纳米铁用于饮用水中As(Ⅲ)去除效果

主要考察实验室合成制得的纳米铁对毒性高,迁移能力强,在厌氧地下水中作为砷的主要存在形式的As(Ⅲ)去除效果.通过批实验探讨吸附动力学,以及pH和纳米铁投加量对As(Ⅲ)的去除影响.反应1 h时,0.25 g纳米铁对起始质量浓度为910μg·L-1 As(Ⅲ)的去除率高达99%以上;反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的速率常数ksA为1.64mL·m-2·min-1.研究结果表明,具有高反应活性的纳米铁将成为饮用水中砷去除非常有效的吸附材料.     

高指数晶面二氧化钛对砷、锑的共吸附去除

砷(As)和锑(Sb)作为有毒元素,造成的环境污染严重威胁人类健康.目前,由于缺乏对共存体系下砷锑表面化学性质的研究以及高效的吸附材料,砷、锑的共去除是环境领域面临的一大挑战.本文以高指数晶面{201}二氧化钛(HTi O_2)为吸附剂,研究砷锑在其表面的吸附行为.Langmuir吸附等温线结果表明,As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)在HTi O_2表面的最大吸附量分别为0.407、0.861、0.197、0.181 mmol·g~(-1).砷、锑在HTi O_2表面的吸附动力学符合拟二级动力学方程,说明化学吸附是控制吸附速率的关键因素.p H边共吸附实验表明,HTi O_2对As(Ⅲ)的吸附基本不受p H的影响;对Sb(Ⅲ)的吸附随p H的升高先增大后减小;对As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)的吸附随p H的升高逐渐降低.Zeta电位结果表明,砷锑吸附后HTi O_2表面带负电,说明砷、锑在HTi O_2表面形成带负电的稳定内层配合物.本研究为水体中砷锑的共吸附去除提供了新信息.     

湖南桃江锰矿对溶液中As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除及迁移行为对比

锰氧化物对砷的去除有着环境和地球化学现实意义,本文通过批实验和柱实验研究湖南桃江锰矿对溶液中As(Ⅴ/Ⅲ)的去除行为差异和迁移行为.Langmuir吸附等温线结果表明,锰矿对As(V)和As(Ⅲ)的理论最大吸附量分别为1.32 mg·g~(-1)和0.30 mg·g~(-1).As(Ⅴ/Ⅲ)在锰矿表面的动力学符合拟二阶动力学模型,表明锰矿吸附As(Ⅴ/Ⅲ)均属于化学吸附,受化学反应速率控制;反应吸附速率常数K_(2[As(Ⅴ)])K_(2[As(Ⅲ)]),表明锰矿对As(Ⅴ)的吸附速率更快.锰矿在氧化As(Ⅲ)时,溶液中As(Ⅲ)减少速率与溶液中Mn浓度变化非常一致,表明砷的氧化行为与锰矿相关.CDE和Thomas吸附模型拟合As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的迁移行为表明,Mn~(2+)、Al~(3+)、PO■和SiO■均会降低锰矿的最大吸附量和滞留因子,其中Al~(3+)对As(Ⅲ)的吸附具有较强的拮抗作用,最大吸附量下降至0.002 mg·g~(-1),对As(Ⅴ)的拮抗作用相对较弱,而PO■和SiO■对As(Ⅴ/Ⅲ)在柱实验中的拮抗作用相近.研究为就地处理湖南地表和地下水砷污染提供了新的处理矿物.     

绿藻胞外聚合物对无机砷生物累积特征的影响

绿藻对无机污染物的净化作用受其自分泌胞外聚合物EPS影响.以EPS释放量高的蛋白核小球藻为绿藻代表,通过24 h短期As(Ⅲ)和As(V)的模拟水体暴露实验,研究绿藻对无机砷的生物累积特征及EPS影响.结果表明,在0—40 mg·L~(-1) As(Ⅲ)和As(V)暴露浓度范围,蛋白核小球藻细胞内的砷累积速率随暴露浓度的增加而升高,其动力学拟合结果符合Michaelis-Menten酶促反应动力学方程. EPS与无机砷存在界面相互作用影响,无机砷暴露浓度升高可促进小球藻EPS分泌, EPS与砷累积速率之间呈现正相关线性关系(R~2 0.900),主要影响成分是溶解态EPS.完整藻细胞与脱除胞外聚合物的活体细胞相比, As(Ⅲ)、As(V)暴露的最大吸附累积量分别增加30.6%和14.2%,而最大胞内累积量降低49.0%和31.0%. EPS与无机砷的微界面交互作用影响绿藻对砷污染的净化修复.     

