离子交换树脂在环境保护中的应用 第三讲 吸附树脂

吸附树脂是离子交换领域近几年才发展起来的一类新型多孔性树脂,也叫做多孔小白球。这种树脂具有多孔性的网状结构,包含有巨大的吸附表面,所以它的性能就象活性炭、硅胶、氧化铝和硅藻土等吸附剂一样,但它同时又具有一般的离子交换树脂的优点,能够用化学药     

多孔材料负载KHCO_3吸附剂的结构表征

为了探究活性炭颗粒、分子筛、活性氧化铝颗粒3种多孔材料负载KHCO3后负载率及孔径情况,实验对负载KHCO3的3种材料进行了结构表征,着重对KHCO3负载率、多孔材料负载前后比表面积、总孔容积以及附着情况展开研究。通过氮吸附进行分析,发现活性炭负载后比表面积变小,负载率与比表面积成反比,但大于其他2种多孔材料。总孔容积在负载后同样都有所下降,活性炭下降幅度最小,活性炭主要被活性组填充了0¹00 nm之间的孔,而分子筛与氧化铝主要被填充了0100 nm之间的孔,而分子筛与氧化铝主要被填充了0²50 nm的孔;利用扫描电镜和等高图分析KHCO3负载后在多孔材料上的附着情况,发现活性炭不仅孔隙表面附着颗粒,而且内部也粘附了许多类似结晶结构的碎屑及晶状体,同时还能看清活性炭孔径轮廓,孔径没有堵塞的现象,而分子筛和氧化铝负载之后,有大量的颗粒碎屑堆积在表面,已看不清楚表面轮廓,有堵塞孔径的现象。     

表面憎水性活性炭的制造和表征

活性炭是一种应用广泛的吸附催化剂,具有发达的空隙结构和巨大的比表面积,在环境污染处理,尤其是去除废水中有机污染物等方面,具有广泛的应用。但是,通常在活性炭的活化过程中,活性炭表面产生一些亲水性的基团,使其吸附废水中有机污染物量减少。文章通过活性炭表面改性,赋予活性炭表面一个合适的憎水性,从而增强其在废水中吸附有机污染物的能力。     

改性氧化铝微波诱导氧化处理雅格素蓝BF-BR染料废水的研究

采用微波诱导氧化工艺(MIOP)技术,以改性氧化铝为催化剂,对雅格素蓝BF-BR染料模拟废水进行氧化处理．优化了处理工艺条件,实验在固液质量比为1：10(50mL雅格素蓝BF-BR水溶液中投加5．0g改性氧化铝)、微波功率为400W的条件下微波辐照处理5min．在此工艺条件下,对水中雅格素蓝BF-BR的脱色率可达到98％,COD去除率为87．4％．改性氧化铝在重复使用9次后仍能保持很高的脱色率．进一步研究表明在微波辐射场中废水中的有机污染物在改性氧化铝表面通过吸附．氧化协同作用而被迅速降解．反应动力学研究表明,该氧化过程符合一级反应动力学规律,反应速率常数k=0995min^-1,反应半衰期t1/2=0．697min．实验结果显示,在本实验中改性氧化铝比颗粒活性炭具有更高的催化活性．     

2种改性活性炭对甲苯吸附性能的对比研究

利用微波、电炉加热对活性炭进行改性,并测定了改性前后不同种类活性炭对甲苯的吸附性能、表面酸碱官能团含量以及比表面积.结果表明,对于微波改性,随着改性温度升高,活性炭对甲苯的吸附量逐渐增大,表面碱性官能团含量也相应增加,比表面积相应减小.改性温度850℃时活性炭吸附甲苯性能最高,650℃与450℃改性后活性炭吸附甲苯的性能相差不大.电加热改性也具有类似的趋势,但对甲苯的吸附性能总体低于微波改性.扫描电镜表征显示,热改性去除了活性炭孔道内的杂质,使活性炭内部孔道更加通畅,有利于提高吸附甲苯的能力,但温度升高同样存在炭骨架收缩,孔道变窄的弊端.微波加热和电炉加热在原理和热传递方向上的不同.是导致改性结果之间差别的关键问题.     

