高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂(KMnO_4、H_2O_2、HNO_3)对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO_4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO_4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U(Ⅵ)质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U(Ⅵ)的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型(决定系数R20.99)。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。     

绿色合成磁性水热炭及对亚甲基蓝的吸附研究

以废旧锂离子电池和果树残枝为原料,采用绿色生物"浸提+水热"即"一锅烩"法,构建一种新型磁性水热炭.利用X-射线衍射(XRD)、比表面测试(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)和振动样品磁强计(VSM)等仪器对磁性水热炭进行物相、形貌、结构和磁性特性分析.通过静态吸附试验考察磁性水热炭对亚甲基蓝(MB)的吸附行为,从吸附pH值影响、吸附平衡和吸附动力学方面对吸附过程进行分析,并探讨吸附机理以评估材料寿命.结果表明,磁性水热炭兼备磁性铁氧体特征峰和水热炭特征峰,符合物相设计要求,其中铁氧体质量分数为20％时,材料吸附性能最优,其SBET为15.17 m2/g,饱和磁化强度为10.36 emu/g.当pH=8时,磁性水热炭对MB的吸附效率高达98.6％,吸附动力学过程符合伪二级(PSO)模型,即吸附过程主要由化学吸附控制,其中Langmuir模型适宜于描述吸附平衡,最大吸附容量qe为46.32 mg/g,FT-IR和XPS分析显示,C=C和金属氧化物键(M-O)为MB的主要吸附位点.磁性水热炭经5次循环使用后,材料的物相、微观形貌和磁性特性无显著变化,对MB的吸附效率仍保持在90.3％,表明产品稳定性较好且易于磁分离回收.     

磁性CoFe2O4/MgAl-LDH的制备及对水中刚果红的去除

采用水热法制备了CoFe_2O_4,采用化学共沉淀法将镁铝水滑石(Mg Al-LDH)覆盖在CoFe_2O_4上,制成磁性CoFe_2O_4/Mg Al-LDH复合材料,用于去除水中阴离子染料刚果红。考察了溶液p H值、吸附时间、共存阴离子等对吸附过程的影响,研究了CoFe_2O_4/Mg Al-LDH对刚果红吸附动力学、吸附等温线。结果表明,溶液p H值、共存离子对CoFe_2O_4/Mg Al-LDH去除刚果红效果的影响较小。吸附剂对刚果红的吸附过程符合准二级动力学模型,且在吸附时间180 min内基本达到吸附平衡。吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,CoFe_2O_4/Mg Al-LDH对刚果红的理论最大吸附容量为610.8 mg/g。     

聚磷菌协同生物炭对水中U(Ⅵ)的去除特性及机理研究

低浓度含铀废水中铀的高效去除是铀矿冶安全生产过程中亟待解决的问题。生物吸附法是处理较低浓度重金属废水的高效廉价的方法之一。采用生物炭负载聚磷菌,制备了一种新型吸附剂,通过对比分析普通生物炭与负载聚磷菌生物炭对水中U(VI)的去除特性,结合BET、SEM及XPS等检测手段,考察聚磷菌对生物炭去除水中U(VI)的协同作用,探究低浓度铀废水处理新方法。结果表明,通过负载聚磷菌,生物炭能够快速降低水中U(VI)的浓度,去除率可达99.86%。BET及SEM表征手段表明,聚磷菌被固定在生物炭表面,负载聚磷菌的生物炭比表面积大大减小,但对铀的去除率反而增加。结合XPS结果可知,吸附后沉淀产物为四价铀和六价铀的混合物,表明聚磷菌对水中铀进行了还原、微沉淀,具有协同生物炭除铀作用。吸附动力学试验表明,该吸附过程符合准二级动力学模型;Freundlich吸附等温线模型能更好地描述吸附剂对铀的吸附行为。     

铈掺杂磁性复合材料对罗丹明B的吸附性能研究

采用浸渍法制备了Fe_3O_4-CeO_2/改性焦炭(MC)磁性复合材料,并用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)对此材料进行表征,还研究了吸附时间、吸附物浓度、溶液pH等因素对罗丹明B吸附过程的影响。结果表明:Ce的添加可以显著提高Fe_3O_4的分散性和稳定性,使晶粒尺寸从61.39 nm降到40.22 nm;Fe_3O_4-CeO_2/MC对罗丹明B的吸附符合Langmuir模型和准二级动力学方程,当Ce的质量比为0.06时,复合材料对罗丹明B的吸附量从40.7 mg/g增加到45.7 mg/g。     