铁锰结核对As(Ⅲ)的吸附和氧化特性研究

研究As(Ⅲ)在土壤中的铁锰结核上的吸附和氧化特征,对理解土壤中As(Ⅲ)的含量变化和制定有效的治理措施有至关重要的作用.以东北地区代表性土壤-棕壤中提取的铁锰结核作为试验材料,采用一次平衡法,对As(Ⅲ)在铁锰结核上的吸附和氧化特性,及其动力学特征进行了研究.研究结果表明,反应是包括吸附和氧化反应的复杂过程.初始质量浓度在1～15 mg·L~(-1)的范围内时,随着初始质量浓度的提高,吸附量随之增大,Mn的释放量增加,初始质量浓度在15～30 mg·L~(-1)的范围内时,吸附量的增加缓慢,Mn的释放量也接近平衡,吸附曲线可用Langmuir方程及Freundlich方程拟合(r>0.97),铁锰结核对As(Ⅲ)具有较强的吸附性能,最大吸附量达到了3 000 mg·kg~(-1).动力学实验中,反应在24 h内趋于饱和,可用Freundlich模型描述.氧化反应后释放到溶液中的As(V)质量浓度随时间变化先升高后降低,大多数的As(V)都被吸附在了铁锰结核表面,说明铁锰结核对砷具有很好的吸附和解毒作用.Mn的释放量在6 h时基本达到平衡.释放到溶液中的Mn质量浓度与时间符合Elovich动力学方程.     

温度和砷酸根对砖红壤中Cd(Ⅱ)吸附动力学的影响

土壤中砷和镉同时存在的现象普遍存在,但目前对砷酸根与Cd(Ⅱ)在可变电荷土壤表面协同作用的机制还了解不多.用一次平衡法研究了288 K和308 K温度条件下Cd(Ⅱ)在昆明砖红壤表面的吸附动力学,比较了加入砷酸根对Cd(Ⅱ)吸附动力学的影响.结果显示,加As(V)和升高温度均不仅增加Cd(Ⅱ)的吸附量,而且提高了吸附反应的速率.Cd(Ⅱ)在砖红壤表面的吸附反应进行的特别快,几乎在30 min内达到准平衡,假二级动力学方程能很好拟合30 min内的吸附动力学数据(r2》0.9995).从反应速率常数计算得到的活化能的结果表明,加As(V)显著降低了Cd(Ⅱ)吸附反应的活化能,这是As(V)促进可变电荷土壤吸附Cd(Ⅱ)的根本原因.     

表面印迹材料对水中Cd(Ⅱ)的吸附动力学

采用表面印迹技术,以硅胶为载体、Cd(Ⅱ)为模板离子、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷为偶联剂和功能单体、环氧氯丙烷为交联剂,合成了脲基功能化的镉离子表面印迹材料.用制备好的印迹材料为吸附剂进行静态吸附实验,考察了溶液的不同p H值、反应时间、温度和Cd(Ⅱ)的初始浓度等因素对镉离子吸附效果的影响.并用准一级动力学和准二级动力学对实验数据进行拟合,计算出相应的速率常数.结果表明,表面印迹材料对Cd(Ⅱ)的吸附是一个快速的过程,在20 min内即可达到吸附平衡,且准二级动力学方程(R20.99)能更好地描述其吸附动力学行为.吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,这表明了吸附过程是以单层吸附为主.在最佳的吸附条件下,Cr(Ⅱ)的吸附量可达到83 mg·g-1.此外吸附热力学研究表明该吸附过程是一个自发的、吸热过程.     

