温和水热法合成钛酸盐纳米管及其对水中重金属离子的吸附研究

采用温和水热法一步快速合成了钛酸盐纳米管(TNTs),并应用于对水中重金属离子Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附.通过选择纳米级锐钛矿替代P25型二氧化钛作为反应原材料,成功将水热反应时间从72 h缩短至6 h.TEM,XRD和FT-IR等表征证实了新合成材料的为管状钛酸盐结构.TNTs对3种重金属离子的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线均符合Langmuir模型,且对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的理论最大吸附量分别高达525.58、214.41和69.65 mg·g~(-1).p H=5时,吸附动力学实验表明对于初始浓度分别为200、100和50 mg·L~(-1)的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ),在TNTs上的平衡吸附量分别为513.04、212.46和66.35 mg·g~(-1),吸附性能优于传统吸附材料.合成的TNTs结构为三联的[Ti O6]八面体骨架和层间H+/Na+,其吸附机理为金属阳离子与TNTs层间Na+的离子交换.同时,共存离子对吸附的影响实验表明TNTs对重金属离子的吸附存在选择性,即使在较高的共存离子浓度下(10 mmol·L~(-1))TNTs对目标重金属离子的吸附性能依然优异.该研究提供了一种应用钛酸纳米材料高效去除水体重金属离子的方法.     

牛粪生物炭对水中氨氮的吸附特性

以牛粪生物炭为吸附剂,研究了p H、粒径、投加量、温度和共存阳离子等因素对牛粪生物炭吸附氨氮的影响及吸附特性.结果表明,共存阳离子Na+、Ca2+的存在对牛粪生物炭吸附氨氮有抑制作用,在Na+、Ca2+浓度相同条件下对氨氮吸附影响大小顺序为Na+Ca2+;牛粪生物炭吸附氨氮的最佳初始p H值应在5~8范围;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R2=0.967 3)比准一级动力学方程(R2=0.765 9)和Elovich方程(R2=0.724 9)能更好地拟合动力学数据,颗粒内扩散方程拟合结果发现牛粪生物炭对氨氮的吸附包括表面吸附和颗粒内扩散两个过程.吸附等温线拟合发现Freundlich方程(R2=0.976 2)能很好地描述氨氮在牛粪生物炭上的吸附行为.吉布斯自由能变化(ΔGθ)、焓变(ΔHθ)和熵变(ΔSθ)的计算结果表明,牛粪生物炭对氨氮的吸附是自发的吸热过程.     

锆负载颗粒沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附行为

通过批量吸附实验考察了锆负载颗粒沸石改良底泥对水中磷酸盐的吸附特征,并采用分级提取法分析了被改良底泥中锆负载颗粒沸石所吸附磷酸盐的形态分布特征.结果发现,与Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型相比,Langmuir模型可以更好地用于描述改良底泥对水中磷酸盐的吸附等温行为.改良底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型和Elovich模型加以描述,膜扩散和颗粒内扩散共同构成了缓慢吸附阶段速率的限制步骤.溶液共存的SO_4~(2-)和HCO_3~-降低了改良底泥对水中磷酸盐的吸附,而共存的Na~+、K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)却增强了对磷酸盐的吸附,且Ca~(2+)的增强效果大于Mg~(2+),后者的增强效果又大于Na~+和K~+.改良底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显强于未改良底泥,前者的最大单位吸附量为336 mg·kg~(-1),明显高于后者的最大单位吸附量(215 mg·kg~(-1)).被改良底泥中锆负载颗粒沸石所吸附的磷酸盐主要以较为稳定的NaOH-P和最为稳定的Res-P形态存在,不容易被重新释放出来.上述的研究结果显示,向底泥中添加锆负载颗粒沸石可以显著增加底泥对水中磷酸盐的吸附能力,锆负载颗粒沸石是一种有希望的可以用于底泥内源磷释放控制的底泥改良剂.     

