磁性纳米吸附剂Fe3O4·ZrO(OH)2的合成及对水中氟和砷的吸附性能

用共沉淀法将ZrOCl2·8H2O包裹在磁性纳米Fe3O4表面,合成了一种针对高浓度含砷含氟废水的高效新型磁性纳米吸附剂Fe3O4·ZrO(OH)2.研究考察了吸附剂对氟和砷的吸附容量、反应平衡时间以及pH对吸附效果的影响.实验表明,磁性纳米Fe3O4·ZrO(OH)2吸附剂对水中F-和As(Ⅲ/Ⅴ)等温吸附模型符合Langmuir和Freundlich模型.对溶液中总氟和总砷的吸附容量分别可达70.42 mg/g和133.33 mg/g.通过拟二级动力学方程可得知吸附过程在20 min左右即可达到平衡.随着pH的不断增加,吸附剂对氟的吸附容量逐渐降低,而对砷的吸附量则是先增加后减少.     

二氧化钛颗粒制备及其对水中三价砷的去除

以硫酸氧钛和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过冰水浴法制备了二氧化钛(TiO2)颗粒,并研究了其对砷的吸附性能。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对TiO2颗粒进行了表征,结果表明,吸附剂为锐钛矿结构,比表面积246 m2/g。TiO2颗粒对模拟地下水中砷(Ⅲ)的吸附动力学研究表明,吸附过程符合准二级动力学。采用Langmuir和Freundlich方程对吸附平衡数据进行了拟合,结果表明,吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量为22.3 mg/g。TiO2颗粒对三价砷的吸附在pH为9.1时吸附量最大,吸附受CO23-影响较大。将110 g TiO2颗粒装备成过滤滤壶,对山西地下水(总砷含量190μg/L)进行了除砷实验,经过3 600柱体积后,滤液中砷浓度低于10μg/L,符合国家饮用水标准。     

天然锰砂去除水中的砷

天然锰砂是一种廉价、高效的水处理用材料,但尚未用于水中砷的去除。实验研究了反应时间、砷形态、初始砷浓度、温度、溶液初始pH对吸附过程的影响。结果表明,天然锰砂对As(Ⅲ)的吸附能力大于As(Ⅴ)。25℃时,固液比为10 g/L的条件下,天然锰砂对初始浓度为5.0 mg/L的砷溶液吸附过程经72 h基本达到平衡,平衡时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达到94.5%和85.9%。吸附过程符合Lagergren准一级反应动力学模型和假二级反应动力学模型。相比之下,假二级动力学模型拟合程度更高。对As(Ⅲ)和As(Ⅴ),45℃时的吸附量均大于25℃时。不同温度下,天然锰砂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。在溶液初始pH为3～10范围内,锰砂对砷的吸附能力受pH的影响较小。实验结果表明,天然锰砂是一种具有实际应用潜力的除砷材料。     

As(V)在金红石TiO_2颗粒表面吸附特性及机理

通过静态动力学和热力学吸附实验,研究了温度、共存离子以及溶质的初始浓度对As(V)在金红石TiO2颗粒表面吸附的影响,探讨了As(V)在金红石TiO2颗粒表面吸附特性及机理。结果表明,在As(V)初始浓度为10 mg/L,pH为7的条件下,25℃时的吸附量0.41 mg/g高于30℃时的吸附量0.31 mg/g,As(V)在金红石TiO2上的吸附为放热过程。CaCl2和MgCl2的添加对As(V)在金红石TiO2表面吸附起到明显的促进作用。T=25℃,Ca2+或Mg2+浓度为10 mmol/L时,As(V)吸附量分别为0.64和0.56 mg/g,Ca2+比Mg2+对As(V)吸附促进作用强。As(V)在金红石TiO2的吸附等温线符合Frendlich方程,Lagergren二级动力学方程能较好地描述As(V)在金红石TiO2颗粒表面吸附的动力学过程。     

