羧甲基-β-环糊精/磁性介孔硅对Pb2+的吸附研究

采用羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)和磁性介孔二氧化硅制得CM-β-CD/磁性介孔二氧化硅复合吸附剂(Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD),并应用于水体中Pb~(2+)的去除。通过SEM、EDS、FTIR、XRD等现代技术表征所得复合材料。研究表明:Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD对Pb~(2+)的吸附遵循伪二级模型,符合Langmuir模型。在298 K时,Pb~(2+)的理论饱和吸附量为60.8 mg/g。此外,热力学参数表明吸附过程是自发的。最后,Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD表现出优异的磁分离性能,此外还证明在强酸性条件下具有良好的稳定性。经5次再生循环作用后,Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD对Pb~(2+)仍保持较高的吸附容量。     

铜在壳核结构磁性颗粒上的吸附:效能与表面性质的关系

为了揭示吸附剂的吸附效能与其组成、结构及表面性质之间的关系,本研究对两种壳核结构磁性颗粒Fe_3O_4/Mn O2与Fe-Mn/Mn O2的形貌特征、表面性质进行了系统表征,并对铜在磁性颗粒表面的吸附行为与机制进行了详细研究.表征结果表明磁核Fe_3O_4与Fe-Mn具有相似的尖晶石类晶体结构,包覆Mn O2后,晶体结构均未发生明显变化.但Mn的引入,增强了磁核与外壳间的结合作用,Fe-Mn比Fe_3O_4包覆MnO_2的量更多、更均匀,进而使Fe-Mn/Mn O2具有更高的比表面积与更低的等电点.吸附实验结果表明,Fe-Mn的最大铜吸附容量33.7 mg·g-1(pH 5.5)高于Fe_3O_4的17.5 mg·g-1(pH 5.5);包覆MnO_2以后,铜吸附性能显著增强,Fe-Mn/MnO_2最大铜吸附容量升高至58.2 mg·g-1(p H 5.5),为Fe_3O_4/MnO_2的2.6倍,且优于多数文献报道的磁性吸附剂.机制研究表明铜在Fe_3O_4/Mn O2与Fe-Mn/MnO_2的表面发生了特性吸附,形成了内层表面络合物.综上所述,磁性颗粒的吸附效能与其组成成分、形貌结构及表面性质之间具有显著的相关性.     

磁性核壳CoFe_2O_4@SiO_2@PIL-AO复合材料的制备及其吸附U(Ⅵ)性能研究

通过化学合成法制备了磁性核壳CoFe_2O_4@SiO_2@PIL-AO复合材料,采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征,研究了溶液pH、吸附时间、U(Ⅵ)初始浓度和温度等参数对U(Ⅵ)吸附性能的影响.实验结果表明:在c0=0.2mg·L~(-1)、pH=6.00±0.05、T=298.15 K、m=0.02 g和t=8 h的条件下,CoFe_2O_4@SiO_2@PIL-AO对U(Ⅵ)的吸附作用最强,吸附率达到了97.54%;CoFe_2O_4@SiO_2@PIL-AO吸附U(Ⅵ)是一个自发进行的吸热反应,U(Ⅵ)吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich模型;CoFe_2O_4@SiO_2@PIL-AO复合材料具有良好的可循环使用性,循环使用5次后它对U(Ⅵ)的吸附容量没有明显下降,可重复使用.     

改性海藻酸钠微球对Pb2+吸附性能的研究

文章以海藻酸钠(SA)为原料,与羧基化微晶纤维素(CCN)、四氧化三铁(Fe_3O_4)进行溶液共混,采用化学沉淀法制备出Fe_3O_4@CCN/SA复合微球。以硝酸铅溶液为研究对象,探讨了初始浓度、pH、吸附时间对吸附性能的影响。结果表明:Pb~(2+)浓度为1 000mg/L,pH=5,吸附时间为6 h时,饱和吸附量最大为184.2 mg/g。吸附符合Langmuir等温线模拟和拟二级反应动力学模型。该磁性微球使用盐酸解析脱附,重复使用第6次饱和吸附量仍高达165.5 mg/g,说明Fe_3O_4@CCN/SA磁性微球具有良好的再生使用性能。     

磁性高分子复合水凝胶的制备及其对水中铜离子的吸附性能

以海藻酸钠和聚乙烯醇为骨架负载磁性纳米Fe_3O_4颗粒合成了两种磁性高分子复合水凝胶材料:一种是以Ca~(2+)交联制备的磁性海藻酸钙单网络水凝胶(SAPFe),另一种是以海藻酸钙和聚乙烯醇经循环冷冻解冻制成的磁性双网络水凝胶(DAPFe).利用SEM、FTIR、BET对合成的材料进行表征,并研究了SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附性能.结果表明,DAPFe比表面积达89.01 m~2·g~(-1),平均孔径为2.2 nm,DAPFe比SAPFe具有更低的含水率、更高的交联程度、更发达的孔隙结构和更高的比表面积.DAPFe对Cu~(2+)的最大吸附量可达207.01 mg·g~(-1),远大于SAPFe(173.01 mg·g~(-1)).SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型.通过分析SAPFe和DAPFe吸附Cu~(2+)前后官能团的变化,发现磁性高分子复合水凝胶具有丰富的羧基和羟基功能性官能团,并通过与Cu~(2+)产生螯合作用实现去除.     