粉煤灰提铝中间产物合成4A分子筛对氨氮的吸附行为研究

采用粉煤灰提铝中间产物合成4A分子筛,利用XRD、SEM、热重分析、化学成分分析、阳离子交换容量对4A分子筛进行表征.考察吸附时间、pH、分子筛投加量、氨氮初始浓度、共存阳离子对其吸附性能的影响,研究其对模拟废水中氨氮的吸附效果,并结合准二级动力学方程、吸附等温线研究吸附性能和机理.结果表明,初始浓度为50 mg·L~(-1)、4A分子筛投加量为5 g·L~(-1)、pH值为6~9、吸附时间为80 min时氨氮去除率可达71.34%;随着氨氮初始浓度升高,其去除率降低,吸附容量增加;共存阳离子Na~+、K~+、Ca~(2+)对NH_4~+有强烈的竞争吸附,Mg~(2+)无明显竞争作用.吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型.Langmuir吸附等温线显示最大吸附容量为20 mg·g~(-1).     

硝化包埋菌颗粒氨吸附性能及动力学特性

采用水性聚氨酯(WPU)和聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)制作硝化污泥包埋菌颗粒,同时对比无污泥空白包埋菌颗粒,研究不同初始氨氮浓度、p H、温度、盐度等对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能的影响;通过吸附等温线、吸附热力学以及吸附动力学对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附过程进行解析.结果表明,硝化包埋菌颗粒的吸附容量大于空白包埋菌颗粒,WPU包埋菌颗粒的吸附容量高于PVA-SA;初始氨氮浓度升高,包埋菌颗粒的平衡吸附容量增大,同时随着时间的增长,吸附容量呈现先升高后降低最终逐渐达到平衡的过程;中性条件(p H=7)下包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能最好,温度和盐度的升高抑制NH_4~+-N的吸附;热力学研究表明该吸附过程是一个放热的过程.吸附等温线显示包埋菌的NH_4~+-N吸附过程同时符合Langmuir等温式和Freundlich等温式,在高能量水平上显示为多层吸附,在低能量水平下显示为单层吸附;包埋菌的NH_4~+-N吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型,表明NH_4~+-N与包埋菌颗粒表面存在化学基团的相互作用.     

不同锆负载量锆改性膨润土对水中磷酸盐吸附作用的对比

通过实验对比考察了不同锆负载量的锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附作用.结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散所控制.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温实验数据可以采用Langmuir、Freundlich、Sips和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型进行拟合.实验条件下,磷酸盐吸附性能随pH增加而降低.溶液共存的Na~+、K~+和Ca~(2+)促进了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附,并且Ca~(2+)的促进作用远远大于Na~+和K+,而溶液共存的HCO-3和SO2-4一定程度上抑制了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附.锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随着锆负载量的增加而增加,而锆改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附量则随着锆负载量的增加而降低.当ZrO_2负载量由3.61%增加到13.15%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量(以P计)显著地由3.83 mg·g~(-1)增加到9.03 mg·g~(-1),而继续增加ZrO_2负载量至19.63%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量则缓慢地提高到9.66 mg·g~(-1)(以P计).当ZrO_2负载量由3.61%逐渐增加到19.63%时,锆改性膨润土中单位质量ZrO_2的磷酸盐最大吸附量[m(P)/m(ZrO_2)]由106 mg·g~(-1)逐渐下降到49.2 mg·g~(-1).综合考虑吸附剂的经济成本和吸附容量,ZrO_2负载量为13.15%锆改性膨润土更为适合作为吸附剂去除水中磷酸盐.     

碱热-酸热法合成二氧化钛-钛酸纳米管复合纳米材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的同步去除

