改性硅酸钙对Cd2+的吸附性能及其对Cd污染土壤的修复潜力

通过吸附-解吸实验和土柱淋溶实验,研究了改性硅酸钙对镉(Cd~(2+))的吸附性能及对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明,改性硅酸钙对Cd~(2+)有较强的吸附能力,其吸附平衡时间在60 min左右,对溶液pH有较宽的适应范围,且当pH呈中性时,对Cd~(2+)的吸附效果最好。由Langmuir模型拟合结果可知,改性硅酸钙对Cd~(2+)的饱和吸附容量可达441.55 mg·g-1。改性硅酸钙对Cd~(2+)有较好的吸附稳定性,适合用于Cd污染土壤的修复。土柱淋溶实验表明,改性硅酸钙对Cd污染土壤的钝化效果明显,不仅降低淋溶液Cd~(2+)含量,使淋溶液Cd~(2+)累积量显著降低47.01%,还使土壤CaCl2-Cd浓度显著降低94.4%,并促使土壤易溶态Cd向难溶态Cd转变。     

磷酸改性纳米黑碳的制备及对Cd的吸附研究

为提高纳米黑碳(BC)对Cd的吸附钝化效果,以磷酸为改性剂对BC进行改性,通过单因素实验探究不同改性条件对吸附性能的影响,分别改变磷酸浓度、反应温度、反应时间3个要因素,以Cd~(2+)污染模拟水样为研究对象,确定最佳改性参数,同时使用Zeta电位仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪对磷酸改性纳米黑碳(MBC)进行表征,并且通过吸附等温线和吸附动力学实验研究MBC对于Cd~(2+)的吸附过程。研究结果表明,MBC改性最佳条件为2mol/L磷酸55℃水浴加热1.0h。吸附在20min后达到平衡,对Cd~(2+)的最大吸附量为345.329mmol/kg,为优惠吸附,等温吸附拟合更符合Langmuir方程。MBC表面孔隙度、比表面积、结晶度以及表面电荷数较改性前均明显增加,对Cd~(2+)有很强的吸附能力,适用于Cd污染治理。     

一步法低温合成二维CNx纳米材料及其对水中重金属离子的吸附性能

利用尿素和乙二胺四乙酸钠盐通过一步法低温固相裂解合成了二维纳米碳氮材料(2-D CN_x),实现了对水中重金属离子的吸附去除。系统地研究了2-D CN_x对水中重金属离子Cd~(2+)、Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能,其吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir模型。结果表明:Cd~(2+)、Cu~(2+)和Pb~(2+)的初始浓度均为40 mg·L~(-1),在25℃下,达到平衡时吸附量分别达到了79.4、 58.5、 72.8 mg·g~(-1); 2-D CN_x在比较广泛的pH范围(3.0～9.0)内对重金属离子都具有比较好的吸附效果;吸附剂在吸附柱过滤穿透实验中表现出很好的吸附效果和可重复利用性,且具有良好的机械稳定性。进一步的机理分析探明,吸附主要基于材料表面的羟基和重金属离子交换及氨基与重金属离子的络合协同作用。     

棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附特征

为了研究棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对溶液中Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附过程的特征,分别从动力学、热力学和吸附等温线三方面进行了实验,同时还研究了pH、温度、时间、重金属离子起始浓度和吸附剂用量对吸附过程的影响。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述。在实验设定条件下,棘孢曲霉对Pb~(2+)和Cd~(2+)最大吸附量分别为71.2 mg/g和59.8 mg/g;动力学实验数据很好的符合二级动力学方程,吸附达到平衡的时间为3 h;热力学实验数据显示该吸附过程为自发的、吸热的过程。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