液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

聚合多巴胺包覆的磁性微球吸附Cr(Ⅵ)

用聚合多巴胺(PDA)包覆溶剂热法制备Fe_3O_4磁性微球,得到Fe_3O_4@PDA复合材料,并采用红外光谱、扫描电镜、透射电镜对复合材料进行表征。同时,对Fe_3O_4@PDA吸附溶液中六价铬(Cr(Ⅵ))的性能进行研究,考察了溶液pH对其吸附性能的影响。结果表明:Fe_3O_4@PDA在溶液pH为3.0时对Cr(Ⅵ)有较好的吸附性能,其吸附动力学数据符合伪二级动力学方程,等温吸附符合Langmuir吸附模型,最大吸附容量达到108.8 mg/g,热力学实验计算出的吉布斯自由能为负值,表明Cr(Ⅵ)在Fe_3O_4@PDA的吸附为自发过程。     

基于聚合多巴胺的磁性碳材料的制备及其对甲基绿的吸附

以聚合多巴胺为碳源制备碳材料包覆的磁性纳米颗粒.通过多巴胺的自聚合反应将其包覆在Fe_3O_4纳米颗粒上,在氩气保护下高温灼烧得Fe_3O_4@C复合材料.包覆碳材料后,Fe_3O_4颗粒的稳定性和分散性提高.使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和振动磁强计对材料进行了表征.结果表明成功地制备了核壳结构的Fe_3O_4@C复合材料.用甲基绿来考察Fe_3O_4@C的吸附性能.研究表明,溶液pH对甲基绿的吸附有显著的影响,随溶液pH的升高,甲基绿的吸附容量显著增大.用朗格缪尔吸附等温模型拟合出在纯水、湖水和自来水中Fe_3O_4@C对甲基绿的最大吸附容量分别为490.1、442.5和389.1 mg·g~(-1).热力学研究计算出吸附的吉布斯自由能为负值,说明吸附是自发过程.动力学研究表明甲基绿在Fe_3O_4@C上的吸附过程符合拟二级反应动力学方程,吸附速率较快.     

磁性壳聚糖的制备及吸附靛蓝胭脂红的性能评价

采用水热法制得磁性Fe_3O_4,利用巯基乙酸(TGA)修饰Fe_3O_4(Fe_3O_4-SH),戊二醛(GLA)为交联剂使壳聚糖(CS)与Fe_3O_4-SH进行化学交联,制备磁性壳聚糖(Fe_3O_4-SH/CS)。以靛蓝胭脂红为吸附对象,研究接触时间、pH值、温度及染料初始浓度对Fe_3O_4-SH/CS吸附靛蓝胭脂红的影响。结果表明,pH值为3,Fe_3O_4-SH/CS对靛蓝胭脂红溶液的最大吸附量可达到531 mg/g。等温吸附数据与Freundlich等温吸附模型拟合良好,吸附动力学数据符合拟二级动力学模型。Fe_3O_4-SH/CS对靛蓝胭脂红水溶液具有很高的去除率。     

海藻酸钠固定化污泥基生物质炭对铜的吸附性能研究

以城市污水厂的剩余污泥为原料制备生物质炭(SC),采用海藻酸钠加以固定使其成为污泥基生物质炭(SASC),通过正交试验确定SASC最佳制备工艺,考察吸附时间、铜离子的浓度、pH值、温度、转速、投加量对SASC吸附Cu~(2+)效果的影响。结果表明制备SASC的最佳条件是:海藻酸钠浓度为1.5%、包炭量为2%、CaCl_2浓度为1%、交联时间为0.5 h。在pH为5.0、温度为30℃、转速为150 r/min、投加量为0.24 g/mg、吸附时间为4 h的条件下Cu~(2+)去除率高达98.73%。SASC对Cu~(2+)的吸附机理服从准二级动力学方程,吸附等温线服从Freundlich方程,Cu~(2+)在SASC上的吸附为多层吸附。     

