水中高氯酸根的颗粒活性炭吸附过程及影响因素分析

通过批量实验研究了颗粒活性炭(GAC)对水中高氯酸根(ClO-4)的吸附特性,考察了pH、ClO-4初始浓度和共存阴离子对吸附作用的影响,并分析了吸附动力学和等温吸附模型.结果表明, GAC对ClO-4的吸附容量在碱性条件下减小,随初始浓度升高而增大,共存阴离子与ClO-4在GAC上存在竞争吸附,其影响顺序为SO2-4 > NO-3 > CO2-3 > H2PO-4 > BrO-3≈Cl-. ClO-4在GAC上的吸附最符合准二级动力学模型,吸附中存在大孔扩散过程,且孔扩散可能为GAC吸附ClO-4的主要速率控制步骤.试验浓度范围内吸附过程符合Langmuir、Freundlich和Tempkin 3种等温吸附模型,吸附过程是自发且放热的,温度升高不利于GAC对ClO-4的吸附,温度为288、298和308K时的饱和吸附容量分别为13.00、11.21和8.04 mg'g-1.说明GAC虽较易吸附水中ClO-4,但必须控制反应条件,如温度、pH和共存阴离子浓度等,以取得最佳吸附效果.     

氯化十六烷基吡啶改性活性炭对水中硝酸盐的吸附作用

采用阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶(CPC)对活性炭进行了改性,并通过实验考察了CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附作用.结果表明,CPC改性活性炭对水中的硝酸盐具备较好的吸附能力.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力明显高于未改性的活性炭.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力随着CPC负载量的增加而增加.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附动力学满足准二级动力学模型.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附平衡数据可以较好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述.根据Langmuir等温吸附方程,CPC负载量(以活性炭计)为444 mmol·kg-1的改性活性炭对水中硝酸盐的最大单位吸附量为16.1 mg·g-1.CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力随着pH的增加而降低.水中共存的氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子会抑制CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附.升高反应温度略微降低了CPC改性活性炭对水中硝酸盐的吸附能力.采用1 mol·L-1的NaCl溶液可以使95%左右吸附到CPC改性活性炭上的硝酸盐解吸下来.CPC改性活性炭吸附水中硝酸盐的主要机制是阴离子交换和静电吸引作用.上述实验结果说明,CPC改性活性炭适合作为一种吸附剂用于去除水中的硝酸盐.     

改性玉米秸秆对水中磷酸根的吸附动力学研究

将化学改性后的玉米秸秆制备阴离子交换剂,重点研究了改性玉米秸秆对磷酸根的吸附动力学特性.通过静态实验,考察了在不同pH、温度、磷酸根初始浓度条件下,改性玉米秸秆对磷酸根吸附效果的影响,并分别用伪一级动力学方程、伪二级动力学方程、修正伪一级动力学方程和颗粒内扩散方程进行拟合,计算出相应的速率常数.结果表明,Langmuir等温模式能更好地描述改性玉米秸秆对磷酸根的吸附效果,并且随着温度的升高,改性玉米秸秆对磷酸根的最大吸附量逐渐减小.改性玉米秸秆对磷酸根的吸附是一个快速吸附过程,30 min内即可达到吸附平衡,该吸附过程符合伪二级动力学方程和颗粒内扩散方程,吸附速率主要受颗粒内扩散控制.随着初始浓度的增大,伪二级吸附速率常数逐渐减小,颗粒内扩散速率常数逐渐增大.通过改性玉米秸秆对磷酸根的吸附动力学研究,可以为反应器的设计和污水处理装置的运行提供基础信息,对于去除水溶液中磷酸根的技术应用具有重要实际意义.     