碳化温度对稻壳生物炭的影响及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以稻壳为原料,在不同的温度(300,500和700℃)下采用限氧碳化法制备了生物炭,并利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征了生物炭的结构和性质,同时考察了pH值对生物炭吸附的影响,初步探讨了吸附机理。结果表明,制备的生物炭官能团种类和总量相近,均含有烷基、芳香基及一些含氧官能团,随着碳化温度的升高芳香族化合物增加,芳香化程度增强。试验条件下稻壳生物炭(RH700)对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量达到16.68 mg/g,降低pH值有利于对Cr(Ⅵ)的吸附。稻壳生物炭等温吸附曲线更符合Langmuir模型,对吸附过程中焓(△H)、熵(△S)和吉布斯自由能(△G)的计算表明,稻壳生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附是自发的吸热反应,其吸附行为更符合伪二级动力学模型,拟合的qe值与实测值相差小于0.38 mg/g。颗粒内扩散表明膜扩散和颗粒内扩散共同控制着吸附过程。     

黍糠、菜籽饼生物炭的制备及其对重金属镉(Cd2+)的吸附

利用黍糠、菜籽饼在不同温度下制备生物炭,以确定最佳制备温度及最佳吸附材料。结果表明,2种生物炭对镉(Cd~(2+))的吸附效果随制备温度上升而升高,黍糠生物炭的吸附效果更好。综合考虑产出率、吸附效果与能耗,得到最佳生物炭材料为黍糠,最佳制备温度为600℃。经2种生物炭吸附后,Cd~(2+)溶液的pH值均呈上升趋势,而黍糠生物炭调节pH值的能力更强。2种生物炭清洗后的吸附效果均有下降,表面沉淀是未清洗的生物炭对重金属离子吸附作用的机理之一。600℃黍糠生物炭对Cd~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温线,表明黍糠生物炭对Cd~(2+)的吸附为单分子层的吸附,且吸附剂表面均匀。使用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、多通道比表面积和孔径分析仪(BET,Multi-channel specific surface area and pore size analyzer)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR,Fourier Transform Infrared Spectroscopy)和综合热分析仪(STA,Synchronous Thermal Analyzer)对黍糠生物炭进行了表征。结果表明,黍糠原材料具有丰富的官能团,随热解温度升高,脂肪族官能团逐渐弱化消失,而芳香性结构与官能团逐渐凸显出来,因而能更多地吸附重金属Cd~(2+)。黍糠生物炭对重金属的吸附不主要依赖比表面积和孔隙结构,而是多种化学作用的结果,如表面沉淀、与官能团络合和阳离子-π键吸引。     

蔬菜废弃物基生物炭对铅的吸附特性

以蔬菜废弃物(芹菜)为原料,采用限氧裂解法制备了500℃下的蔬菜废弃物基生物炭,利用SEM扫描电镜、EDS能谱分析、CHN元素分析、FTIR红外光谱、比表面积及孔径分析等方法表征生物炭的物理化学性质,探究生物炭对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性及其影响因素。结果表明,500℃下制备的废弃芹菜生物炭孔隙较少,具有较小的比表面积和丰富的官能团。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附效果,在初始pH值为5、投加量为0.8 g/L、初始质量浓度为400 mg/L时,其最大吸附量为240.5 mg/g,且投加量、初始质量浓度和体系pH值的影响强烈。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附在5 min内达到平衡,吸附过程更符合准二级动力学模型(R~20.99),表明其吸附速率主要受化学作用控制。同时吸附速率还受初始质量浓度的影响,初始质量浓度越低,吸附过程越先达到平衡。在试验范围内,等温吸附Langmuir模型和Freundlich模型都适合描述废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附过程。     

生物炭固定化菌剂对含油海水中石油的去除

生物炭是由生物质材料经高温限氧热解炭化而成的一种廉价生物材料,生物炭固定化微生物不仅可以确保水体中局部区域微生物的数量优势,同时还可吸附大量的石油污染物,在水体修复中具有很好的开发价值。本研究表明,以松针为前体物制备的生物炭具有良好的石油吸附性能,吸附能力达5 g/g生物炭。枯草芽孢杆菌较适宜于人工海水中石油的降解,以此菌为目标菌研制了生物炭固定化菌剂,4周后石油去除率可达70.1%。石油4组分分析结果表明,该菌剂对饱和烃去除率较高,周去除率达50.8%,其次为芳香烃,为30.4%,胶质和沥青质为4%左右。     