支化聚乙烯亚胺功能化磁性纳米吸附剂的制备及对Cu2+的吸附研究

为解决水体中重金属Cu²⁺污染,本研究首先采用水热法制备得到超顺磁四氧化三铁纳米粒子,然后使用对Cu²⁺具有强络合作用的含有丰富氨基官能团的支化聚乙烯亚胺接枝到纳米粒子表面,得到Fe₃O₄@BPEI磁性纳米吸附剂。采用红外光谱（FTIR）、X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等对其结构、尺寸及形貌进行表征。研究了不同吸附因素对吸附剂吸附Cu²⁺的影响,确定了最佳吸附条件,并通过吸附动力学模型和吸附等温线模型进一步探讨吸附机理。结果表明：支化聚乙烯亚胺成功接枝到四氧化三铁纳米粒子表面。最佳吸附条件为pH=6.0、吸附平衡时间为40 min、吸附剂用量为10 mg。通过实验数据拟合,Fe₃O₄@PEI吸附Cu²⁺的过程符合Langmuir等温吸附方程和拟二级动力学模型,表明吸附过程为化学吸附控制的单分子层覆盖,在303 K时,模型理论饱和吸附量为141.24 mg/g。表明支化聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米吸附剂对Cu²⁺具有较强的吸附能力,对水体中Cu²⁺的去除具有一定的应用前景。     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

水合氧化铝负载的磁性核/壳结构Fe3O4@SiO2纳米颗粒对水中磷的去除及再利用

在磁铁矿纳米颗粒表面包被硅壳后再包被水合氧化铝,制备了具备核壳结构的磁性纳米颗粒除磷吸附剂(磁性氧化铝),通过XRD、TEM、VSM、BET比表面积测定进行了表征.XRD和TEM结果显示了核壳结构的存在,其饱和磁化强度达56.00 emu·g~(-1),比表面积达47.27 m~2·g~(-1).Langmuir模型计算的磷最大吸附量为12.90 mg·g~(-1),且在25℃和50℃下均保持稳定,反应快速,40min磷去除率达96%以上.磁性纳米吸附剂对磷的吸附与pH关系密切,在p H为5~9时磷去除率达90%以上.采用实际污水实验,最佳投量为1.25 kg·t~(-1).吸附-脱附-再生实验结果表明,磷吸附率随循环次数增加稍有下降,吸附的磷可以通过1 mol·L~(-1)的NaOH脱附,脱附率为90%左右,且吸附剂可以进行再生,具有反复利用和回收磷资源的潜力.     

磁性核壳CoFe2O4@SiO2@PIL-AO复合材料的制备及其吸附U (VI)性能研究

通过化学合成法制备了磁性核壳CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO复合材料,采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对其进行了表征,研究了溶液pH、吸附时间、U （VI）初始浓度和温度等参数对U （VI）吸附性能的影响.实验结果表明：在c₀=0.2 mg·L^-1、pH=6.00±0.05、T=298.15 K、m=0.02 g和t=8 h的条件下,CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO对U （VI）的吸附作用最强,吸附率达到了97.54%;CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO吸附U （VI）是一个自发进行的吸热反应,U （VI）吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich模型;CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO复合材料具有良好的可循环使用性,循环使用5次后它对U （VI）的吸附容量没有明显下降,可重复使用.     

石墨烯基磁性复合材料吸附水中亚甲基蓝的研究

建立了一种超声辅助共沉淀法制备磁性Fe3O4/氧化石墨烯(Fe3O4/GO)纳米粒子.透射电镜和磁滞回线研究表明,该复合物具有小的颗粒尺寸和超顺磁性.该磁性纳米材料可以吸附废水中的染料亚甲基蓝,实验研究了溶液pH值、吸附剂的用量、时间和温度对亚甲基蓝去除率的影响.结果表明,pH值在6~9范围内,Fe3O4/GO都能高效地吸附亚甲基蓝.反应过程在前25 min反应速率很快,到180 min内达到吸附平衡.该磁性纳米材料对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学方程,吸附过程是一个自发和吸热过程.该吸附材料对亚甲基蓝吸附容量高,在313 K时Fe3O4/GO的饱和吸附量为196.5 mg·g-1.另外,可以方便地通过外部磁场分离回收吸附剂,利用过氧化氢可以再生重复使用,是一种优良的吸附染料废水的材料.     

Ce3+与Cu2+协同强化芬顿体系氧化苯酚的效能与机制研究

研究了Ce~(3+)与Cu~(2+)协同强化芬顿体系在不同初始条件下对水中苯酚的氧化效能与机制.结果表明,在p H适用范围的宽度和H_2O_2浓度变化方面,Ce~(3+)/Cu~(2+)/Fe~(2+)/H_2O_2体系比传统的芬顿体系更具有优势,该体系在p H=5.0、H_2O_2浓度为2.0mmol·L-1的条件下,仍可以对苯酚保持相对较高的氧化效能;Cu~(2+)可能会借助反应过程中的中间产物(醌类物质)生成Cu+,Cu+催化H_2O_2分解生成·OH,Ce~(3+)可能促进体系内醌类物质的形成,加快Fe~(3+)与Fe~(2+)的循环效能,在一定程度上提高了芬顿体系中H_2O_2分解生成·OH的速率,说明Cu~(2+)与Ce~(3+)对芬顿体系的强化作用具有协同性;自由基终止剂依然可以抑制Ce~(3+)、Cu~(2+)强化的芬顿体系对苯酚的降解,由此说明体系中起到氧化作用的活性物种仍然是羟基自由基(·OH).     