天然有机物对颗粒活性炭吸附微囊藻毒素的影响研究

通过改变水体中天然有机物(NOM)、腐殖酸(HA)浓度以及pH,测定了不同条件下颗粒活性炭(GAC)吸附微囊藻毒素MCLR的容量变化,研究了NOM对GAC吸附MCLR的影响。结果表明,GAC吸附MCLR的过程中,低浓度溶液中的吸附速率要高于高浓度溶液,且准一级动力学和准二级动力学方程均能较好地描述GAC吸附MCLR的过程;当溶液中含17.6 mg/LNOM或10.0 mg/L HA时,GAC对MCLR的最大吸附容量从17.06μg/g分别降低至13.68、12.89μg/g;GAC对MCLR的平衡吸附容量(qe)随NOM浓度的升高而逐渐降低,但当溶液中NOM超过一定值时,NOM浓度再升高对GAC吸附MCLR的影响程度变化不大,NOM从10.0 mg/L升高至17.6 mg/L时,qe仅降低了0.31μg/g;在中性或偏碱性水体中,HA对GAC吸附MCLR的干扰相对于酸性水体中更小,通过改变溶液pH来改变HA的带电性,对GAC吸附MCLR的影响总体较小。     

模拟酸雨对氧化锰吸附砷(Ⅲ)的解吸行为研究

以合成的氧化锰为吸附剂研究了酸雨pH值、酸雨离子强度、解吸时间和解吸次数等因素对模拟酸雨解吸砷(Ⅲ)的影响。实验结果表明:氧化锰对砷(Ⅲ)吸附容量较大,等温平衡吸附量为:48.38 mg/g。模拟酸雨的pH值与离子强度对砷(Ⅲ)的解吸影响不大;解吸反应在90 min后基本达到平衡,平衡解吸量为2.69×10-2mg/g;随解吸次数的增加解吸量变化不大。氧化锰对砷(Ⅲ)的吸附主要是专性的配位吸附,吸附砷(Ⅲ)后难以被模拟酸雨解吸。     

除氟活性铝氧化物(AlO_xH_y-F_n)的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(Ⅴ))吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218.88 m2/g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ),且反应24 h后的平衡吸附量分别为0.60和3.41 mg/g,朗格缪尔模型可以很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最大吸附容量分别为13.63和63.27 mg/g;AlOxHy-Fn在pH=4~10范围内对As(Ⅴ)去除率在90%以上,As(Ⅲ)在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32%以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附有重要影响,电负性As(Ⅴ)较电中性As(Ⅲ)更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低(0.40 mg/g),过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As(Ⅴ)吸附量之间有明显正相关关系(R2=0.97),但与As(Ⅲ)吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4~10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是提高去除效果的重要手段。     

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。     

麦秆对水中扑草净的吸附性能研究

农业秸秆富含纤维素、木质素等组分,是良好的吸附材料。采用麦秆作为吸附剂,其对浮油及溶解油具有良好吸附效果。选用麦秆为吸附剂,探究其对扑草净的吸附效果。主要考察麦秆粒径、投加量、振荡频率、扑草净初始质量浓度4种因素对吸附的影响,研究麦秆对扑草净的吸附等温线和吸附动力学过程,并采用正交实验对影响吸附的因素进行优化。结果表明:(1)麦秆可有效降低废水中扑草净浓度,在振荡频率150r/min、麦秆粒径250~500μm、投加量0.500 0g、吸附300min时,扑草净初始质量浓度由5.20mg/L降至3.22mg/L,去除率为38.08%。(2)单因素吸附平衡实验表明,随麦秆粒径增加(150~4 000μm),其比表面积减小,平衡吸附量随之减小,麦秆粒径150~250μm时平衡吸附量为0.192 0 mg/g,显著大于1 700~4 000μm时的平衡吸附量(0.059 3mg/g);随麦秆投加量增加(0.100 0~1.000 0g),去除率随之提高,平衡吸附量与之相反,0.100 0g投加量时平衡吸附量为0.222 0mg/g;随着振荡频率加剧,麦秆在水中扩散增强,与扑草净碰撞几率增加,振荡频率250r/min时平衡吸附量为0.191 0mg/g;随扑草净初始质量浓度增加(1.03~6.18mg/L),平衡吸附量随之增加,初始质量浓度为6.18mg/L,平衡吸附量为0.226 0mg/g。(3)分别以Henry型、Langmuir型、Freundlich型吸附等温式进行拟合,资料表明,以Henry型吸附等温式较适宜描述该吸附过程。(4)采用伪一级动力学方程、伪二级动力学方程、Elovich经验方程、颗粒内扩散方程分析吸附动力学过程,以伪二级动力学方程较符合。(5)在振荡频率为150r/min、初始质量浓度为2.00mg/L、麦秆粒径为250~500μm、投加量为0.700 0g时,扑草净最佳去除率为47.80%。     

