显大于HT,HTC的吸附等温线和动力学分别符合Langmuir等温方程和粒间扩散模型.HTC对阴离子染料的去除受无机阴离子(Cl-, SO2-4 和CO2-3)的影响较小,阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的存在能明显降低酸性蓝-80的吸附量.吸附量随温度的升高明显下降.     

二氧化钛改性油页岩渣对水溶液中亚甲基蓝和六价铬的吸附

以油页岩渣及其二氧化钛改性材料为吸附剂,探究它们去除水溶液中亚甲基蓝和六价铬的能力.通过实验,控制溶液的pH值、温度、初始浓度和接触时间,观察吸附效果变化特征,研究其动力学和热力学性能.实验表明,改性油页岩渣吸附亚甲基蓝和六价铬的吸附率是未改性的2—3倍,且改性油页岩渣对亚甲基蓝的吸附率可达97%,对六价铬的吸附率不到25%.吸附亚甲基蓝时,pH值越大,吸附效果越好;而吸附六价铬时,最适pH值为4.改性油页岩渣吸附亚甲基蓝实验符合准二阶动力学方程,计算得反应活化能为13.29 kJ.mol-1,表明此过程主要是物理吸附.在热力学方面,由范特霍夫方程计算得ΔG〈0、ΔH〉0,表明此过程自发吸热,可见此过程还伴有化学吸附.Langmuir和Freundlich等温模型拟合结果表明,Langmuir模型数据拟合甚佳,R2=0.9999,说明改性油页岩渣吸附亚甲基蓝是单分子层吸附.二氧化钛改性油页岩渣经7次回收利用后,对亚甲基蓝的吸附效果仅减少约1.5%.     

改性碳纳米管原始样品吸附亚甲基蓝的性能研究

利用直接制备的碳纳米管原始样品作为染料亚甲基蓝的吸附剂,采用次氯酸钠溶液对于碳纳米管原始样品进行表面修饰改性,改性处理后碳纳米管对亚甲基蓝吸附性较好,本工艺简单有效,所获得的吸附剂具有磁性,吸附过后用磁铁易于达到固液分离的效果.吸附性能结果表明:本吸附剂对水溶液中亚甲基蓝的吸附在60 min基本达到平衡,吸附过程符合准二级动力学模型(R2>0.99).改性后的磁性碳纳米管吸附亚甲基蓝的平衡吸附量qe与亚甲基蓝溶液的平衡浓度Ce的关系满足Langmuir(R2>0.99)、Freundlich(R2>0.91)以及Dubinin-Radushkevich(D-R)(R2>0.92)等温吸附模型.通过Langmuir模型计算可知改性磁性碳纳米管对亚甲基蓝的最大吸附容量为101.6 mg.g-1,由D-R模型计算结果可以推断,次氯酸钠改性后的磁性碳纳米管对水溶液中亚甲基蓝的吸附机理以化学吸附为主.     

亚甲基蓝在缺氧活性污泥上的吸附平衡和动力学

为了考察缺氧活性污泥对染料的吸附性能和吸附机理,以缺氧活性污泥作为吸附剂,亚甲基蓝作为吸附质进行等温吸附试验。结果表明:亚甲基蓝在缺氧活性污泥上的吸附遵循准二级速率方程,吸附方式为化学吸附;吸附行为符合Langmuir和Redlich-Peterson吸附等温式,为单分子层吸附,理论最大吸附量9.25 mg/g;亚甲基蓝分子在污泥颗粒内扩散动力学曲线存在线性部分,说明吸附过程存在污泥颗粒微孔内扩散效应。     

染料化合物在改性介孔TiO_2上的吸附

以聚乙烯醇-碘复合物修饰的介孔TiO2纳米材料为吸附剂,研究了介孔TiO2对亚甲基蓝、甲基橙、茜素红和二甲酚橙染料化合物的吸附作用.考察了4种染料初始浓度和初始pH值对吸附的影响.实验结果表明,染料化合物的结构和性质影响介孔TiO2对它们的吸附平衡时间和吸附量.二甲酚橙、甲基橙、茜素红和亚甲基蓝有最佳吸附去除率的初始pH值分别为2.0、2.0、3.0和8.0;平衡吸附时间分别为100 min、10 min、100 min和60 min.介孔TiO2对亚甲基蓝、茜素红、二甲酚橙的饱和吸附量分别为80.32 mg·g-1、78.72 mg·g-1、71.64 mg·g-1,甲基橙的饱和吸附量超过200 mg·g-1.改性介孔TiO2对亚甲基蓝、茜素红、二甲酚橙的吸附符合二级动力学方程.     