以P25型Ti O2为原料,经碱热和酸热反应合成了Ti O2/TNTs复合纳米材料,该材料皆具钛酸纳米管(TNTs)和Ti O2晶相.Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附动力学过程很快,30 min即可达到吸附平衡,此外,Langmuir等温模型拟合所得最大吸附量达120.34 mg·g-1,其主要吸附机制为Cd2+与复合材料中TNTs层间Na+/H+的离子交换.Ti O2/TNTs对苯酚的吸附量较低(0.36 mg·g-1),因此光催化反应以实现苯酚的降解是必需的.构建的吸附-光催化系统可实现Cd(Ⅱ)和苯酚的同步有效去除,180 min时二者的去除率分别可达到99.6%和99.7%.Cd(Ⅱ)的去除源于暗室下复合材料中TNTs相的吸附,而苯酚的去除在于后续复合材料中Ti O2相的光催化.Cd(Ⅱ)的共存可提高苯酚的光催化降解效率,原因在于Cd(Ⅱ)吸附进入材料层间后有助于材料光催化性能的提升.共存Na+对Cd(Ⅱ)和苯酚在Ti O2/TNTs上的同步去除影响极小;而共存Ca2+由于竞争吸附和促进材料团聚的原因,会轻微抑制Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附,但对苯酚的光催化降解影响较小.此外,Ti O2/TNTs可有效循环利用,经HNO3解吸和Na OH再生后,3次循环后材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的去除率依然可达91.7%和98.1%.该研究提供了一种合成皆具吸附和光催化性能的钛系材料的方法,对于应用纳米材料实现水体环境中重金属和有机物的同时去除具有一定的借鉴意义.     

粉煤灰对工业废水中氨氮的吸附性能研究

以粉煤灰作为吸附材料进行静态吸附试验,研究粉煤灰对废水中氨氮的吸附性能及其吸附动力学行为,并与活性炭的吸附性能进行比较.试验结果表明:粉煤灰对氨氮的吸附容量随着水中NH4+-N浓度的增加而增大,氨氮浓度存200mg/L和500mg/L下,粉煤灰对NH4+-N吸附动力学行为遵循Bangharm方程和Elovich方程.对...     

ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮特性及其影响因素

为了解析ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附特性及机理,分别考察了不同初始氨氮浓度和污泥浓度下的ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮特性,以及温度、pH、盐度和金属阳离子对氨氮吸附的影响;并采用了吸附等温式、动力学和热力学对吸附过程进行解析.结果表明,ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附在20min左右基本达到吸附平衡,吸附容量随着氨氮初始浓度的增加而增加,随ANAMMOX颗粒污泥浓度的升高而减少.低温有利于ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附,其最佳pH为7.0.盐度和金属阳离子显著影响ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附,在NaCl浓度为5g/L时,吸附作用已不明显.在质量浓度相同的条件下,Fe³⁺对吸附作用抑制最强,Mg²⁺与Ca²⁺次之,而Cu²⁺相对最弱.ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮过程更符合Freundlich等温式,吸附过程符合准二级动力学模型,并且是由表层扩散和内部扩散共同作用的结果.热力学研究表明,该吸附过程是一个自发的放热过程.     

雅鲁藏布江沉积物对氨氮的输移行为研究

选取雅鲁藏布江中下游5个典型断面,进行表层沉积物对氨氮的吸附动力学和吸附-解吸热力学研究。氨氮的吸附过程可分为快速吸附、缓慢吸附和平衡阶段,准二级动力学模型或颗粒内部扩散模型可描述其吸附动力学过程。沉积物对氨氮的解吸过程存在迟滞现象。氨氮的吸附热力学过程受初始浓度影响,较高氨氮浓度下(>5 mg/L)吸附等温线符合Langmuir(R~2≥0.97)和Freundlich模型(R~2≥0.91),解吸等温线符合Freundlich模型(R~2>0.93);较低浓度下(≤5 mg/L)吸附等温线符合Henry模型(R~2≥0.90)。得到的吸附-解吸临界质量浓度远大于上覆水中的氨氮质量浓度,表明雅鲁藏布江沉积物可能在今后一段时间内起到"源"的作用。     

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.     