山阴地区浅层沉积物中砷的分布特征及吸附行为

本文通过室内实验的方法,对山阴高砷地下水地区不同浅层沉积物中砷的分布特征及吸附行为进行了研究。结果表明：研究区内饮用水浓度高,病情重。浅层承压含水层中的砷含量平均值为290 mg/kg,在17.4～22.7 m段的平均值达643 mg/kg,22.7～25.8 m段的平均值为115 mg/kg,25.8 m以下的平均值为212 mg/kg。As（Ⅲ）、As（Ⅴ）在4种沉积物表面上的动力学吸附过程均符合Lagergren模型,相关系数达0.9以上。沉积物对As（Ⅴ）的吸附速率较As（Ⅲ）快,但As（Ⅲ）在沉积物中的吸附比As（Ⅴ）稳定。4种含水层介质对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附速率依次为粘土〉亚粘土〉粉砂〉中砂。吸附动力学吸附过程符合二级速率方程。Freundlich方程和Langmuir方程对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附过程拟合性最佳,相关系数均在0.95以上。沉积物对As（Ⅲ）吸附的最佳pH在7～8范围内,As（Ⅴ）吸附的最佳pH在5～6左右。此外,沉积物对砷的吸附性能主要受沉积物颗粒大小、矿物成分等因素综合作用的影响,而非各组分吸附砷的简单加和。     

海藻酸钠微胶囊负载纳米铁吸附水中的As(Ⅴ)

利用本实验所制备的海藻酸钠微胶囊负载纳米零价铁材料(M-NZVI)对水中不同浓度的As(V)进行了吸附去除研究,并比较了不同材料的吸附等温曲线。实验结果表明,2 g/L M-NZVI在pH=6.5±0.1,常温常压条件下对5 mg/L的As(V)的吸附去除率为90.35%,吸附速率较快,在30 min即可达到吸附平衡。通过M-NZVI、Ca-ALG和NZVI的热力学对比实验可知,M-NZVI表现出优越的吸附性能。溶液吸附剂添加量、初始pH值、离子浓度等因素对M-NZVI吸附水中砷离子的效率有一定影响:在其他条件不变的情况下,As(V)的去除率随着添加量的增加而逐渐增大;M-NZVI对As(V)的最佳吸附效果在pH=6~7范围之间;溶液中高浓度Na Cl能对M-NZVI的吸附性产生较强的干扰。同时,对于As(V)≤5mg/L的溶液,M-NZVI可以不做任何处理多次利用3~4次。这些结果显示,M-NZVI是一种用于原位修复重金属污染水体的潜在理想材料。     

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。     

硫酸钛混凝去除无机砷(Ⅲ)的效能

使用硫酸钛作为混凝剂,研究了混凝去除As(Ⅲ)过程中溶液pH值、混凝剂投加量、砷的初始浓度以及阴离子对除砷效果的影响.硫酸钛的水解沉淀物颗粒等电点为pH =5;当pH =6时,水解沉淀物的粒径最大.在pH =5 ～8范围内,As(Ⅲ)的去除率高且基本稳定;而沉淀物颗粒Zeta电位降低较大.说明水解沉淀物Zeta电位对As(Ⅲ)的去除影响不大.混凝剂投加量为2.5 ～10 mg/L时,As (Ⅲ)的去除率随投加量的增加而显著增加;混凝剂投加量大于15 mg/L时,As(Ⅲ)去除率随混凝剂投加量的增加变化趋于平缓.水中阴离子(硅酸根和磷酸根离子)的存在会降低混凝对As (Ⅲ)的去除效率.     

As（V）在金红石TiO2颗粒表面吸附特性及机理

通过静态动力学和热力学吸附实验，研究了温度、共存离子以及溶质的初始浓度对As（V）在金红石TiO2颗粒表面吸附的影响，探讨了As（V）在金红石TiO2颗粒表面吸附特性及机理。结果表明，在As（V）初始浓度为10mg／L，pH为7的条件下，25℃时的吸附量0．41mg／g高于30℃时的吸附量0．31mg／g，As（V）在金红石TiO，上的吸附为放热过程。CaCl2和MgCl2的添加对As（V）在金红石TiO2表面吸附起到明显的促进作用。T=25℃，Ca2＋或Mg2＋浓度为10mmol／L时，As（V）吸附量分别为0．64和0．56mg／g，Ca2＋比Mg2＋对As（V）吸附促进作用强。As（V）在金红石TiO2的吸附等温线符合Frendlich方程，Lagergren二级动力学方程能较好地描述As（V）在金红石TiO2颗粒表面吸附的动力学过程。     