甘氨酸改性TiO_2材料的合成及其对染料的吸附性能

本文以钛酸异丙酯为钛源,以甘氨酸(gly)为改性材料,通过水解法在比较温和的条件下合成了二氧化钛(TiO_2-gly)吸附剂,同时以亚甲基蓝(MB)和酸性红G (ARG)两种染料为处理对象,考察了合成的TiO_2的吸附性能,并将之与P25材料进行对比.结果表明,经过甘氨酸改性的TiO_2吸附剂的比表面积大幅提升到354.2 m2·g~(-1);改性TiO_2对亚甲基蓝(100 mg·L-1)和酸性红G (100 mg·L-1)两种染料的吸附能力得到较大提高,最大吸附量分别为49.25 mg·g~(-1)和43.98 mg·g~(-1),远高于P25对二者的吸附容量(分别为28.24 mg·g~(-1)和16.40 mg·g~(-1)); P25的吸附主要受物理吸附作用控制,而改性TiO_2吸附剂20 min即可达到吸附平衡,并展现出准二级动力学和Langmuir吸附等温线特性,这表明吸附剂与染料分子之间主要为化学吸附.另外,通过吸附影响因素实验发现通过延长吸附时间、控制p H都能提高该吸附剂的吸附性能,而改性TiO_2-gly吸附剂经过5次再生循环实验后仍展现出较好的吸附性能.     

山茶籽粉吸附亚甲基蓝的性能研究

为研究山茶籽粉对亚甲基蓝的吸附行为,对不同温度下(298、303、308、313、318K)的吸附数据分别用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevish模式进行拟合,用伪一级动力学方程和伪二级动力学方程描述山茶籽粉对亚甲基蓝的吸附动力学过程,并计算了Gibbs自由能变(ΔGθ)、焓变(ΔHθ)和熵变(ΔSθ)等热力学函数.结果表明,山茶籽粉对亚甲基蓝的吸附能力随着温度的升高而降低;Langmuir方程更适合描述其吸附行为.Gibbs自由能变(ΔGθ)、焓变("Hθ)和熵变(ΔSθ)均小于零,说明此吸附过程是自发进行的、放热的、趋于有序的吸附过程.伪二级动力学方程更适用于描述山茶籽粉对亚甲基蓝的吸附动力学过程.     

双孔介孔碳的合成及其对亚甲基蓝的吸附

以三嵌段共聚物F108为模板剂,苯酚/甲醛为碳源,在中性条件下制备了平均孔径为3.14 nm,最可几孔径分布为3 nm和8 nm,BET比表面积为1541 m2·g-1,孔容为1.01 cm3·g-1的双孔分布介孔碳.通过静态实验法测定了介孔碳对亚甲基蓝的吸附特性,分析了初始浓度、溶液p H、温度对吸附量的影响,并从热力学及动力学角度探讨了介孔碳对亚甲基蓝的吸附机理.结果表明,溶液初始浓度、溶液p H以及温度对吸附量有较大的影响,介孔碳对亚甲基蓝的吸附随着初始浓度、p H、温度的上升而增大,吸附为吸热反应,提高温度有利于吸附的进行.实验制备的介孔碳对亚甲基蓝的最大吸附量为421 mg·g-1,相比于普通活性炭,双孔分布介孔碳对亚甲基蓝显示了更优的吸附性能.亚甲基蓝在介孔碳上的吸附行为符合Langmuir吸附等温线和Elovich动力学模型.计算得到的吸附吉布斯自由能(ΔG0)0,吸附标准焓变(ΔH0)70 k J·mol-1,说明亚甲基蓝在介孔碳上的吸附是自发进行的单分子层吸热反应,且化学反应在吸附过程中发挥了重要作用.     