硫化锰纳米颗粒高效去除重金属镉

中国镉污染问题日益严峻,开发高效的镉吸附剂,是解决环境镉污染问题的重要技术手段。采用共沉淀方法合成了硫化锰纳米颗粒,研究了其对重金属镉的吸附行为,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、比表面积(BET)等技术手段探究了硫化锰纳米颗粒的形貌、化学组分以及镉的去除机制。结果表明,MnS纳米颗粒呈球状,平均粒径100 nm,比表面积30.56 m~2·g~(-1)。MnS纳米颗粒对Cd~(2+)的吸附动力学数据较好地符合伪二级动力学模型;吸附等温线数据较好地符合Langmuir模型,说明MnS对Cd2+的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附。使用Langmuir拟合的MnS饱和最大镉吸附量为349.6 mg·g~(-1),在众多镉吸附材料中处于前列。对于模拟工厂重金属废水的处理,MnS纳米颗粒可以在5 h内使镉的浓度由60 mg·L~(-1)降至国家规定排放线以下(0.1 mg·L~(-1)),且吸附过程中水体pH稳定,对水体干扰小。在多种重金属离子共存的情况下,仍可以达到接近100%的Cd~(2+)去除率。硫化锰相对稳定,在空气中放置30 d仍有80%的镉去除率。较高的离子交换量形成CdS沉淀是MnS高效去除镉的主要原因。     

沸石负载纳米二氧化硅对Cd~(2+)的吸附动力学

以沸石为负载剂,对纳米二氧化硅进行表面负载,得到一种复合吸附剂(ZLS),并用于废水中重金属离子Cd2+吸附研究,考察了吸附温度、溶液p H、吸附时间对重金属离子Cd2+吸附性能的影响;同时,对ZLS吸附Cd2+的实验数据进行动力学行为拟合研究,结果表明,该吸附过程较符合拟二级动力学模型,吸附过程为物理化学吸附。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

蚓粪腐殖酸对Cd2+的吸附作用研究

以蚯蚓粪中提取到的腐殖酸为研究材料,采用傅里叶变换红外光谱仪分析了蚓粪腐殖酸的功能基团组成,考察了pH、Cd~(2+)初始浓度和吸附时间对蚓粪腐殖酸吸附Cd~(2+)的影响,得到蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的最佳吸附条件。研究结果表明:蚓粪腐殖酸的红外光谱特征吸收峰主要位于3 300～3 600cm-1,主要功能基团为羧基、羟基和胺基;pH小于4.0时,蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附效果较差,近中性条件下吸附效果最佳;Cd~(2+)初始浓度对吸附效果影响较大,Langmuir模型模拟得到Cd~(2+)的最大饱和吸附量为4.47mg/g;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附作用较为稳定,吸附40min后基本达到饱和;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)有较强的吸附能力,为土壤Cd~(2+)污染修复提供参考。     

棉花秸秆黑炭对Cd~(2+)的吸附特性研究

以棉花秸秆黑炭(以下简称黑炭)为吸附剂,通过吸附动力学、吸附热力学以及等温吸附实验研究了黑炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,Cd~(2+)在黑炭上的吸附动力学更加符合准二级动力学方程,其吸附可分为快速吸附和慢速吸附两个过程,在60min就可以达到饱和吸附量的92%。颗粒内扩散并不是控制吸附速率的唯一步骤,同时受到液膜扩散和表面吸附的作用。吸附等温线拟合发现Langmuir方程能更好地描述Cd~(2+)在黑炭上的吸附行为,Cd~(2+)在炭变化时间为3.0、4.5h的黑炭上的最大吸附量分别为36.36、38.61mg/g。吸附热力学研究结果表明,黑炭对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程。     

不同膨润土对含镉废水的吸附性能

研究了不同投加量和吸附时间时,钠基膨润土、钙基膨润土和高胶质价钙基膨润土对含镉废水中Cd~(2+)的吸附特性。研究结果表明,在相同投加量时钙基膨润土对Cd~(2+)的吸附性能最佳,吸附可在30 min达到平衡。3种膨润土-Cd~(2+)吸附体系中,Freundlich模型对钠基膨润土-Cd~(2+)吸附体系的拟合较好。由膨润土对Cd~(2+)的吸附动力学可知,该吸附过程符合准二级动力学。     

