载铁活性炭烧结滤芯的制备及其除砷性能

为实现高砷地下水分布区居民饮用水高效除砷,通过氧化法对椰壳活性炭进行载铁改性处理,采用成型活性炭烧结加工工艺,制备高效除砷滤芯。结果表明:所制得的长度为25.4 cm的除砷滤芯可将初始浓度为500μg·L~(-1)的高砷水,以1 L·min~(-1)的流量过滤处理为砷含量在10μg·L~(-1)以下的安全饮用水,使用寿命达260 L,相对于普通活性炭烧结滤芯,使用寿命提高了4倍;通过SEM和EDS分析,改性处理后的活性炭表面负载了铁的氧化物,导致其对砷的吸附能力提高了50%;同时滤芯加工过程中的高压处理使得载铁活性炭颗粒之间呈片状紧密堆叠在一起,含砷溶液透过致密活性炭层中的5～20μm孔隙时,溶液中的砷与活性炭及铁的氧化物接触而被吸附去除。该滤芯可应用于高砷地下水分布区居民家庭分散式净水除砷。     

葡萄籽提取液还原制备生物炭负载纳米铁对水中As(Ⅲ)的去除性能及机理

利用植物提取液绿色合成的纳米铁,具有绿色环保、成本低廉等优点。本文采用葡萄籽提取液作为还原剂和稳定剂,风车草生物炭为载体,制备了生物炭负载纳米铁(CBC-nZVI),用于去除废水中的As(Ⅲ)。结果表明,纳米铁(nZVI)成功负载于生物炭表面,具有较大的比表面积和孔体积;随着反应时间的延长,溶液温度的升高,CBC-nZVI投加量的增加和溶液初始pH的增大,CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附量不断增大;Langmuir等温吸附模型能更准确地描述CBC-nZVI对As(Ⅲ)吸附行为,CBC-nZVI对As(Ⅲ)去除过程符合准二级动力学模型,表明CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附是单层吸附,以化学吸附为主。ESR表征结果表明CBC-nZVI在有氧反应体系中生成了·OH,反应过程中,As(Ⅲ)大部分被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),通过吸附、氧化还原和共沉淀实现As(Ⅲ)的最终去除。     

三价铁改性活性炭对水中微量砷的吸附特性

研究了三价铁改性对不同活性炭(颗粒和粉末)对水中砷的吸附特性的影响。结果表明,三价铁改性有效提高了活性炭对不同形态砷的吸附性能。其中,对于2种活性炭,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳铁离子改性浓度分别为0.1和0.05 mol/L。此时,通过Langmuir等温线方程拟合得到:粉末和颗粒活性炭对As(Ⅲ)的最大吸附量qm分别为2.38 mg/g和9.39 mg/g;而对As(Ⅴ)的qm分别为5.12 mg/g和2.32 mg/g。此外,当溶液的p H从3升高到9的过程中,吸附量先增加后有所下降,当p H为7时,改性前后的活性炭对砷的吸附量达到最高。     

改性铁覆膜砂的制备及吸附性能研究

制备了4种改性铁覆膜砂,并对其吸附性能进行了全面的实验,分析比较了4种改性剂的作用和效果.实验中发现,添加改性剂对铁覆膜砂吸附性能的促进作用各不相同,改性剂和铁氧化物的性质共同决定了改性铁覆膜砂的性质.吸附等温线和连续动态过滤实验结果表明,活性炭和硅藻土对提高铁覆膜砂吸附性能有促进作用,但膨润土和粉煤灰的作用不明显,甚至还可能降低吸附容量.活性炭改性铁覆膜砂的吸附等温式符合Langmuir模型,硅藻土改性铁覆膜砂、膨润土改性铁覆膜砂和粉煤灰改性铁覆膜砂对Langmuir模型和Freundlich模型都有较好的相关性.改性铁覆膜砂对天然有机物(NOM)的吸附属于单分子层吸附,吸附的主要机理为静电相互作用、配位交换-表面络合作用和疏水/憎水作用等.溶液pH值对改性铁覆膜砂吸附NOM有很大的影响,表现为低"pH值去除效率高,高pH值去除效率低"的特点,其变化规律取决于添加物质的性质.磷酸盐会和腐殖酸在改性铁覆膜砂表面产生竞争吸附,磷酸盐对粉煤灰改性铁覆膜砂的吸附能力影响最大.     

铁改性竹炭去除水中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

利用竹炭负载铁氧化物制备了复合吸附剂,并用粉末X射线衍射对负载的铁进行了表征。通过静态吸附实验,对比研究了改性竹炭对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性。结果表明,载铁竹炭对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳吸附pH分别为8和2。改性竹炭对砷阴离子的吸附过程可符合准二级动力。Freundlich等温方程式能很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在改性竹炭上的吸附。在相同初始浓度和吸附剂投加量下,改性竹炭对As(Ⅴ)的吸附量大于As(Ⅲ)。     