树脂负载草酸铁光助类芬顿降解水中孔雀石绿

为了强化多相类芬顿反应的速率,在可见光下采用以草酸盐为配体的三价铁草酸络合物(Fe~(3+)C_2O_4/R)为催化剂催化过氧化氢降解水中孔雀石绿.结果表明,与Fe~(3+)/R相比催化剂Fe~(3+)C_2O_4/R具有更强的催化活性,能强化羟基自由基(·OH)的产生. 过氧化氢的初始浓度越高,反应速率越快,反应遵循一级反应动力学,反应速率常数与过氧化氢浓度具有很好的相关性.在pH值3～9的范围内,催化剂Fe~(3+)C_2O_4/R都能有效地对MG进行降解,最佳pH值为6.随着催化剂投量的增加,MG的去除效率明显提高.随着MG初始浓度的增加,MG的去除也由吸附为主转化为以氧化为主,但总体影响不大.催化剂重复使用后仍然具有较好的催化活性,说明铁在树脂表面负载比较牢固,催化剂具有反复使用的能力.反应中的氧化活性物种是羟基自由基和高价态铁同时共存.     

碘化阶层孔氧化硅纳米球对水中典型有机氯污染物的吸附性能研究

采用共缩聚法,成功地原位合成了碘改性的阶层多孔氧化硅纳米球（SiO₂-I）,研究了其基于卤键作用对典型有机氯污染物六六六的吸附性能,并考察了改性剂I-硅烷含量和pH值对吸附效果的影响.实验结果表明,该纳米材料对六六六表现出优异的吸附富集性能,吸附速率快,60 min内对六六六的去除率为71.6%,240 min内达到吸附平衡,去除率可达98.3%,最大吸附量为178.6 mg·g^-1;吸附动力学符合拟二级动力学模型;碘物种的加入提高了阶层多孔氧化硅的吸附速率和吸附效率.另外,为了便于纳米吸附材料的分离,本研究对SiO₂-I纳米球进行了磁性化.研究发现,磁性化修饰后,SiO₂-I纳米材料仍然保留对六六六优异的吸附富集性能,240 min时的吸附去除率达90.3%.     

Removal of Cs from water and soil by ammonium-pillared montmorillonite/Fe3O4 composite

To remove cesium ions from water and soil, a novel adsorbent was synthesized by following a one-step co-precipitation method and using non-toxic raw materials. By combining ammonium-pillared montmorillonite (MMT) and magnetic nanoparticles (Fe₃O₄), an MMT/Fe₃O₄ composite was prepared and characterized. The adsorbent exhibited high selectivity of Cs⁺ and could be rapidly separated from the mixed solution under an external magnetic field. Above all, the adsorbent had high removal efficiency in cesium-contaminated samples (water and soil) and also showed good recycling performance, indicating that the MMT/Fe₃O₄ composite could be widely applied to the remediation of cesium-contaminated environments. It was observed that the pH, solid/liquid ratio and initial concentration affected adsorption capacity. In the presence of coexisting ions, the adsorption capacity decreased in the order of Ca^2 + > Mg^2 + > K⁺ > Na⁺, which is consistent with our theoretical prediction. The adsorption behavior of this new adsorbent could be expressed by the pseudo-second-order model and Freundlich isotherm. In addition, the adsorption mechanism of Cs⁺ was NH₄⁺ ion exchange and surface hydroxyl group coordination, with the former being more predominant.     

病死猪热解炭化物的特性及其对水中Cu2+的去除

研究了病死猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的去除效果,并借助扫描电子显微镜、X射线光谱仪及傅里叶红外光谱仪等分析手段对病死猪热解得到的炭化物理化学性质进行了表征,分析了其微观结构及官能团.结果发现,病死猪热解炭化物内部具有大量孔状结构,表面出现了PO3-4等结构.最后,利用热解得到的炭化物对水中的Cu~(2+)进行处理研究,考察了初始p H值、反应温度、吸附时间等对水中Cu~(2+)去除效果的影响.结果表明,病死猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的吸附效果较好,最佳初始p H值为5.0,温度的升高有利于热解炭化物对Cu~(2+)的去除.通过对实验数据进行动力学及吸附等温线分析,发现实验中使用的病死猪热解炭化物对Cu~(2+)的吸附动力学数据符合准二级吸附动力学方程,Langmuir模型能较好地描述Cu~(2+)在猪热解炭化物上的吸附行为.