有机胺调控的CO2吸附材料的研究进展

当前,CO_2排放量急剧增加,空气中CO_2浓度正逐年增大.利用固体材料进行CO_2吸附可以实现CO_2减排的目的.CO_2吸附剂中,有机胺调控的固体材料因具有吸附量较大、对设备腐蚀性较小等特点而备受关注.然而,目前所报道的大部分有机胺调控的固体材料中N原子利用率较低,吸附速率较慢.在CO_2吸附体系中引入水分,使其参与CO_2捕集,有利于提高CO_2与氨基的反应摩尔比,增大N原子利用率,提高CO_2吸附性能.将含羟基的聚合物引入至有机胺调控的CO_2吸附材料之中,也可以获得相似的效果.本文综述了近年来有机胺调控的CO_2吸附材料的设计及"构-效"关系,具体包括有机胺调控的氧化物、多孔碳材料、硅基分子筛和金属-有机框架材料的合成及CO_2吸附机理.同时,展望了有机胺调控的CO_2吸附材料面临的科学挑战及发展机遇.     

MgCl2改性碳材料的制备及其CO2吸附性能

本文以对氯甲基聚苯乙烯微球为前驱体制备了多孔碳材料C_(CMPS),并利用MgCl_2对其进行表面修饰制得了在较低CO_2浓度环境中具有高效CO_2吸附性能的吸附剂MgCl_2(n)/C_(CMPS).探究了吸附时间,MgCl_2含量和气体流速对CO_2吸附性能的影响,并对CO_2吸附动力学进行了研究.研究表明,MgCl_2(n)/C_(CMPS)的CO_2吸附动力学符合Bangham模型.吸附时间为10 min,气体流速为10 mL·min~(-1)时,CO_2吸附量可达158.4 mg·g~(-1).循环10次,吸附量保持稳定.     

聚合物碳化制备高比表面积微孔炭材料及其CO_2吸附性能

以商业化副产物聚偏二氯乙烯(PVDC)树脂粉末为碳源制备炭材料并研究了298 K时CO_2的吸附性能.研究结果表明,PVDC树脂直接碳化得到比表面积为1220 m~2·g~(-1)且孔径小于1.5 nm的纯微孔炭材料,CO_2在1 bar下的吸附量高达3.97 mmol·g~(-1).在此基础上用KOH对微孔炭材料进行活化处理,发现KOH活化在增大炭材料比表面积的同时能保持高微孔率,但1 bar下的CO_2吸附量适度降低.高压下CO_2吸附量与炭材料的比表面积呈正比,20 bar时在比表面积为2150 m~2·g~(-1)样品上的吸附量为18.27 mmol·g~(-1),这与其他类型高比表面积吸附剂相比都处于较高水平.     

金属有机骨架材料吸附与荧光检测水中持久性有毒有机污染物的研究与应用

近年来,环境中的持久性有毒有机污染物(persistent toxic organic substances, PTOS)因具有毒性高、生物累积性、致癌致突变性和内分泌干扰等特性引起了广泛关注,但是其在水环境介质中含量低、可与其他物质发生相互作用、迁移转化能力强等特点为其高效分离去除和快速的痕量分析检测带来了挑战.因此,开发新材料、新技术、新方法用于水中PTOS的高效分离去除、建立其快速的痕量分析检测方法对于水环境保护、再生水安全利用以及PTOS的环境风险评价具有重要意义.相对于传统的吸附材料,金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)由于其较高的孔隙率和比表面积,易调控的孔径,大量的活性位点、可功能化以及具有良好的发光特性等优点,在吸附去除和分析检测环境中PTOS表现出优异性能.本文综述了MOFs、功能化MOFs以及MOFs衍生物材料在水溶液中吸附去除PTOS的研究与应用进展,归纳总结相应的吸附机理,特别对如何通过功能化手段来提高MOFs材料对PTOS的吸附性能进行了讨论.同时,本文还对基于吸附的荧光传感方法检测PTOS进行了归纳总结,对未来MO...     

垃圾焚烧模拟烟气中镉的动态吸附实验

在生活垃圾焚烧烟气模拟净化实验中,采用氯化镉作为气态重金属的发生源,模拟改性钙基吸附剂对重金属的动态吸附,并对重金属入口浓度、吸附温度、吸附剂投加量以及烟气组分等因素进行研究,结果表明:(1)反应温度对镉的去除有一定的影响,温度升高,去除率下降;(2)钙基吸附剂对Cd的去除率随着Cd入口浓度的增加而降低;(3)吸附剂投加量增加,去除率随之增加,但当加入量达到100g以上时,去除率不再变化;(4)HCl气体的存在能促进Cd的吸附,SO_2气体的存在则抑制Cd的吸附;(5)随着吸附质CdCl_2初始浓度的增加,钙基吸附剂的吸附量逐渐增加并趋向平衡,且与活性炭相当.     