腐殖酸对NH+4-N在饱和含水层中迁移的影响

通过等温吸附实验,研究了有和无腐殖酸2种情况下,NH 4＋-N在石英砂上的等温吸附过程,并运用Langmuir方程和Freundlich方程进行了拟合,计算了不同条件下NH 4＋-N在石英砂上的最大吸附量;通过室内土柱模拟实验,测定了不同时间内土柱出水中的NH 4＋-N、NO 3--N和NO 2--N的含量,分析了腐殖酸在饱和含水层中对水中NH 4＋-N迁移转化的影响,并运用伪二级动力学方程和二阶段吸附速率方程对动力学过程进行了拟合.结果表明,Langmuir方程和Freundlich方程均能很好地描述NH 4＋-N的等温吸附过程;腐殖酸的存在增加了石英砂对NH 4＋-N的吸附量,无腐殖酸时NH 4＋-N最大吸附量为0.205mg.g-1,有腐殖酸时NH 4＋-N最大吸附量为0.354 mg.g-1.室内土柱实验结果表明,在实验前期,腐殖酸通过增加吸附空间而增大了NH 4＋-N吸附量;当吸附饱和后,腐殖酸可能为硝化细菌等微生物提供碳源和能量,参与NH 4＋-N转化为NO 3--N和NO 2--N的化学反应,使有腐殖酸条件下的NH 4＋-N出水浓度始终低于无腐殖酸条件.伪二级动力学方程和二阶段吸附速率方程均能很好地描述NH 4＋-N的吸附过程（无腐殖酸条件下R2=0.992 3,R2=0.994 4;有腐殖酸条件下R2=0.997 7,R2=0.998 1）,推测石英砂对NH 4＋-N的吸附属于化学吸附过程;通过比较二阶段吸附速率常数k3（有、无腐殖酸时分别为0.247和0.143）和k4（有、无腐殖酸时分别为0.006 27和0.001 7）,发现NH 4＋-N的吸附主要表现为第一阶段吸附,不定向地吸附在石英砂表面的活性点位上,且腐殖酸的存在使NH 4＋-N的平衡吸附量qe增大.     

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.     

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

本研究制备了2种不同Ca2+含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(ZrFeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca2+预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响。结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe3O4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca2+的含量明显高于ZrFeRBT。ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述。根据Langmuir模型确定的ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8.70mg·g-1和11.5mg·g-1。ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附。随着pH值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低。当溶液共存Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca2+会极大地促进了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附。采用Ca2+对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力。     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

不同沉淀pH值条件下制备的水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附作用

研究了沉淀pH值分别为4.8、8.0和10.6条件下制备的水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附作用,结果表明,共存的Na~+仅仅略微促进了沉淀pH值为4.8和8.0时所得水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附,却明显促进了沉淀pH值为10.6时所得水合氧化锆对磷酸盐的吸附.共存的Ca~(2+)仅仅略微促进了沉淀pH值为4.8时水合氧化锆对磷酸盐的吸附,却极大地促进了沉淀pH值为8.0和10.6时水合氧化锆对磷酸盐的吸附.共存的HCO_3~-和SO_4~(2-)抑制了水合氧化锆对磷酸盐的吸附,且它们对沉淀pH值为4.8时水合氧化锆吸磷的抑制作用明显大于对沉淀pH值为8.0和10.6时水合氧化锆的抑制作用.不同沉淀pH值条件下制备的水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附能力均随着溶液pH值的增加而降低.不同沉淀pH值条件下所得水合氧化锆对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Redushckevich(D-R)等温吸附模型加以描述.存在Na+而不存在Ca~(2+)情况下,3种不同沉淀pH值条件下所得水合氧化锆对中性溶液中磷酸盐的最大单层吸附容量差别不大;存在Ca~(2+)情况下,沉淀pH值为8.0和10.6时所得水合氧化锆对中性溶液中磷酸盐的最大单层吸附容量远远高于沉淀pH值为4.8时制备的水合氧化锆.沉淀pH值为4.8和8.0时所得水合氧化锆的吸磷机制主要是表面氯和羟基基团与磷酸盐之间的配位体交换作用,而沉淀pH值为10.6时所得水合氧化锆的吸磷机制主要是表面羟基基团与磷酸盐之间的配位体交换作用.以上研究结果显示,与沉淀pH值为4.8时制备的水合氧化锆相比,沉淀pH值为8.0和10.6时制备的水合氧化锆更加适合作为吸附剂去除废水中的磷酸盐.     

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.