亚甲基蓝表面修饰纳米TiO2降解造纸废水动力学

以亚甲基蓝(MB)作为表面修饰剂,采用简单的化学吸附法制备亚甲基蓝表面修饰的纳米TiO2光催化剂(TiO2-MB)。经表面修饰后,TiO2-MB光催化剂波长响应范围红移至可见光区575 nm处。探讨了光催化剂量、光照时间和溶液pH值对TiO2-MB光催化降解造纸废水的影响;研究了纳米TiO2-MB对造纸废水的暗吸附规律和光降解性能。结果表明:纳米TiO2-MB对造纸废水的吸附规律都较好地符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型,属于吸热反应;光催化降解动力学符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型。在160 W高压汞灯光照80 min,3.0 g/L纳米TiO2-MB光催化降解pH=2.0的造纸废水(COD:2 069.8 mg/L),COD去除率可达94.7%,处理效果远高于避光条件下。光催化剂经8次使用仍具有较高的催化活性。     

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)。     

钢渣与高岭石、有机肥混合对As(Ⅲ)的吸附特性研究

以高岭石、钢渣和有机肥为对象,研究单一和混合材料对As(Ⅲ)的吸附能力对比,并结合吸附等温线、吸附动力学等研究混合材料对As(Ⅲ)的吸附特性。结果表明:(1)适合的材料混合能提升单一材料对于As(Ⅲ)的吸附能力。材料单一使用时,钢渣对As(Ⅲ)的去除效果最好,去除率达65.0%;在混合材料中,钢渣/有机肥(质量比1/2,以c12表示)和钢渣/高岭石/有机肥(质量比2/1/1,以S211表示)对As(Ⅲ)有较好吸附效果。c12对As(Ⅲ)的去除率达到78.2%,最大吸附量为3.907mg/g,S211对As(Ⅲ)的去除率达到66.1%。(2)钢渣单一及与其他材料复配后对As(Ⅲ)的吸附都是一个先快后慢的过程,具有"快速吸附、缓慢平衡"的特点,随着平衡浓度的增加,吸附逐渐趋于平衡。钢渣吸附As(Ⅲ)溶液的行为主要符合一级动力学模型和Langmuir方程;c12和S211对As(Ⅲ)的吸附适于二级动力学模型和Langmuir方程,说明钢渣及复配材料均为单层分子吸附,在材料混合后主要以化学吸附为主。     

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...     

改性板栗壳CACS对Cr(Ⅲ)的吸附性能

以板栗壳为原料,经过柠檬酸改性后制备成重金属吸附材料CACS,通过考察初始p H值、吸附剂投加量等因素对模拟废水中Cr(Ⅲ)去除率的影响,以及吸附动力学过程和等温吸附特征,分析探讨CACS对水中Cr(Ⅲ)的吸附特性及吸附机理。结果表明,p H为4.0,吸附剂投加量为1 g/L时,CACS对Cr(Ⅲ)的饱和吸附容量达33.4 mg/g;与未改性板栗壳CS相比,吸附容量提高了49.5%;吸附过程符合准二级动力学模型,表明吸附速率受化学吸附控制,吸附等温规律遵从Langmuir模型,表明吸附过程主要是表层吸附;结合吸附前后的扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)的图谱分析,推断改性板栗壳CACS对Cr(Ⅲ)的吸附存在表面吸附、静电引力、络合和离子交换作用,而羟基和羧基与Cr(Ⅲ)发生配位作用可能是吸附量提高的主要原因。     

改性锰矿的除砷性能研究

利用共沉淀—煅烧法对天然锰矿进行改性,研究了铁锰摩尔比(Fe/Mn)、pH、温度、共存离子对改性锰矿除砷效果的影响。采用X射线荧光光谱(XRF)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对其进行表征,探究改性锰矿除砷机理。结果表明:(1)Fe/Mn为12∶1时对As(Ⅲ)有最大去除率(88.63%),4∶1时对As(Ⅴ)有最大去除率(84.25%)。(2)弱酸性、中性及弱碱性的溶液反应环境有助于改性锰矿对砷的吸附。(3)Ca~(2+)促进砷吸附,HCO_3~-抑制砷吸附。(4)改性锰矿对砷的吸附过程符合Langmuir吸附等温方程和二级动力学方程。(5)可利用Na_2CO_3溶液对改性锰矿进行再生解吸,再生5次后的改性锰矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别为81.27%、75.99%。