聚多巴胺包覆磁性纳米材料吸附去除模拟废水中的铅离子

采用共沉淀法制备聚多巴胺包覆的磁性纳米材料(Fe_3O_4@PDA NPs),并利用透射电子显微镜(TEM)、X光电子能谱(XPS)、振动磁强计(VSM)等手段表征了磁性纳米材料的化学组成和物理形貌.考察了溶液p H值、吸附平衡时间、纳米材料投加量、共存离子及离子强度等对铅吸附的影响,确定最佳实验条件为吸附平衡时间1 h、pH 5.5、吸附剂投加量1.5 g·L~(-1).常见共存离子均不干扰铅的吸附去除.通过直线方程拟合,证实Fe_3O_4@PDA NPs对铅离子的吸附等温线符合Langmuir方程,为单分子层吸附,饱和吸附量约为20.68 mg·g~(-1).1.5 h内,Fe_3O_4@PDA NPs对自来水、模拟废水中铅的吸附去除效率可以达到97.2%以上,此结果表明Fe_3O_4@PDA NPs可以用于铅污染环境水样的净化处理中.     

芬顿试剂法制备磁性碳纳米管及其对亚甲基蓝的吸附性能

采用芬顿试剂法在碳纳米管纯化样品表面负载纳米磁性氧化铁颗粒,制备磁性碳纳米管杂化材料(MWCNTs/Fe2O3),该杂化材料具有较高的纳米氧化铁负载率(>50%)和优异的磁性能,制备过程中无需额外添加阳离子,不会对环境造成不利影响.将磁性碳纳米管杂化材料应用于染料废水处理中,结果发现MWCNTs/Fe2O3对亚甲基蓝染料吸附性能较好,吸附后用磁铁易于达到固液分离的效果.吸附性能研究表明,磁性碳纳米管对水溶液中亚甲基蓝的吸附在40 min内吸附容量迅速上升,其值达到最大平衡吸附容量的88%以上,60 min基本达到平衡,吸附过程符合准二级动力学模型(R2>0.999).磁性碳纳米管吸附亚甲基蓝的平衡吸附量qe与亚甲基蓝溶液的平衡浓度Ce的关系满足Langmuir(R2>0.999)、Freundlich(R2>0.97)以及Dubinin-Radushkevich(D-R)(R2>0.96)等温吸附模型.通过Langmuir模型计算可知磁性碳纳米管对亚甲基蓝的最大吸附容量为69.98 mg.g-1,吸附过程为有利吸附,由D-R模型计算结果可以推断MWCNTs/Fe2O3对水溶液中亚甲基蓝的吸附机制以化学吸附为主.     

铁氧磁体纳米颗粒去除水体中新型污染物双氯芬酸

本研究采用5种商用铁氧磁体纳米颗粒ZnFe_2O_4、NiFe_2O_4、CoFe_2O_4、MnFe_2O_4、CuFe_2O_4去除水体中的新型污染物双氯芬酸(DFC).研究结果表明,NiFe_2O_4和MnFe_2O_4纳米颗粒可以有效去除水体中的DFC.进一步考察了溶液pH、水体中共存阴离子、天然有机质等因素对NiFe_2O_4和MnFe_2O_4纳米颗粒去除效果的影响.结果表明,溶液pH(2—10)对此2种纳米颗粒去除水体中DFC的效果几乎无影响,而水体中共存阴离子(10mmol·L~(-1))和天然有机质(2—20mg·L~(-1))则使DFC的去除效果均有所降低.准一级动力学模型和准二级动力学模型均可很好地描述NiFe_2O_4纳米颗粒对水体中DFC的吸附过程,而MnFe_2O_4纳米颗粒对水体中DFC的吸附过程则由准二级动力学描述更优.等温吸附研究表明,Langmuir模型和Freundlich模型均能够描述NiFe_2O_4和MnFe_2O_4纳米颗粒对DFC的吸附过程,且随着DFC平衡浓度的增加,2种铁氧磁体对DFC的饱和吸附量均随之增加.     