热处理富钙海泡石对水体中砷的吸附特征

以富钙海泡石为研究对象,利用简单易行的热处理方法改性,并用X-射线荧光光谱仪(XRF)、X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM-EDS)对原状和热处理富钙海泡石进行成分和结构分析,研究改性材料对As3+和As5+的吸附特征和影响因素。结果表明,热处理改性显著增加了富钙海泡石对砷的吸附性能,当pH值为7时,对As3+和As5+的最大理论吸附量分别为25.61和30.30 mg·g-1,且吸附等温式符合Langmuir模型;利用吸附动力学方程拟合发现,改性富钙海泡石对As3+动力学吸附符合准二级动力学模型,而对As5+的吸附符合准一级动力学模型和准二级动力学模型。材料粒径对热处理富钙海泡石吸附砷影响较小,当pH值为6~11时,热处理富钙海泡石对砷的吸附影响很小;共存阴离子中PO43-对砷吸附量的影响最大。该研究表明成本较低的热处理富钙海泡石可有效去除废水中的砷。     

温度和砷酸根对砖红壤中Cd（II）吸附动力学的影响

土壤中砷和镉同时存在的现象普遍存在,但目前对砷酸根与Cd(II)在可变电荷土壤表面协同作用的机制还了解不多。用一次平衡法研究了288 K和308 K温度条件下Cd(II)在昆明砖红壤表面的吸附动力学,比较了加入砷酸根对Cd(II)吸附动力学的影响。结果显示,加As(V)和升高温度均不仅增加Cd(II)的吸附量,而且提高了吸附反应的速率。Cd(II)在砖红壤表面的吸附反应进行的特别快,几乎在30 min内达到准平衡,假二级动力学方程能很好拟合30 min内的吸附动力学数据(r2>0.999 5)。从反应速率常数计算得到的活化能的结果表明,加As(V)显著降低了Cd(II)吸附反应的活化能,这是As(V)促进可变电荷土壤吸附Cd(II)的根本原因。     

磁性Fe3O4@Mg(OH)2去除水中络合态三价铬

本实验采用一步水热法合成了Fe_3O_4@Mg(OH)_2材料,并将其用于吸附水中络合态的Cr(Ⅲ)-EDTA,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、热重(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)等来表征材料的结构和表面特性.结果表明,Mg(OH)_2已经成功的负载到了Fe_3O_4的表面,对水中络合态Cr(Ⅲ)-EDTA有较好的吸附能力,最大吸附量为15.52 mg·g~(-1),吸附等温线符合Langmuir等温线,吸附动力学可用拟二级动力学拟合,随着pH的增加吸附量不断减少,水中高浓度的阳离子对吸附产生促进作用,并且脱附实验证明材料有很好的可循环利用能力.     

砷与无定形氧化铝的表面络合反应平衡常数计算

根据不同离子浓度、不同pH值的溶液中As在无定形氧化铝表面的吸附量,利用三种不同的表面络合模型计算As与无定形氧化铝表面络合反应的平衡常数,将计算得到的平衡常数模拟 As(Ⅲ)无定形在氧化铝表面各个络合物种的吸附百分比与 As(Ⅲ)的 X光吸收光谱边缘结构分析结果进行定性比较,表明计算结果与分析结果较为吻合.从而验证了此次计算得到的平衡常数是准确的.     

中空硅球表面分子印迹温敏聚合物吸附溶液中的四环素

本文开展了中空温敏分子印迹聚合物(HTMIPs)吸附溶液中四环素(TC)的实验研究,采用牺牲酵母模板法制备的中空硅球作为基质材料,以TC为模板分子,N-异丙基丙烯酰胺为温敏单体,通过沉淀聚合法合成了中空温敏型TC分子的印迹聚合物,利用FT-IR和SEM等方法对HTMIPs的理化性能进行表征,通过静态吸附实验考察HTMIPs对TC的吸附性能.结果表明,HTMIPs对模板分子TC在pH值为5.0时,35℃条件下吸附容量最大,约为72.05μmol·g~(-1),表明该印迹吸附剂对TC具有良好的亲和性和选择吸附性.HTMIPs的等温吸附结果与Freundlich模型拟合更好,动力学吸附结果更符合准二级动力学吸附模型,表明HTMIPs对于TC分子的吸附主要是在非均匀表面共价键作用下的结果.同时,HTMIPs表现出良好的可重复利用性,5次重复吸附-解吸附后吸附量损失约6.64%.因此,所制备的中空温敏印迹聚合物在吸附分离环境水体中的抗生素方面有良好的实际应用前景.     