磷酸活化-微波热解改性污泥对镉的吸附性能

以城市污水处理厂剩余污泥为原料,利用磷酸活化-微波热解制取改性污泥。以此污泥作为吸附剂,对含Cd2+废水进行了吸附实验研究。考察了溶液反应时间、Cd2+浓度、pH值和吸附剂用量对镉吸附去除效果的影响;利用等温吸附实验作出吸附等温线,并考察了改性污泥吸附剂吸附Cd2+的动力学方程。实验结果表明,改性污泥对Cd2+有良好的吸附性能,吸附最佳pH值为6.0,吸附较好地符合一级动力学吸附模型和Langmuir-Freundlich等温吸附方程,吸附为物理吸附,吸附反应发生12 h后达到吸附平衡。     

活体微藻对镉(Ⅱ)的富集机理

选取小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)等4种微藻,通过室内模拟实验,对水体中的Cd~(2+)进行吸附,并对吸附Cd~(2+)的微藻分别采用去离子水、0.2 mol·L~(-1)Ca Cl2与研磨处理,测定Cd~(2+)的解脱量,研究活体微藻对重金属离子的富集特征与机理。结果表明:4种活体微藻均对水体中Cd~(2+)有较强的富集能力,在Cd~(2+)初始浓度为10 mg·L~(-1)、溶液pH为7.0的实验条件下,小球衣藻富集量可达76.34 mg·g~(-1),铜绿微囊藻、钝顶螺旋藻和四尾栅藻富集量分别为24.78、15.28和9.85 mg·g-1,说明微藻是良好的重金属吸附剂;4种活体微藻对Cd~(2+)的富集特征均符合准二级动力学方程(R20.99),反映出活体微藻对Cd~(2+)的富集主要是一种化学行为;活体微藻对Cd~(2+)的富集主要是离子交换形式的化学吸附,富集比例均在60%以上,其中小球衣藻最高,达86.51%。除化学吸附外,还包括物理吸附与生物吸收,生物吸收所占富集比例为6.75%~18.96%,而物理吸附量最少,为3.02%~14.63%。     

狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)与Pb~(2+)的吸附及机理分析

为了解狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)活性炭的吸附性能及其机理,采用磷酸一步活化法制备了狭叶香蒲活性炭,并对其理化性质进行了表征;通过静态实验,研究了溶液起始pH、Cd~(2+)和Pb~(2+)浓度、吸附时间、温度、活性炭剂量对狭叶香蒲活性炭吸附水溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)的影响。狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量随溶液起始pH与温度的增加而增加,吸附平衡时间约为10 min;热力学分析表明,吸附过程自发而且吸热,吸附动力学实验结果符合拟二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地拟合狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)的吸附,Pb~(2+)的平衡吸附量与Freundlich模型的拟合性更好。25℃条件下,由Langmuir线性模型拟合得到的Cd~(2+)和Pb~(2+)最大吸附量Qm分别为83.33和116.28 mg/g。狭叶香蒲活性炭的理化性质分析表明,活性炭表面凹凸不平、多孔,比表面积为780.42 m2/g、孔容23.29 m L/g、平均孔径3.14 nm;活性炭含有羟基、磷酸基、CC键等,等电点为3.3。结果表明,狭叶香蒲活性炭是Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附的有效吸附剂,吸附过程包括静电吸附、离子交换等。     