柚皮基活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附作用及影响因素

利用ZnCl_2活化法制备的柚皮基活性炭(GAC)处理含Cr(Ⅵ)废水,研究了pH、投加量、吸附时间、初始浓度和温度对Cr(Ⅵ)吸附的影响。吸附等温实验数据拟合显示,与Freundlich相比,吸附等温线更符合Langmuir和Dubinin-Radushkevich(D-R)方程。25、35和45℃时,GAC的单分子层吸附量分别为119.54、132.80、和145.47 mg/g,吸附自由能分别为9.93、17.72和20.82 k J/mol。吸附动力学研究显示:准二级动力学、颗粒内扩散和Bangham模型可以描述GAC吸附Cr(Ⅵ)的反应过程,吸附以化学吸附为主,过程受膜扩散和颗粒内扩散共同控制。     

锆-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附特性

采用锆(Zr)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对活性炭进行联合改性,考察了所制备的Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附去除作用,并探讨了相关的吸附去除机制.结果表明,Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐均具备较好的吸附去除能力.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐的等温吸附过程,Langmuir和D-R等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中磷酸盐等温吸附过程,通过Langmuir模型计算得到吸附剂对硝酸盐和磷酸盐的最大单位吸附量分别为7.58 mg·g-1和10.9 mg·g-1.高的p H会抑制Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附.水中共存的Cl-、HCO-3和SO2-4等阴离子均会抑制Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐的吸附,且对吸附硝酸盐的抑制作用较强而对吸附磷酸盐的抑制作用较弱.水中共存的磷酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附硝酸盐的抑制作用较强,而水中共存的硝酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附磷酸盐的抑制作用较弱.1 mol·L-1Na Cl溶液可以使90%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的硝酸盐解吸下来.1 mol·L-1的Na OH溶液可以使78%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的磷酸盐解吸下来.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐的吸附机制主要包括阴离子交换作用和静电吸引作用,对磷酸盐的吸附机制主要包括配位体交换作用、阴离子交换作用和静电吸引作用.上述结果说明Zr-CTAC改性活性炭适合作为一种吸附剂去除废水中的硝酸盐和磷酸盐.     

Ti(Ⅳ)改性颗粒活性炭的除氟性能研究

该研究采用Ti(Ⅳ)改性颗粒活性炭(GAC),并考察改性前后GAC的除氟性能。通过批试验确定Ti(Ⅳ)改性GAC对氟离子的吸附平衡、动力学和机理。实验结果表明该吸附过程符合Langmuir吸附等温线和拟二级动力学模型。初始氟离子浓度的提高和接触时间的延长可以提升吸附性能,而p H和温度的升高会抑制吸附性能。氟离子和羟基基团之间的离子交换作用是主要的吸附机理。批试验结果证明Ti(Ⅳ)改性GAC对氟离子就有优异的去除效果,能将水体水氟离子浓度降至饮用水标准限之下(1.0 mg/L)。Ti(Ⅳ)改性GAC具有良好的再生性能和工艺适应性,能处理同时含有氟离子和有机物污染的混合水体。     

改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附

通过批量实验研究了改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附特性.Langmuir和Freundlich吸附等温方程被用于分析吸附等温数据,准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒扩散模型被用于吸附动力学实验数据分析.结果表明,改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,最大吸附量达到71.43 mg·g^-1;颗粒扩散模型能够很好地描述改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附动力学过程,水溶液中染料的初始浓度、颗粒直径、颗粒量及搅拌速度对吸附速率均产生一定的影响.改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附作用主要发生在颗粒的外表面.     

活性炭负载二氧化锰的制备及其对罗丹明B吸附效能

采用颗粒活性炭(GAC)以共沉淀和热分解法制备了改性活性炭(MnO_2-AC),并采用SEM、XRD表征手段对改性前后活性炭进行微观分析;进而研究了GAC和MnO_2-AC随染料初始浓度、活性碳投加量、温度、吸附时间变化对染料废水罗丹明B的吸附效果影响。结果表明:GAC经改性后,活性炭表面变得粗糙,并有MnO_2产生。在MnO_2-AC投加量为0.2 g,罗丹明B浓度为100 mg/L,温度为25℃条件下反应12 h,其吸附量达到36.80 mg/g。另外,MnO_2-AC对罗丹明B的吸附过程符合Langmuir等温模型,并遵循准二级动力学模型。     

离子交换树脂静态吸附二甲胺的研究

通过静态吸附实验,研究了二甲胺在ZGSPC106型细颗粒树脂上的吸附行为,从热力学和动力学角度对吸附过程进行了分析,并用红外光谱的方法探讨了树脂吸附二甲胺的机理.结果表明,Langmuir等温方程能够很好的拟合吸附平衡数据,热力学参数表明该吸附可自发进行,且为熵增加的吸热过程,293K温度下树脂的静态饱和吸附容量为138.89mg/g(干树脂);吸附动力学符合准二级动力学模型,颗粒扩散是树脂吸附二甲胺速率的主要控制步骤.     