浮石负载纳米零价铁去除水相中的砷(Ⅴ)

废水中的砷是最具毒性的环境污染物之一.为了更好地利用纳米零价铁(Nanoscale Zero-Valent Iron,NZVI)修复水体污染,本文进行了浮石负载NZVI去除水相中As(Ⅴ)的研究.利用环境扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对浮石负载纳米零价铁(P-NZVI)的形态和粒度进行表征分析,根据批试验和间歇试验探究反应条件对去除效果的影响,并通过对照P-NZVI与As(Ⅴ)溶液反应前后的样品的X射线光电子能谱(XPS),结合XPS Fe2p和XPS As3d窄轨道图谱,探讨P-NZVI对水相中As(Ⅴ)的去除机理.研究结果表明,制备所得NZVI颗粒平均粒径30.6 nm,分散在浮石表面.利用BET-N2法检测得到P-NZVI的比表面积为32.2 m~2·g~(-1)(NZVI含量0.28 g,质量比7.7%).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除率随初始pH值、反应温度、As(Ⅴ)初始质量浓度的升高而降低,反应符合准一级和准二级动力学方程.初始As(Ⅴ)浓度为100 mg·L~(-1)时,P-NZVI的平衡时吸附量为35.7 mg·g~(-1).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除机理包括吸附、沉淀和共沉淀作用.     

两种体系去除水体中的砷

砷是人类发现的毒性最强的环境污染物质之一.铁及其化合物已经被广泛应用于水体中重金属的去除并取得了一定效果,但存在去除效率低、材料成本高的缺点.为了更好地利用铁及其化合物高效去除水中重金属砷(As),本文通过加入氧化剂构建了两种反应体系,实现了对废水中砷的高效去除:分别利用零价铁(Zero valent iron,ZVI)活化过硫酸钠(sodium persulfate,PS)和亚铁离子(Fe~(2+))活化高锰酸钾(KMnO_4)两种工艺去除了水体中的砷.通过批试验控制过硫酸钠、零价铁及高锰酸钾和亚铁的投加量,研究了各变量对As的去除效果和动力学影响.利用环境扫描电镜(SEM)对反应前后的物质的结构进行表征对比分析.研究结果表明:As溶液浓度为20 mg·L~(-1)时,两种体系下的反应物最佳配比方案分别为0.5 g ZVI、0.1 g PS和KMnO_40.01 g、Fe~(2+)0.02 g.两种体系中As的去除率都大于99%,且反应均符合准二级动力学方程,其中,ZVI活化PS反应中产生的SO_4~-·对砷的去除有着至关重要的作用.两种方法对As的去除机理均包括吸附、沉淀和共沉淀作用.通过经济成本对比分析,PS-ZVI在高效去除毒性略低的As(Ⅴ)的时有明显的经济优势.     

苯胺-2,4-二氨基酚共聚物吸附水中Hg(Ⅱ)的动力学和热力学研究

利用化学氧化法合成苯胺-2,4-二氨基酚共聚物,通过静态吸附实验研究了该共聚物吸附水中汞离子的动力学和热力学.对实验数据采用准一级和准二级动力学方程、Langmuir等温线方程、Freundlich等温线方程进行拟合,并进行相应的热力学分析.研究结果表明,苯胺-2,4-二氨基酚共聚物对水中Hg(Ⅱ)具有很好的去除效果,最大吸附容量达800mg·g-1,吸附等温线符合Langmuir单层吸附模型;动力学过程符合准二级动力学模型;吸附焓变化量ΔH=58.51kJ·mol-1,表明该吸附反应为化学吸附且为吸热反应;三种实验温度下吉布斯自由能变化量均为负值,表明该吸附反应能自发进行。     

铁基改性椰壳生物炭对砷的吸附效果及机制研究

目前针对生物炭修复重金属污染的水体、土壤方面的研究虽然很多,但是对其吸附污染物的机制研究却较少。为了提高生物炭对砷的吸附能力,以农业废弃物椰壳为原料,在300℃下利用硫酸及硫酸铁制备铁基改性生物炭,采用SEM-EDS、FTIR、XRD及XPS等手段对椰壳生物炭(CSB)、硫酸改性生物炭(SCSB)以及铁基改性生物炭(SFCSB)表面结构与特征进行表征,通过pH值影响实验、等温吸附实验和动力学吸附实验对CSB、SCSB及SFCSB 3种生物炭吸附砷(As)的效果进行比较。结果表明,硫酸及硫酸铁共同改性使生物炭的比表面积增大了1.56倍,表面官能团新增亚甲基(–CH_3)和羧基(–COO),SFCSB表面的Fe吸附As(Ⅴ)后在Fe2p能级生成了Fe_2O_3和FeOOH,证明铁基改性成功。SFCSB对As(Ⅴ)的吸附符合Elovich动力学模型及Langmiur等温吸附模型,当pH=5时,SFCSB对砷的最大吸附量为14.65 mg·g~(-1),与未改性的CSB相比吸附量提高了238倍。SFCSB对As(Ⅴ)的吸附方式为物理化学吸附,吸附机制包括生物炭表面正电荷与阴离子之间的静电吸引、O–H–As氢键结合、砷氧阴离子与铁氧化物的配位体效应和表面羟基官能团络合等。研究表明,铁基改性椰壳生物炭是一种高效的除砷吸附剂。该研究从农业废弃物利用和环境修复的角度出发,为制备更高效、能深度净化污染的生物炭提供参考,也为吸附机制的探讨提供理论依据。     