半焦脱硫剂脱除烟气中的SO_2

烟气脱硫作为净化大气、遏制酸雨的技术,在过去几十年中得到了迅速发展,并且在工业应用上取得了巨大成功,炭法烟气脱硫技术已经在国外得到商业化应用,能够100%脱除烟气中的SO2.国内、外在炭法烟气脱硫的工艺研究和机理探讨方面都做了大量的工作,如以多孔炭为物理吸附剂,通过变温吸附来获得纯SO2;以多孔炭作为催化剂,将SO2催化氧化变为硫酸.     

以NH2-MIL-53(Al)为前驱体制备多孔掺碳Al2O3吸附剂及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

铬是污染性金属元素,铬含量是水质污染控制的一项重要指标,其中Cr(Ⅵ)的毒性最大,且易被人体吸收.本研究以水中的Cr(Ⅵ)吸附传质分离为目标,利用以铝为金属源水热法合成的铝基MOFs为前驱体,600℃煅烧后制备了多孔掺碳Al₂O₃吸附材料,利用现代分析技术对其进行微观结构表征,探究了其吸附作用能力与机制.研究结果表明,XRD、SEM、BET等表征手段证明了NH₂-MIL-53(Al)与多孔掺碳Al₂O₃结构的成功合成.前驱体NH₂-MIL-53(Al)和煅烧后的衍生物多孔掺碳Al₂O₃,在形貌上相似,且多孔掺碳Al₂O₃材料(180.24 m²·g^-1)的比表面积要大于NH₂-MIL-53(Al)(116.73 m²·g^-1).多孔掺碳Al₂     

多孔温敏四环素分子印迹吸附剂的制备及性能

结合高内相Pickering乳液聚合法和分子印迹技术,运用壳聚糖(CTs)纳米粒子稳定乳液制备了多孔温敏四环素(TC)分子印迹吸附剂(TPMIPs).理化表征显示TPMIPs材料具有多孔结构,孔径约为5μm.pH值为6.0时TPMIPs对TC的最大吸附量达到38.30μmol·g~(-1),TPMIPs的临界温度(LCST)约为34℃.TPMIPs吸附TC的过程中,Freundlich、Langmuir模型对本次吸附实验数据的拟合相关系数R~2均大于0.97,两种模型均可对等温吸附实验过程进行描述.一阶、二阶动力学模型拟合结果表明,该吸附过程兼具物理吸附和化学键作用.TPMIPs经5次吸附脱附实验后吸附量损失约为12.38%,说明材料吸附再生性良好.     

改性柚子皮吸附剂对模拟废水中pb2+的吸附性能

以废柚子皮为原料,经ZnCl2浸泡-加热的化学改性手段制备改性柚子皮生物吸附剂,并通过模拟试验研究该吸附剂对废水中pb2+的去除.考察了模拟废水的pH、吸附时间、吸附剂用量和pb2+初始浓度、温度等因素对柚子皮吸附剂去除pb2+的影响,并研究柚子皮吸附剂对pb2+的吸附动力学及吸附特征.结果表明,模拟废水的pH、吸附时间、吸附剂用量和pb2+初始浓度、温度等因素对柚子皮吸附剂吸附废水中pb2+均有显著影响.适宜的吸附条件为pH5.3～6.5,吸附时间1.5h,吸附剂用量10g· L-1,pb2初始质量浓度100 mg·L-1,温度30℃.在该条件下,废水中pb2+去除率在90％以上.柚子皮吸附剂对废水中pb2+的吸附符合动力学二级反应方程,等温吸附规律可用Langmuir、Freundlich和Temkin模型进行较好的描述.     

底泥腐殖酸在粘土矿物上的吸附特性

考查了从湘江沉积物中分离得到的腐殖酸在各种粘土上的吸附等温线和电子显微形态。在蒙脱土,伊利土,高岭土和湘江沉积物粘土上的吸附等温线在低浓(HA<10mg/l)范围皆可用直线表达,分配系数分别为1.7,1.3,4.3和2.5。底质粘土的吸附方程等于组成它的粘土(伊利土75％和高岭土25%)吸附方程之加合。 在电子显微镜下,湘江腐殖酸呈多孔网状结构和球粒结合的簇状结构两种。它们在伊利土表面分立成簇吸附使之絮凝,或者是多孔网状捕集小粒伊利土起分散作用。高岭土在断裂棱处吸附了较多腐植酸而絮凝成搭接式。     

硅藻土对水中氟化物的吸附特性研究

中国高浓度含氟水分布广泛且危害严重,水体除氟迫在眉睫.研发除氟效果好、价格便宜的吸附材料是一项艰巨的任务,对水体除氟具有重大的意义.硅藻土(Diatomite)因其特有的物理和化学性质,作为一种新型的吸附型、环保型材料近年来在工业中已经得到了普遍的应用.以硅藻土作为吸附剂对水体中的氟化物(F?)进行吸附研究,采用了SE...     