溴酸根在颗粒活性炭上的还原

小试研究了溶液中溴酸根在颗粒活性炭上还原与溴离子生成的过程,考察pH、离子强度、温度和初始浓度对该过程的影响.结果表明,活性炭对溴酸根的去除性能与表面碱性官能团有一定相关性.其它阴离子对吸附/还原过程有阻碍作用,实验中影响顺序为ＮＯ^-₃>SO^２－₄ > Cl^-.溴酸根的吸附与溴离子的生成可分别用拟二级速率方程和粒子内扩散模型进行模拟,绝大部分相关系数在0.97以上.低pH和低离子强度有利于溴酸根的吸附与还原.15～42℃范围内吸附与还原速率随温度提高先降低后升高.实验中活性炭对溴酸根的最大吸附容量可达到769.23 μmol/g（98.4 mg/g）,但反应较慢且易受干扰.推测活性炭表面微孔部分对溴酸根的吸附也受到溴离子释放的阻碍.     

Removal of bromate ion using powdered activated carbon

Bromate ion (BrO 3) removal from drinking water by powdered activated carbons (PAC S) in bath mode was evaluated under various operational conditions.Six kinds of PACs,including wood-based carbon,fruit-based carbon,coal-based carbon,and these three carbons thermally deoxidized in a nitrogen atmosphere,were selected to investigate their capacity on BrO 3 removal.With the highest zeta potential value and being richly mesoporous,coal-based carbon had a high and an excellent BrO 3 adsorption efficiency.The removal content of BrO 3 by per gram of coal-based carbon was 0.45 mg within 5 hr in 100 μg/L bromate solution.The surface characteristics of PACs and bromide formation revealed that both physical and chemical PACs properties simultaneously affected the adsorptionreduction process.Under acidic conditions,PAC S possessed high zeta value and adequate basic groups and exhibited neutral or positive charges,promoting BrO 3 adsorption-reduction on the carbon surface.Interestingly,the PAC S thermally deoxidized in N 2 atmosphere optimized their properties,e.g.increasing their zeta values and decreasing the oxygen content which accelerated the BrO 3 removal rate.The maximum adsorption capacity of fruit-based carbon was the highest among all tested carbons (99.6 mg/g),possibly due to its highest pore volume.Remarkably,the thermal regeneration of PACs in N 2 atmosphere could completely recover the adsorption capacity of PACs.The kinetic data obtained from carbons was analyzed using pseudo second-order and intraparticle diffusion models,with results showing that the intraparticle diffusion was the more applicable model to describe adsorption of BrO 3 onto PACs.     

Effect of Na+ impregnated activated carbon on the adsorption of NH4+-N from aqueous solution

Two kinds of activated carbons modified by Na+ impregnation after pre-treatments involving oxidation by nitric acid or acidification by hydrochloric acid (denoted as AC/N-Na and AC/HCl-Na, respectively), were used as adsorbents to remove NH4+-N. The surface features of samples were investigated by BET, SEM, XRD and FT-IR. The adsorption experiments were conducted in equilibrium and kinetic conditions. Influencing factors such as initial solution pH and initial concentration were investigated. A possible mechanism was proposed. Results showed that optimal NH4+-N removal efficiency was achieved at a neutral pH condition for the modified ACs. The Langmuir isotherm adsorption equation provided a better fit than other models for the equilibrium study. The adsorption kinetics followed both the pseudo second-order kinetics model and intra-particle kinetic model. Chemical surface analysis indicated that Na+ ions form ionic bonds with available surface functional groups created by pre-treatment, especially oxidation by nitric acid, thus increasing the removal efficiency of the modified ACs for NH4+-N. Na+-impregnated ACs had a higher removal capability in removing NH4+-N than unmodified AC, possibly resulting from higher numbers of surface functional groups and better intra-particle diffusion. The good fit of Langmuir isotherm adsorption to the data indicated the presence of monolayer NH4+-N adsorption on the active homogenous sites within the adsorbents. The applicability of pseudo second-order and intra-particle kinetic models revealed the complex nature of the adsorption mechanism. The intra-particle diffusion model revealed that the adsorption process consisted not only of surface adsorption but also intra-particle diffusion.     