膨润土基共聚复合物的制备及对亚甲基蓝的脱色性能

将乙酸乙烯酯、马来酸酐和丙烯酸作为功能性单体,在钠基膨润土分散体系中进行原位共聚反应,制备了一种膨润土基共聚复合物(P(MAVM)/NaB),采用FT-IR、XRD、SEM等手段对其结构进行了表征.结果表明,NaB与共聚物均匀复合,其中部分高分子链进入了膨润土层间,扩大了缝隙.将膨润土基共聚复合物用于染料亚甲基蓝(MB)的吸附,考察了影响膨润土基共聚复合物吸附亚甲基蓝的主要因素.结果表明:25℃,吸附剂用量为0.1 g.L-1,振荡5 min,MB初始浓度为20 mg.L-1的条件下,MB脱色率可达97.7%,吸附容量达195.46 mg.g-1.处理后水样的色度达到国家污水综合排放一级标准.同时研究了吸附机理,结果发现:吸附过程符合准二级动力学模型,MB通过电中和、氢键及范德华力作用被P(MAVM)/NaB吸附.     

锰铁氧体吸附及催化柠檬酸还原六价铬的过程及机理

本文探究了磁性纳米铁锰氧体(MnFe_2O_4)及其黏土矿物负载材料对六价铬(Cr(Ⅵ))的吸附作用,同时研究了锰铁氧体-柠檬酸溶液体系中,铁锰氧体催化柠檬酸还原Cr(Ⅵ)的机理.结果表明,MnFe_2O_4材料对Cr(Ⅵ)的吸附量随着吸附时间的增加而增加,在0—5 min内快速吸附并达到平衡,符合准二级动力学模型.伴随MnFe_2O_4负载量的增加,凹凸棒土负载铁锰氧体(ATP-Fe Mn)的吸附量大幅增加,ATP-FeMn14吸附量最大达到了29.2 mg·g~(-1),且吸附等温线均可用Langmuir方程或Freundlich方程拟合,属于单分子层吸附.MnFe_2O_4和负载ATP材料吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为3—4,ATP-FeMn14对六价铬的去除率最高,最佳投加量为5 g·L~(-1).在铁锰氧体-柠檬酸体系中,溶液pH值是影响Cr(Ⅵ)的去除效率的重要因素,当溶液pH值在4和5时,Cr(Ⅵ)的去除率(76.5%、66.2%)显著高于其他处理;4 mmol·L~(-1)柠檬酸的处理去除率(89.8%)显著高于其他浓度柠檬酸的处理去除率;而在相同体系中,MnFe_2O_4的处理去除率(89.8%)显著高于其他研究材料.本研究表明铁锰氧体不仅对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能,在与有机酸共存时,还可以催化有机酸还原Cr(Ⅵ),降低Cr(Ⅵ)的环境风险.     

磁性聚吡咯的合成及其快速去除水中硝酸盐

在四氧化三铁表面采用原位化学氧化合成了磁性聚吡咯(Ppy/Fe_3O_4)吸附剂,并用FTIR、XRD、TGA、XPS以及VSM等对材料进行表征.结果表明,聚吡咯成功包覆到Fe_3O_4表面,且具有超顺磁性.吸附实验结果表明,Ppy/Fe_3O_4对水中硝酸盐(NO_3~-)具有较好的吸附性能,在NO_3~-初始浓度为50 mg·L~(-1)条件下,当pH值为4.2时,温度为25℃下吸附剂对NO_3~-的吸附效果最佳,最佳吸附量为37.57 mg·g~(-1),阴离子的存在对NO_3~-吸附具有抑制作用.Ppy/Fe_3O_4对NO_3~-的吸附可以通过Langmuir模型很好地描述,吸附过程服从拟二级动力学,并且吸附速率随着NO_3~-初始浓度的增加而增加.磁性聚吡咯通过表面质子化氮与NO_3~-之间的静电作用而达到去除的目的.吸附饱和的吸附剂可以很好地进行磁性分离,并可以在0.01 mol·L~(-1)的NaCl溶液中进行脱附再生.     