金属负载活性炭的亚甲基蓝/单宁酸吸附性能

考察了亚甲基蓝和单宁酸在金属负载活性炭表面的吸附行为,并用Langmuir与Freundlich方程对等温吸附线进行拟合。结果表明,亚甲基蓝在活性炭表面倾向于多分子层吸附,而单宁酸则倾向于单分子层吸附;金属负载降低了活性炭对有机污染物的饱和吸附容量,但新建的金属氧化物活性中心可促进单宁酸在低浓度下的吸附。金属负载改性是饮用水深度处理中活性炭滤料改性的重要方向。     

粉末活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附SO_2的影响

采用5种粉末活性炭,在固定床实验台上研究SO2在活性炭上的吸附过程。通过N2吸附、元素分析、Boehm滴定、热重分析、傅立叶红外光谱表征活性炭的孔隙结构和表面化学性质,研究活性炭物理化学性质对吸附SO2的影响。结果表明:由于活性炭的原料和活化方法不同,活性炭具有不同的孔隙结构和表面化学性质,呈现不同的吸附SO2的过程。关联了SO2饱和吸附量和活性炭性质之间的关系,发现SO2吸附量与活性炭的比表面积、孔隙容积之间没有明确的关系;SO2吸附量随着微孔孔径的降低而增加、随着表面碱性官能团数量的增加而增加。粉末活性炭的微孔孔径和表面化学性质共同影响着SO2的吸附。     

活性炭的电解氧化再生研究

通过比较饱和吸附苯酚的活性炭的交换再生和电解再生,揭示了电解再生比交换再生有更高的再生效率。无论是单独的阳极再生还是阴极再生,其再生效率均可超过80%,但由于阳极区的氧化性,可以时苯酚在活性炭的表面聚合,从而降低了再生效率和活性炭的吸附性能。同时,在研究的体系内,200 mA认为是电解过程中最佳的电流强度,这一电流强度不但可以有效地再生活性炭,还可以有效地去除再生出来的苯酚。较小粒径的活性炭不仅有较高的吸附效率,而且也有较高的电解再生效率。     

表面化学改性气相吸附用活性炭的研究进展

本文总结了活性炭气相吸附机制,并从表面氧化改性、表面还原改性及表面负载金属改性方面叙述了国内外在气相吸附用活性炭改性方面的研究进展。其中,氧化改性主要是利用强氧化剂在适当条件下对活性炭表面官能团进行氧化处理,增加表面含氧酸性基团含量,使其表面极性增加;表面还原该性是利用还原剂在适当条件下对活性炭表面官能团进行还原改性,提高含氧碱性基团含量,增强了表面非极性。对活性炭改性机理的深入细致研究将会是未来活性炭研究领域的主要方向。     

水热炭化对吸附处理染料废水产生的废活性炭的再生效果

为实现废粉末活性炭的循环利用,采用水热炭化对吸附处理染料废水产生的废粉末活性炭进行再生,考察了水热炭化再生温度、再生时间、初始pH和再生次数等因素对废粉末活性炭再生效果的影响.结果表明:将320℃的水热条件下反应8 h得到的再生粉末活性炭用于吸附处理染料废水,色度去除率在95%左右,废粉末活性炭再生率可超过60%,且酸性条件下更有利于活性炭再生.经过5次吸附再生循环,废粉末活性炭再生率为55.54%,再生率仅下降6.06%.红外光谱分析结果表明,新粉末活性炭、废粉末活性炭和再生粉末活性炭的官能团种类基本一致;表面官能团Boehm滴定测定结果显示,再生粉末活性炭表面碱性基团含量降低、酸性基团含量增加.由于升温改变了废粉末活性炭的吸附平衡,有机物从其表面脱附,部分有机物在再生液中降解;此外,废粉末活性炭表面不易挥发和脱附的有机物在高温高压下炭化所得的产物能进一步吸附有机物,因此导致了废粉末活性炭的再生.研究显示,水热炭化对废粉末活性炭有较好的再生效果,具有实际应用价值.      