含溴水臭氧化过程阴离子对溴酸盐生成的影响

为研究常见无机阴离子对含溴水臭氧化过程溴酸盐(Br O-3)生成的影响,本研究通过小试分别考察了不同质量浓度氯离子(Cl-)、碳酸氢根离子(HCO-3)和硫酸根离子(SO2-4)对Br O-3生成的影响,并结合反应过程臭氧衰减、中间产物次溴酸/次溴酸根离子(HOBr/OBr-)生成及总溴浓度变化情况,进一步分析了这3种无机阴离子对Br O-3生成的影响机制.结果表明,以60 min为例,Cl-质量浓度为3~150 mg·L-1的水样Br O-3生成量相对于未投加Cl-条件降低了8.8%~25.7%;反应20min时,SO2-4质量浓度从0 mg·L-1增至30 mg·L-1时,Br O-3生成量减少了63.9%;而当HCO-3质量浓度由0 mg·L-1上升至30 mg·L-1时,Br O-3生成量增加了6.4倍,其质量浓度超过30 mg·L-1,继续投加HCO-3对Br O-3生成量的促进作用提高不大.研究表明,在相同的臭氧投加量和相同的反应时间下,投加Cl-和SO2-4均能抑制臭氧化过程Br O-3的生成,而投加HCO-3能极大地促进Br O-3的生成.     

氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭除磷性能

通过共沉淀法将氢氧化镧固定在高介孔率的稻壳生物炭上,重点研究了生物炭孔结构、溶液pH和共存物质对氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭吸附磷酸盐的影响.结果表明,镧负载量与生物炭介孔率呈正相关,生物炭介孔率越高,对磷酸盐的吸附速率越快,镧浸出量越低.吸附过程符合伪二级动力学模型,且受颗粒内扩散控制.Langmuir模型能够较好地描述氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭对磷酸盐的吸附过程,理论最大吸附量分别为41.22、43.26和45.62 mg·g^-1,镧利用率较高,P/La量比均大于1.5.此外,氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭能在pH 3~9的范围内有效吸附磷酸盐.共存物质影响实验表明,氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭对磷酸盐表现出良好的选择吸附性,共存Ca²⁺会强化其对磷酸盐的吸附,而共存Mg²⁺则会抑制吸附过程.     

钛酸盐纳米管对水中氨氮的吸附特性

以P25和Na OH为原料,采用水热法制备钛酸盐纳米管(TNTs),利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对材料的组成和形貌进行表征,通过其对水中氨氮的静态吸附实验,考察TNTs对水中氨氮的吸附特性及规律.结果表明碱浓度为10mol·L-1时,可以获得管长约120 nm,管径约为8 nm的钛酸盐纳米管,其对氨氮的平衡吸附量达到10. 67 mg·g-1. p H值介于3～8时,TNTs能有效地吸附水中的氨氮.吸附过程在1 h基本达到平衡,符合准二级动力学方程.颗粒内扩散方程拟合结果发现,TNTs对氨氮的吸附过程由表面吸附和颗粒内扩散共同控制. Temkin方程能较好地描述TNTs对氨氮的吸附行为.热力学实验表明钛酸盐纳米管对氨氮的吸附是自发进行的吸热过程.共存阴阳离子对氨氮的吸附具有抑制作用,分别表现为SO_4~(2-) Cl~- H_2PO_4~-、K~+ Na~+ Ca~(2+).再生的钛酸盐纳米管对氨氮循环吸附5次仍有88. 64%的吸附效果.红外光谱(FT-IR)研究表明钛酸盐纳米管对氨氮的吸附机制是TNTs层间的Na~+与溶液中的NH_4~+之间发生离子交换.钛酸盐纳米管的优良循环使用性能和大吸附容量使得其能有效地去除水中氨氮.     