水热合成类水滑石/生物炭对镉的吸附和稳定化性能

为提高类水滑石(LDH)对镉(Cd)的吸附能力并考察类水滑石/生物炭复合材料(LDH/BC)在土壤中对镉的稳定化性能,以经KOH活化的稻壳生物炭(BC)为载体,采用水热法和共沉淀法制备LDH/BC,以研究不同复合方式及BC复合量对LDH吸附能力的影响.对经优化制备的LDH/BC在不同Cd2+质量浓度、pH值和反应时间下的吸附特性进行考察,以阐明吸附机理并初步在土壤中验证钝化效果.结果表明:通过水热法制备的LDH(h)/BC0.25对Cd2+吸附性能出色,其中BC添加量为0.25 g.当Cd2+初始质量浓度为160 mg/L 时,LDH(h)/BC0.25对 Cd2+吸附量最大(150.15 mg/g)且吸附反应有较宽的pH值范围.LDH(h)/BC0.25在1 h内可迅速吸附Cd2+,在3 h后吸附达到饱和.动力学过程与拟二级动力学方程拟合程度较高,表明吸附过程主要为化学吸附.同时,XPS结果表明,Cd2+可能以CdCO3、Cd(OH)2、CdClOH的形式存在或Cd2+可能通过与含氧官能团的络合作用吸附在LDH(h)/BC0.25表面.此外,对镉污染土壤施加质量分数为6％的LDH(h)/BC0.25并处理14 d后,土壤中酸溶态镉向残渣态转化,镉形态更加稳定.     

生物炭-类水滑石强化混凝处理猪场尾水及其机理分析

以皇竹草秸秆为原料制备生物炭,通过生物炭-Mg Fe类水滑石强化混凝处理经二级生化处理的猪场尾水,研究其处理效果,用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外(FTIR)、扫描电镜-能谱分析(SEM-Mapping)技术分析混凝沉淀物,以分析污染物去除机理。结果表明,在p H=8.45、Mg与Fe物质的量比(n(Mg)∶n(Fe))为2.8∶1的条件下,皇竹草生物炭-Mg Fe类水滑石混凝法对猪场尾水中浊度、COD和TP的处理效果较好,而对TN和NH+4-N去除率较低。生物炭投加量对猪场尾水中浊度和TP的处理影响不大,但对COD去除影响较为显著。生物炭-Mg Fe类水滑石强化混凝高效去除COD的机理主要为胶体状天然有机物的电中和作用和吸附于金属氢氧化物表面上的共沉淀作用;高效除磷的机理是在混凝过程中,磷酸盐通过自组装进入类水滑石层间,以及磷酸盐与Fe3+反应形成磷酸铁矿物。     

微波诱导热解制备小麦秸秆吸附剂及响应面优化工艺研究

以氯化锌为活化剂,通过微波诱导热解法制备小麦秸秆吸附剂,并以微波功率、热解时间和氯化锌质量分数为影响因素,碘吸附值为响应值,采用响应面法对小麦秸秆吸附剂的制备工艺进行优化。结果表明,热解时间和微波功率对碘吸附值的交互作用明显。响应面优化工艺分析,发现当热解时间4.03 min、微波功率569.0 W,氯化锌质量分数为31.24%时,碘吸附值最大,为643.33 mg/g。另外,小麦秸秆吸附等温线与I型相似,吸附剂的微孔容积为0.238 4cm³/g,吸附剂的BJH孔径分布表现窄小,最高峰出现在2.1nm左右。处理Cr(VI)废水的吸附试验,发现Cr(VI)的去除率可以达到70%以上。研究表明,微波诱导热解法及响应面优化工艺制备的小麦秸秆吸附剂技术可行且具有良好的重金属废水处理应用前景。     

煤质粉末活性炭自燃和热稳定性分析

针对煤质粉末活性炭最显著的热危险特性——自燃危险性进行试验。采用粉尘层最低着火温度测定系统对煤质粉末活性炭进行自燃试验,测定煤质粉末活性炭的最低着火温度;采用SDT Q600热重分析仪测定煤质粉末活性炭在氮气和空气气氛中以20℃/min的速率升温至700℃时的热解和燃烧特性,通过TG/DTG曲线计算其着火温度,并进行热稳定性评价。粉尘层自燃试验结果表明,煤质粉末活性炭最低着火温度为400℃,具有自燃危险性,易形成阴燃;氮气气氛中热解试验表明,热解过程经历了室温~120.0℃和280.0~700.0℃两次轻缓失重阶段,646.44℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为0.082 6%/℃,自燃危险性较低;空气气氛中燃烧试验表明,燃烧过程经历了室温~95.5℃和300.0~600.0℃两次剧烈失重阶段,分别为吸附水分受热蒸发和氧化生成的有机官能团分解脱附导致,565.35℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为13.20%/min,粉末较强的氧气吸附效应和较低的导热系数导致其自燃倾向较高,火灾危险性较大。     