砷酸根在可变电荷土壤颗粒表面的配位吸附

研究了砷在3种可变电荷土壤颗粒表面的吸附对土壤胶体Zeta电位的影响及砷酸根吸附过程中羟基的释放特征.在酸性条件下,土壤胶体吸附砷酸根后土壤表面的负电荷增加,Zeta电位下降.这说明砷酸根在土壤颗粒表面发生了专性吸附,吸附的砷酸根离子进入土壤胶体双电层的紧密层中.亚砷酸根吸附对土壤胶体Zeta电位的影响很小,说明它在土壤颗粒表面主要通过形成外圈型表面络合物而发生非专性吸附.砷酸根在土壤颗粒表面的吸附过程中有羟基释放,说明砷酸根与表面羟基发生了配位交换反应.羟基释放量随砷酸根加入量的增加和pH值的升高而增加.动力学实验结果表明,砷酸根吸附量和羟基释放量随时间具有相似的变化趋势,在开始的20min内,二者均随时间迅速增加,随后变化较小.羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比也随时间的增加而增加,说明羟基释放反应滞后于砷酸根吸附反应.土壤体系中羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比小于针铁矿体系,说明除铁铝氧化物外,土壤的其它固相组分也参与了对砷的吸附反应.     

凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能

研究凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能.考察了pH、凹凸棒土热改性温度、粒度、铁盐浓度等因素对吸附As(Ⅴ)性能的影响.结果表明,热改性温度为600℃的凹凸棒土负载铁盐吸附剂吸附As(Ⅴ)效果比200℃和400℃都好,其对As(Ⅴ)的吸附行为符合Freundlich模型.当pH值6.0时,600℃热改性200—400目的凹凸棒土负载0.5 mol·L-1Fe(NO3)3吸附剂的最大吸附量为1.1669 mg·g-1,重复使用时性能稳定,具有处理含As(Ⅴ)废水的应用前景.     

复合铁铝氢氧化物对As(Ⅴ)的吸附作用

从吸附剂的组成、结构、表面性质、溶液的酸度及砷的存在形式等方面探讨了复合铁铝氢氧化物(Fe5Al2(OH)21.nH2O)对溶液中As(Ⅴ)的吸附.结果表明,该吸附剂具有微晶体的结构特征,孔径小,比表面积大,等电位点pH值为8.3;在pH为4-8的溶液中,对As(Ⅴ)的吸附能力很强,饱和吸附容量Qm分别为:0.7901(pH5),0.5981(pH7)和0.3033 (pH9)mol·kg-1, 常见共存离子不影响砷的吸附.Langmiur方程能很好地描述实验的吸附等温线.吸附态 As(Ⅴ)的解吸量随解吸剂pH值的升高而增大.     

巯基硅烷改性氧化石墨对砷的吸附性能

为提高氧化石墨(GO)对砷的吸附能力,以3-巯基丙基三甲氧基硅烷为改性剂,制备了巯基改性的氧化石墨(GO-SH),考察其对水中砷的吸附性能.采用单因素实验法考察了初始pH值、吸附剂投加量、温度等对吸附效果的影响,拟合了吸附等温线,并研究了吸附动力学和吸附热力学规律.实验结果表明,在最优条件下,GO-SH对初始浓度为4 mg.L-1的砷去除率达到97.7%;吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型,45℃时由Langmuir模型得到的饱和吸附量(Qm)为24.45 mg.g-1;吸附动力学符合准二级模型,内扩散模型符合高浓度砷的吸附动力学;热力学研究表明,吸附过程是自发吸热的反应,以化学吸附为主.