碳基吸附剂对典型有机防晒剂二苯甲酮-3的吸附性能及热力学研究

针对环境水体中药物及个人护理用品(PPCPs)的污染问题,选择在环境水体中存在的有机紫外防晒剂二苯甲酮-3(BP-3)作为典型污染物,以颗粒活性炭(GAC)、粉末活性炭(PAC)和碳纳米管(CNT)作为吸附剂,考察吸附剂对BP-3的吸附性能、吸附特性和吸附热力学.结果表明:吸附性碳材料对BP-3具有良好的吸附性能,3种碳材料的最大吸附容量排列为:PACGACCNT,其中,PAC的单层最大吸附容量为450.36mg·g-1.Freundlich、Redlich-Peterson和Temkin吸附等温线方程能够较好地拟合吸附数据,Langmuir吸附等温线方程对PAC的吸附拟合效果较好,而对粒径较大的吸附剂(GAC、CNT)的拟合效果不理想.PAC、GAC的吸附过程可以采用一级动力学或者二级动力学模型拟合,而CNT适合采用一级动力学模型来描述.吸附热力学分析表明,PAC、GAC和CNT对BP-3的吸附过程都是自发进行的,其中,PAC和GAC的吸附过程是吸热的,升高温度有利于吸附反应的进行;而CNT的吸附过程是放热的.     

质子化交联壳聚糖对水中高氯酸根的吸附特性研究

通过合成质子化交联壳聚糖,采用静态试验方法对水中高氯酸根(ClO4-)的吸附效果及机制进行了研究,考察了pH、温度和初始浓度对吸附过程的影响以及吸附剂的重复使用性能.结果表明,质子化交联壳聚糖吸附ClO4-过程属放热反应;当pH在3.0~6.0之间时,对ClO4-均有较好的吸附作用;随着ClO4-初始浓度的增加,吸附容量增加,当初始浓度为100 mg.L-1时,吸附容量在34.39~37.98 mg.g-1之间;当ClO4-为400 mg.L-1时,吸附容量达128.78 mg.g-1.质子化交联壳聚糖对水中ClO4-的吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,ClO4-在质子化交联壳聚糖小球上的吸附过程中化学吸附为速率控制步骤.质子化交联壳聚糖小球可在pH为12.8的NaOH溶液中再生,反复使用10次其吸附容量无明显变化,表现出较好的吸附/解吸性能,这为有效地去除水中的ClO4-提供了新的方法.     

Removal of ammonium ion from water by Na-rich birnessite: Performance and mechanisms

Na-rich birnessite (NRB) was synthesized by a simple synthesis method and used as a high-efficiency adsorbent for the removal of ammonium ion (NH₄⁺) from aqueous solution. In order to demonstrate the adsorption performance of the synthesized material, the effects of contact time, pH, initial ammonium ion concentration, and temperature were investigated. Adsorption kinetics showed that the adsorption behavior followed the pseudo second-order kinetic model. The equilibrium adsorption data were fitted to Langmuir and Freundlich adsorption models and the model parameters were evaluated. The monolayer adsorption capacity of the adsorbent, as obtained from the Langmuir isotherm, was 22.61 mg NH₄⁺-N/g at 283 K. Thermodynamic analyses showed that the adsorption was spontaneous and that it was also a physisorption process. Our data revealed that the higher NH₄⁺ adsorption capacity could be primarily attributed to the water absorption process and electrostatic interaction. Particularly, the high surface hydroxyl-content of NRB enables strong interactions with ammonium ion. The results obtained in this study illustrate that the NRB is expected to be an effective and economically viable adsorbent for ammonium ion removal from aqueous system.     

CTAC改性膨润土吸附去除水体中高氯酸盐的离子交换性能研究

选用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)改性膨润土以提高膨润土对ClO4-的吸附能力.试验结果表明,CTAC改性能显著提高膨润土对ClO4-的吸附能力,在0.1～l mmol·L-1的C1O4-溶液中,6h内能迅速达到吸附平衡.有机膨润土对ClO4-的吸附最符合Langmuir等温吸附模型,其吸附容量可达0.48 mmol·g-1.pH值在4～10范围内变化对ClO-的吸附几乎没有影响.高的分配系数(Kd＞1.5×103cm3·g-1)表明有机膨润土对ClO4-有很高的选择性,各阴离子的分配系数从小到大的顺序为HPO42-＜ SO42-＜ NO3-＜ ClO4-,这与阴离子的自由水合能大小相一致.1 mol·L-1 HCl溶液对吸附剂的再生效率在96％左右,可直接使用,不用再改性.