ZIF-67高效吸附去除水中的洛克沙胂

作为一类很有应用前景的金属有机骨架材料(MOFs),沸石咪唑酯骨架(ZIFs)由于具有比表面积大、孔隙可调、易于实现内外位点功能化等优点,广泛受到人们的关注.作为ZIFs材料的一种,具有上述特点的沸石咪唑酯骨架-67(ZIF-67)由Co~(2+)离子和2-甲基咪唑通过配位及自组装形成.ZIF-67拥有高度稳定的结构,在吸附、分子分离、传感、催化等领域有着广泛的应用.本研究利用一种环境友好型的方法合成了ZIF-67,并用来吸附去除水中的洛克沙胂.探究了吸附过程中的吸附动力学、吸附热力学行为和吸附机理.实验结果表明,ZIF-67对水中的洛克沙胂具有优良的吸附性能,在pH=6时最大吸附量可以达到172.45 mg·g~(-1),吸附动力学与热力学行为分别符合准二级动力学和Langmuir吸附等温模型.ZIF-67对洛克沙胂的吸附机理可能是静电吸附和离子交换作用.通过固定床小柱实验表明ZIF-67具有很好的实际应用性能.     

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.     

改性多孔碳微球的制备及去除水中四溴双酚A的性能

为提高多孔碳微球对TBBPA的去除性能,采用氮掺杂、H₂O₂氧化和球磨对多孔碳微球进行表面改性,运用比表面积及孔隙度分析仪、傅里叶红外光谱（FT-IR）和X射线衍射仪（XPS）等方法表征改性前后多孔碳微球形貌、孔隙特征、官能团种类及含量和热稳定性等变化情况,通过吸附实验确定多孔碳微球的最佳改性方法,并探究吸附机理.结果表明,多孔碳微球、C-N、C-H₂O₂和C-球磨对TBBPA的最大吸附量分别为36.6、 43.1、 47.4、 58.35 mg·g^-1.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型能够更好的描述多孔碳微球对TBBPA的吸附过程,主要为单分子层均匀化学吸附.其中C-球磨对TBBPA的吸附性能最佳,最大吸附量和吸附速率分别提高了1.6倍和2.9倍;球磨改性极大提高了碳材料的比表面积和含氧官能团,增加了吸附污染物的活性位点,强化了氢键和π-π电子供受体作用,且受pH和腐殖酸（HA）的影响较小,拓宽了环境适用范围.本研究以期为廉价碳材料去除有机污染物性能提供理论...     

位点能量分布理论及其在土壤和沉积物对污染物吸附研究中的应用

位点能量分布理论(Site energy distribution theory,SEDT)是一种从能量的角度去研究吸附机理的理论方法,它可以提供吸附剂表面位点的吸附能量以及对应的分布函数.因此SEDT在吸附能不均匀的吸附剂表面上的应用有着独特的优势.该理论在化学化工领域的吸附剂材料上有着广泛的应用,尤其是在碳材料上有着较为深入的研究.土壤和沉积物是环境中重要的天然吸附剂,有着比碳材料表面更复杂的特性,因此已有研究将SEDT用于土壤和沉积物对污染物的吸附过程中.然而现有的研究在污染物对象的选取以及该理论的应用方式上存在一定的局限性.鉴于SEDT在土壤和沉积物上的应用潜能及重要意义,本文详细地介绍了SEDT的主要内容,并综述了SEDT在国内外吸附领域的应用研究进展,旨在将化学化工领域已有的SEDT应用与讨论方式迁移到环境领域中,最后对SEDT在土壤和沉积物上更深入的应用以及SEDT自身的发展提出了展望.     

溶液中多种金属离子共存对毛木耳生物吸附能力的影响

用毛木耳(Auricularia polytricha)菌丝体的死细胞作为生物吸附剂吸附溶液中的Cd 2+、Cu 2+和Pb 2+.用原子吸收分光光度计测定吸附前后溶液金属离子的变化,研究了溶液中两种离子共存对毛木耳吸附能力的影响.结果表明:溶液中Pb2+的存在抑制了毛木耳对Cd2+的吸附,是负向干扰;Cd2+的存在促进了毛木耳对pb2+的吸附,是正向干扰;Cu2+的存在促进了毛木耳对pb2+的吸附,是正向干扰;Pb2+的存在抑制了毛木耳对Cu2+的吸附,是负向干扰;Cd2+对Cu2+的影响作用不如Cu2+对Cd2+的影响明显.实验结果为毛木耳作为重金属污染废水的处理材料提供理论依据.     