等离子体改性对活性炭纤维表面化学结构的影响

采用放电等离子体对活性炭纤维表面进行改性,通过改变活性炭纤维的化学官能团来强化活性炭纤维对SO2和NOx的吸附和催化作用。利用XPS、FTIR等方法对改性活性炭纤维的化学性质进行表征,研究了活性炭纤维表面官能团在等离子体改性过程中的转化规律和机理。实验结果表明:放电改性过程可以有效地向活性炭纤维表面引入有利于脱硫脱氮的含氧、含氮官能团;当电压为8kV,放电时间为5min时,放电改性活性炭纤维的效果最佳。     

优势菌在活性炭表面固定中生物量的变化规律研究

采用5 株在松花江水中筛选驯化的优势工程菌,研究其在生物活性炭滤池固定化过程中菌种活性、固定方式、空床停留时间(EBCT)、pH 值、菌液浓度以及温度对活性炭表面生物量的影响和变化规律.结果表明,固定化生物量与优势菌的特性有一定相关性,即菌种活性较高、环境温度较低、菌液pH 值为酸性条件下,炭表面生物量越高;EBCT 为60min,菌液浓度为1011 个/mL 的优势菌易于附着在活性炭上.采用单株菌依次固定与混合菌固定后,生物量没有明显差别,但菌种之间对活性炭表面栖息空间有一定的竞争作用.     

活性炭吸附水中金属离子和有机物吸附模式和机理的研究

活性炭被用于处理水中多种痕量重金属离子和微量有机物。但在一定的条件下活性炭对一些污染物的吸附去除率很低,为了更好的理解和预测活性炭对水中微污染物的吸附行为,本文对活性炭吸附模式和机理方面的研究进行了综述。活性炭比表面积大,微孔结构丰富,其表面含有丰富的含氧官能团（羧基,酚羟基、羰基、内酯基）活性炭对污染物质的吸附受吸附剂的性质、吸附质的性质和溶液性质等因素的影响。对于金属离子Langmuir和Freundlich模式是活性炭吸附重金属离子的经典经验模式,但表面络合模式能更好的描述变化条件下的吸附现象。活性炭吸附金属离子的主要作用是静电作用和离子交换作用。对于有机物稀溶液条件下的吸附多符舍Freundlich模式。给一受电子作用、扩散作用、静电作用是主要的作用机制。pH对金属离子和有机物的吸附有重要的影响,腐植酸对金属离子有吸附竞争作用。     

活性炭吸附去除氟表面活性剂的研究进展

全氟及多氟化合物中氟表面活性剂类物质的大量生产和使用,导致其在水环境介质中广泛检出.由于氟表面活性剂具有持久性、累积性和高毒性,研发其高效处理技术对于控制其环境及健康风险具有重要意义.鉴于C—F键的强稳定性,活性炭吸附是目前最适用的处理技术之一.本文详细阐述了氟表面活性剂的特性、吸附作用机制及活性炭物化性质对其吸附性能的影响,可为氟表面活性剂吸附机理的研究及高效活性炭吸附材料的研发提供科学指导.     

碱改性活性炭表面特征及其吸附甲烷的研究

采用不同浓度的氢氧化钠对椰壳活性炭进行表面改性.BET和SEM分析改性前后活性炭的表面结构,Boehm滴定和SEM/EDS方法测定活性炭表面元素及含氧基团.研究改性活性炭对甲烷的吸附性能和吸附行为.结果表明,经氢氧化钠改性处理后,活性炭孔径变化不明显,表面含氧基团显著减少;当氢氧化钠的浓度>3.3 mol·L-1时,活性炭的比表面积和孔容大于未处理的活性炭,并且随碱的浓度增加而增大.与改性前的活性炭相比,甲烷在碱改性活性炭上的吸附量提高了24%.增加活性炭的比表面积和孔容,减少表面的含氧基团有利于甲烷的吸附.甲烷的吸附行为符合Langmuir等温吸附式,吸附常数为163.7 m3·mg-1.     