不同外热功率下18650锂离子电池热失控特性*

为探究不同外热功率（220,170,120,70 W）下锂离子电池的热失控特性,采用动压变温实验舱作为燃爆实验舱,并利用量热仪和ISO-9705烟气分析仪监测特征参数,对荷电状态（SOC）为100%的18650型锂离子电池进行高温热失控实验。结果表明:在不同的外热功率条件下,锂离子电池进入热失控的过程呈现出相似的趋势,但是各阶段的特性却存在差异。池体表面中心温度、HRR,THR和耗氧量均随外热功率的降低而降低。高外热功率下燃爆响应时间点明显提前,池体温度更高,220 W外热功率下,燃爆响时间点为176 s,池体温度为720.6 ℃,比70 W时提前366 s,高210.03 ℃,可见高外热功率时,电池热危害性更高。热解烟气CO的峰值体积百分比浓度随着外热功率的降低而升高,而CxHy的峰值质量百分比浓度降低,,CO2的峰值体积百分比浓度降低。在70 W外热功率时,CO峰值体积百分比浓度高达0.322%,220 W时CO峰值体积百分比浓度仅为0.165%,说明低外热功率时,电池毒危害性更高。     

椰壳基活性炭吸附高氯酸盐污染物的研究

为确定高氯酸盐污染物椰壳基活性炭吸附的最佳工艺参数,以高氯酸铵模拟废水为处理对象,通过L25(5)4正交试验考察活性炭投加量、温度、pH值、高氯酸盐初始浓度等参数对活性炭吸附率的影响规律。结果表明,ClO4-的去除率随着活性炭投加量的增加、ClO4-初始浓度的增大而增大,在偏中性的环境中具有较高的去除率,高温不利于活性炭的吸附反应。最佳工艺参数:活性炭投加量为0.4 g/L,pH为中性,温度为25℃,高氯酸盐初始质量浓度为2 mg/L。在最佳工艺参数条件下对ClO4-的吸附率为74.87%。     

Removal of Anions,Heavy Metals,Organics and Dyes from Water by Adsorption onto a New Activated Carbon from Jatropha Husk,an Agro-Industrial Solid Waste

Jatropha curcas is a multipurpose non-edible oil yielding perennial shrub and it is a drought tolerant plant. Its seeds are used to produce bio-diesel. Jatropha husk, an agricultural solid waste, generated from bio-diesel industries, was used as a starting material to produce activated carbon. Using jatropha husk activated carbon (JHC), the feasibility of removal of toxic anions, dyes, heavy metals and organic compounds from water was investigated. Sorption of inorganic anions such as nitrate, selenite, chromate, vanadate and phosphate and heavy metal such as nickel(II) has been studied. Removal of organics such as bisphenol, 2-chlorophenol also have been investigated. Adsorption of acid dyes such as acid brilliant blue, acid violet, basic dyes such as methylene blue, direct dyes such as direct red-12B, congo red, reactive dye like procion red were investigated to assess the possible use of the adsorbent. Results show that jatropha husk activated carbon can be used as an adsorbent for the removal of toxic pollutants from water.     

Regeneration of Insulating Mineral Oil by Carbonated Amorphous Calcium Phosphate–Chitosan Adsorbent

In this study carbonated amorphous calcium phosphate (CACP) microparticles were prepared for use as an alternative adsorbent to replace bauxite in the removal of polar compounds present in mineral oil previously used in transformers. Chitosan was used to bind the adsorbent CACP microparticles together. This material showed a better performance than bauxite in relation to the colour and interfacial tension (IT) of regenerated oil. Also, this adsorbent may offer an interesting alternative environmentally since, after extraction of the residual oil with an organic solvent it could be disposed of in soil providing macronutrients such as calcium, carbon, nitrogen and phosphorous.     

滇池高效聚磷菌Rhodococcus sp.H的分离鉴定及除磷特性研究

采用混合稀释平板法,从富营养化湖泊底泥滇池中分离出1株高效聚磷菌,经分子生物学鉴定,推测其为红球菌属(Rhodococcus sp.),将其命名为Rhodococcus sp.H,并对菌株H在不同理化因素条件下的生长及除磷特性进行了研究。结果表明,该菌株在接种培养24 h后即能完成对数增长期,在pH值为6~7、温度为30℃时能获得较高生物量和除磷率,最佳碳源为乙酸钠和乙醇,最佳氮源为牛肉膏和蛋白胨。当温度高于35℃或低于15℃、p H值高于9或低于5时,菌株的生长会受到明显抑制,除磷率较低。同时研究表明,该菌株的生长会影响其生长环境基质的p H值,在一定范围内具有较强的p H值调节能力。该菌株能够有效利用乙酸钠和乙醇等小分子碳源获得较大生物量和较高的除磷效率,但是不能将铵盐作为唯一的氮源来利用。