氨基复合铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附性能与机理

用氯化十六烷基三甲铵(Cetyltrimethylammonium chloride,CTAC)修饰铁氧化物Fe_2O_3,得到氨基复合的铁氧化物纳米材料(Fe_2O_3@CTAC)并研究了其对As(Ⅴ)的吸附去除性能及机理。CTAC修饰不会改变Fe_2O_3的物理化学结构,而形成的Fe_2O_3@CTAC不仅可以通过铁氧化物表面络合作用吸附As(Ⅴ),复合材料表面的氨基也可以通过静电作用吸附As(Ⅴ)。因而复合材料对As(Ⅴ)的吸附去除效果显著提升,饱和吸附容量可以达到23.13 mg·g~(-1)。Fe_2O_3@CTAC吸附As(Ⅴ)可以在2 min内达到平衡,符合拟二级动力学模型和two-site Langmuir模型。在pH为3~9的范围内,Fe_2O_3@CTAC均能有效吸附去除As(Ⅴ),去除率均能达到90%以上。天然有机质和硫酸根、碳酸氢根、硅酸根对As(Ⅴ)在Fe_2O_3@CTAC上的吸附没有明显的抑制作用。磷酸根由于与As(Ⅴ)存在竞争吸附作用而抑制As(Ⅴ)的吸附,然而在通常水体磷酸根浓度条件下,Fe_2O_3@CTAC对As(Ⅴ)的去除率依然达到90%以上。此外,Fe_2O_3@CTAC可以再生并重复利用,经过5次循环利用后As(Ⅴ)的去除率能够保持在85%以上。     

不同铁锰比例天然锰矿的改性及对As(Ⅲ)吸附和氧化的行为与机制

砷污染地下水和废水严重影响人体健康和生态环境,开发新型砷污染水体的修复材料具有重要意义。含铁锰矿来源广,具有较高的砷吸附容量和氧化特性,常用于吸附去除水体砷污染。但是,天然铁锰矿成分复杂,杂质含量多,对砷的吸附容量小,通常需要改性以提高其除砷性能。以不同铁锰含量比例的天然锰矿为材料,研究了水合肼改性法提高天然铁锰矿砷吸附容量的效果,采用批处理法研究了影响改性铁锰矿吸附砷的过程和影响因子,并结合XPS和FTIR等光谱学手段探究改性天然铁锰矿对As(Ⅲ)的去除机制。结果表明,两种不同铁锰比例的改性天然铁锰矿对砷的吸附容量分别为30.9 mg·g^-1和12 mg·g^-1,远高于未改性的材料。改性后的材料对As(Ⅲ)的吸附过程符合二级动力学模型,等温吸附曲线符合Freundlich模型。影响因子结果表明,共存离子PO₄^3-、SiO₃^2-、CO₃^2-对不同铁锰比改性材料去除As(Ⅲ)均有抑制作用。4种材料的pHpzc均小于...     

Zr-Fe双组分复合除砷吸附剂的优化制备及性能评价

实验发现,铁氧化物或铁的羟基氧化物对As(V)有较好的吸附性能,而锆氧化物或锆水合氧化物则对As(Ⅲ)有优异的吸附选择性,但其使用的pH通常要在9的条件下。通过简单的共沉淀法制备了Zr-Fe双组分复合吸附剂,在制备过程中通过优化制备条件如:沉淀剂浓度、金属离子总浓度、金属离子配比、反应温度、反应时间及吸附剂价格等因素,最终合成出了对As(V)和As(Ⅲ)都具有良好吸附能力的吸附剂。这种吸附剂在中性条件下对As(V)和As(Ⅲ)的最大吸附量为62 mg/g和118 mg/g。     

5种铁氧化物去除As(V)性能的比较研究

为了从铁氧化物中筛选得到潜在经济有效的除砷材料,对5种铁氧化物去除As(V)的性能进行了比较研究。吸附实验结果表明,其吸附容量依次为施氏矿物四方纤铁矿水铁矿赤铁矿针铁矿,其吸附过程均符合准二级动力学,约24 h时吸附达到平衡。其中,pH=5时,施氏矿物的吸附容量达到83 mg/g。分别投加500 mg/L和300 mg/L的施氏矿物,可将含砷1.484 mg/L和0.850 mg/L、高TOC含量和高pH特征的模拟配水砷浓度降至0.01 mg/L以下。鉴于施氏矿物良好的吸附除砷性能,进一步通过SEM、FTIR和电位滴定对其表面特性进行了深入研究,结果显示,本研究中制备的施氏矿物存在结构性或表面吸附的SO42-,其(质子)表面位密度约为4.32个/nm2,表面质子化常数pK1为4.60,pK2为-8.98。     

石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁对As(Ⅲ)的去除

以氧化石墨烯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制得石墨烯/二氧化硅复合材料(GS),以GS为基体,采用液相还原法,得到石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁(NZVI/GS),将其用于水中As(Ⅲ)的吸附研究。通过XRD、TEM、BET、Zeta电位等表征手段对NZVI/GS进行表征。探讨不同反应条件对NZVI/GS的吸附影响,并进行动力学方程和吸附等温线方程拟合。结果表明,NZVI/GS对As(Ⅲ)具有良好的去除效果,当初始溶液pH为6~8,投加量为0.4 g·L~(-1),反应温度为35℃,砷初始浓度为2 mg·L~(-1)时,NZVI/GS对As(Ⅲ)的去除率高达99.81%。通过Langmuir等温吸附方程得到NZVI/GS对As(Ⅲ)最大吸附量55.93 mg·g~(-1)。