海洋巨藻(Durvilaea potatorum)生物吸附剂对Hg~(2 )的吸附动力学研究

对经特殊的稳定化预处理所得的海洋巨藻 (Durvillaeapotatorum)生物吸附剂对Hg2 的吸附动力学进行了研究 ,报导了不同Hg2 初始浓度、温度以及生物吸附剂平均粒径下动态吸附量与时间的关系 .结果显示 ,各吸附动力学曲线呈优惠型 ;当生物吸附剂平均粒径为 0 .45mm时 ,Hg2 的半饱和时间tS均不超过 6 0min ;Hg2 初始浓度和生物吸附剂粒径越小 ,吸附温度越大 ,达到吸附平衡所需的时间越短 .在测试范围内 ,生物吸附剂的平衡吸附容量与粒径和温度无关 .同时考察了吸附过程中的传质效应并对液膜传质系数kL进行了关联 ,结果表明 :当吸附时间t≤tS时 ,Hg2 的吸附速率为液膜传质控制 ;在测试范围内 ,kL为 0 .0 40 7～ 0 .112cm/s.本研究结果为利用海洋巨藻 (Durvillaeapotatorum)生物吸附剂处理含汞废水的规模化应用提供了一定的依据 .图 5表 2参 11     

改性柚子皮吸附剂对模拟废水中Pb^2＋的吸附性能

以废柚子皮为原料,经ZnCl2浸泡一加热的化学改性手段制备改性柚子皮生物吸附剂,并通过模拟试验研究该吸附剂对废水中Pb^2＋的去除。考察了模拟废水的pH、吸附时间、吸附剂用量和Pb^2＋初始浓度、温度等因素对柚子皮吸附剂去除Pb^2＋的影响,并研究柚子皮吸附剂对Pb^2＋的吸附动力学及吸附特征。结果表明,模拟废水的pH、吸附时间、吸附剂用量和Pb^2＋初始浓度、温度等因素对柚子皮吸附剂吸附废水中Pb^2＋均有显著影响。适宜的吸附条件为pH5．3-6．5,吸附时间1．5h,吸附剂用量10g·L^-1,Pb^2＋初始质量浓度100mg·L^-1,温度30℃。在该条件下,废水中Pb^2＋去除率在90％以上。柚子皮吸附剂对废水中Pb^2＋的吸附符合动力学二级反应方程,等温吸附规律可用Langmuir、Freundlich和Temkin模型进行较好的描述。     

功能化金属有机骨架材料对水中痕量磺胺氯哒嗪的吸附行为及其机理

近年来,抗生素的大量使用对生态环境和人类健康构成了严重威胁.抗生素去除技术开发引起了人们的广泛关注.本研究制备了4种具有良好水热稳定性的锆基金属骨架有机材料(UiO-66,UiO-66-NH_2,UiO-66-Cl和UiO-66-NO_2),通过比较4种材料对水中痕量磺胺氯哒嗪(SCP)的吸附性能,从中筛选出最佳吸附剂,进而探究了温度、pH、共存阴离子、腐殖酸和可再生性等因素对其吸附性能的影响,探讨了作用机制.研究结果表明,功能基团的引入提升了金属骨架有机材料对SCP的吸附性能,其中氨基的引入效果最为显著(去除率从11.62%提升至71.12%),这主要是由于氢键的作用;UiO-66-NH_2对SCP的吸附符合拟二级动力学,温度的升高抑制了吸附的进行,pH=6时吸附效果最好;Cl-和SO_4~(2-)对UiO-66-NH_2吸附性能起到了抑制作用,而腐殖酸影响较小;CO_3~(2-)的水解导致路易斯酸碱反应,从而极大地干扰了SCP的吸附过程;UiO-66-NH_2经过四次循环使用后,SCP去除率下降不到10%.本研究为采用功能化金属有机骨架材料去除水中污染物提供了新思路.     

硅藻土和膨润土对重金属离子Zn~（2＋）、Pb~（2＋）及Cd~（2＋）的吸附特性

以硅藻土和膨润土作为吸附剂,考察微波加热与否条件下,不同吸附时间、不同吸附剂用量和不同pH值对硅藻土和膨润土分别吸附Zn2＋、Pb2＋、Cd2＋重金属离子的影响.实验结果表明,硅藻土和膨润土对3种重金属离子均有很好的吸附效果,吸附时间对去除率影响不大,数分钟即可达到吸附平衡,微波加热、增加吸附剂用量和提高pH值,都有利于提高3种重金属离子的去除率.