氧等离子体改性竹活性炭对苯胺的吸附特性

对氧等离子体改性前后的竹活性炭表面理化性质的改变及其对水溶液中苯胺的吸附特性进行了研究.结果表明,氧等离子体改性竹活性炭的表面物理性质变化较小,但是表面化学性质的变化十分显著.在实验条件下,当溶液pH值超过5.0以后,3种竹活性炭对苯胺的吸附效率达到最大并基本保持不变.吸附动力学研究表明,3种竹活性炭对苯胺的吸附过程均可以在480min内达到平衡,改性竹活性炭的苯胺平衡吸附量显著大于未改性炭,吸附过程均可以用准二级动力学模型和内部颗粒扩散模型进行描述.吸附等温线研究表明,3种竹活性炭对苯胺的吸附等温线均符合Langmuir模型.进一步的分析表明, π-π色散力和氢键作用的增强可能是导致改性竹活性炭吸附苯胺性能提高的主要原因.     

一种两步联合控制吸附动力学模型的研究

以酸性染料为对象 ,进行了粒状活性炭吸附扩散过程的动力学研究 .实验结果表明活性炭对酸性红B的吸附反应速度主要受吸附物质向活性炭表面的迁移速度和活性炭颗粒内的扩散速度的影响 ,由此建立了一种新的活性炭吸附过程的复合动态吸附模型 ,并使模型符合在较低浓度时受一级扩散反应控制为主 ,在较高浓度时受Boyd扩散控制为主 .该模型能将不同浓度下的扩散动力学过程统一起来     

涂有多孔氧化铝的活性炭粒——汽车排放气用的抗热吸附剂

将活性炭颗粒涂敷上5～50％多孔氧化铝,以用来处理排放气、废气和烟道气。实例,把23.5ml浓盐酸加至含0.5kg薄水铝矿和1.4kg水的混合物中,以保护氧化铝的凝结。往所得混合物中加入r-Al_2O_3(0.5kg),而后加入200ml2～3mm直径的活性炭。将活性     

氧化改性活性炭纤维吸附材料制备及其性能研究

目的 以不同浓度的双氧水溶液对活性炭纤维进行氧化改性,制备SO₂、NOx腐蚀气氛吸附材料。方法采用红外光谱、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等表征方式,揭示双氧水改性对活性炭纤维孔隙结构、表面物理化学性质、吸附性能的影响,并将装有吸附材料的防护包装贮存于湿热海洋气候环境中,验证腐蚀气氛控制效果。结果 双氧水改性活性炭纤维后,其表面官能团未发生变化,比表面积先减小、后增大。改性后,活性炭纤维表面活性位点有所增加,对应的吸附性能显著增加,30%双氧水改性活性炭纤维对SO₂、NO₂、NO的饱和吸附量分别为100、153、128 mg/g,与改性前相比,分别提高了67%、180%、137%。应用吸附材料的防护包装内部腐蚀气氛浓度在3个月内几乎为0。结论 双氧水改性活性炭纤维具有良好的腐蚀气氛吸附性能,在长贮微环境中具有良好应用前景。     

活性炭负载催化剂对模拟烟气中单质汞的吸附

通过浸渍法在活性炭上负载催化剂MgCl_2、CoCl_2、MnCl_2对活性炭进行改性,研究了催化剂负载量、吸附温度对活性炭吸附模拟烟气中单质汞的影响。在活性炭表面上添加无机盐MgCl_2、COCl_2、MnCl_2形成各种表面化学基团,从而加快了在炭表面对汞进行的化学吸附行为,提高活性炭的吸附能力和选择性。结果表明,在负载量为5%时,MnCl_2的改性效果最好,吸附效率提高了93%,其次是CoCl_2效率提高了90%。这在于Mn、Co这两种过渡元素价电子层结构为:(n-1)d~(1-10)ns~2,易形成杂化轨道,与单质汞发生氧化还原反应,也可以接受烟气中氧等配体的孤电子对,与活性炭表面的官能团易形成具有独特的催化性能的配合物,这种配合物作为中间产物可对汞的氧化-化学吸附起到配位催化作用,为模拟烟气中单质汞的吸附提供了适宜的反应表面。