棉花秸秆生物炭对水中硫酸根离子的吸附特性

以棉花秸秆生物炭(BCS)为吸附剂,研究了BCS的吸附动力学、热力学特性以及制备温度、投加量和溶液p H等因素对BCS吸附SO_4~(2-)的影响.结果表明,制备温度为500℃的BCS(BCS500)比300℃的BCS(BCS300)更有利于SO_4~(2-)的吸附去除;在20 m L溶液中,BCS500的投加量为0.1000 g时,对SO_4~(2-)的吸附去除最为理想,升高溶液p H值会减小BCS500对SO_4~(2-)的吸附量.动力学拟合表明准二级动力学方程比准一级动力学方程和Elovich方程能更好地描述吸附过程,所得吸附平衡时间为6 h.颗粒内扩散模型拟合发现BCS吸附SO_4~(2-)分为表面吸附和颗粒内扩散两个过程.相比于其他等温吸附方程,Langmuir方程能更好地描述BCS500对SO_4~(2-)的吸附行为,由Langmuir方程拟合所得BCS500的理论最大吸附量(52.13 mg·g~(-1))比BCS300的理论最大吸附量(31.46 mg·g~(-1))大.而计算所得热力学参数,如吉布斯自由能变G_m0,焓变H_m0和熵变S_m0,表明BCS500对SO_4~(2-)的吸附是一个自发、吸热且熵增加的过程;在25、35、45℃时,G_m分别为-9.61、-12.50、-13.96 k J·mol~(-1),介于-20─0 k J·mol~(-1)之间,且反应为吸热反应,表明BCS500吸附SO_4~(2-)主要以物理吸附为主.     

氧化石墨烯氧化程度对磷酸铋/石墨烯复合气凝胶光催化活性的影响

三维网络结构磷酸铋/石墨烯复合气凝胶(BiPO_4/GA)可用于有机污染物的吸附富集和原位光催化协同净化.本文采用SEM、FTIR、XRD和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)系统表征了氧化石墨烯(GO)及其氧化程度对BiPO_4/GA复合材料的形貌、结构、光吸收和光催化性能的影响.氧化程度较高的GO呈棕色,易与BiPO_4形成气凝胶,且BiPO_4纳米棒均匀分散在石墨烯层上.而氧化程度较低的GO颜色较深,合成的BiPO_4/GA复合材料难以保持气凝胶形状.高氧化程度BiPO_4/GA复合材料对苯酚和亚甲基蓝(MB)的降解率分别约为低氧化程度BiPO_4/GA的1.88倍和2.34倍.研究结果表明,通过提高复合材料制备原料GO的氧化程度,可以显著提高BiPO_4/GA气凝胶的光催化活性.光催化机理为BiPO_4/GA气凝胶表面吸附富集有机污染物,光生电子从BiPO_4转移到石墨烯层,并通过催化剂上产生的空穴及超氧自由基(·O_2~-)进行有机物的有效氧化降解.     

废白土炭对印染废水中甲基橙的吸附研究

本研究以油脂精炼行业副产物废白土(SBE)为原料,通过缺氧高温热解法制备废白土炭(SBE@C),用以吸附去除印染废水中的染料甲基橙。研究结果显示,1、2、3 g/L的SBE@C对甲基橙的吸附容量在180 min时分别为12.53、7.14、5.12 mg/g,其吸附动力学更符合伪二级动力学模型,吸附等温线更符合Freundlich模型。进一步研究SBE@C对于复合染料(甲基橙-曙红Y-茜素红)的吸附性能,考察了溶液离子强度及共存阴离子对SBE@C吸附能力的影响,结果表明,共存Cl^-对SBE@C吸附能力的抑制作用随离子强度的增加而增加,CO₃^2-、Cl^-、PO₄^3-和SO₄^2-种共存离子对SBE@C吸附染料均存在抑制作用。