纳米零价铁改性氨基生物炭的制备及对Cd(Ⅱ)的吸附和解吸特性

通过化学负载方法成功制得纳米零价铁改性氨基生物炭复合材料(ABC/NZVI),对其进行表征和研究了其对重金属Cd(Ⅱ)的吸附和解吸特性。结果表明,改性后,ABC/NZVI具有氨基官能团并且表面负载了纳米零价铁,比表面积为244 m~2·g~(-1),在水溶液中稳定悬浮的平均粒径是845 nm。ABC/NZVI对Cd(Ⅱ)的吸附大约在457 min内即可达到吸附平衡,吸附动力学可用伪二级动力学模型较好地拟合(R~2≥0.990);对Cd(Ⅱ)表现出优良的吸附性能,饱和吸附容量为12.4 mg·g~(-1),吸附/解吸等温线均呈现出明显的非线性,可用Langmuir模型较好地拟合(R~2≥0.960),而且出现明显的解吸滞后现象,滞后系数(HI)为0.536。因此,ABC/NZVI对Cd(Ⅱ)的吸附可能为单分子层的化学吸附,主要的吸附机理可能涉及配合和沉淀两种作用。     

生物质炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

以玉米秸秆、稻壳在350~500℃制成的生物质炭作为吸附剂,研究其对溶液中Cd2+的吸附特性。通过模拟实验,考察了初始p H、生物质炭用量、吸附时间和Cd2+的起始浓度对吸附的影响。结果表明,2种生物质炭对Cd2+的吸附反应适应p H范围较宽(4.0~7.0);玉米秸秆炭和稻壳炭对Cd2+的吸附速度较快,分别在10和20 min时达到吸附平衡;玉米秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附遵循Langmuir等温线模型,而稻壳炭对Cd2+的吸附遵循Freundlich等温线模型。在实验设定的条件下,玉米秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附能力强于稻壳炭。     

重金属镉对污水生物膜吸附菲的影响机制

为了探究重金属镉(Cd)对污水生物膜吸附菲(phenanthrene,PHE)的影响及机制,以新疆乌鲁木齐某含油污水库生物膜为研究对象,通过对比有Cd²⁺和无Cd²⁺条件下,污水生物膜对PHE的吸附性能,Cd²⁺的存在对污水生物膜吸附PHE有促进作用。有Cd²⁺和无Cd²⁺条件下,在pH=6、温度为35℃时污水生物膜对PHE的吸附效果最好;吸附动力学和吸附等温线方程均符合拟二级动力学和Langmuir模型,说明吸附以单分子层的化学吸附为主,并且有Cd²⁺时污水生物膜对PHE的最大吸附量比无Cd²⁺时高出21.8%。SEM、FTIR和XPS的表征分析结果表明,有Cd2+和无Cd2+条件下污水生物膜表面与PHE发生作用的基团基本相同,吸附过程中的主要官能团为有机质中的羟基、羧基和酰胺基团。     

聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/膨润土/腐植酸钠三维网络凝胶吸附剂对Cd2+吸附性能研究

制备了一种聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/膨润土/腐植酸钠三维网络凝胶吸附剂,重点考察了吸附剂对Cd2+吸附的pH依赖性、吸附动力学和吸附等温线.结果表明,Cd2+溶液pH值对吸附容量有较大影响.在pH=8、吸附时间30 min、Cd2+溶液初始浓度0.02 mol/L和吸附剂用量0.10 g的条件下,吸附剂对Cd2+的饱和吸附量可达294.7 mg/g.与膨润土相比,三维网络凝胶吸附剂具有更高的吸附容量和更快的吸附速率.     

橘子皮皂化交联改性及其对重金属离子的吸附

以生物废料橘子皮(OP)为原料,经乙醇、NaOH和CaCl2处理,得到皂化交联改性橘子皮(SCOP)生物吸附剂,将其用于对重金属离子Cu2+、pb2+、Cd2+、Zn2+和Ni2+的吸附,并研究了溶液pH、吸附时间和重金属离子初始浓度对SCOP吸附性能的影响.结果表明,重金属离子在改性橘子皮上的吸附速率快,符合准二级动力学方程;改性橘子皮对Cu2+、pb2+、Zn2+和Ni2+的吸附等温线符合Langmuir方程,对Cd2+的吸附等温线符合Freundlich方程,根据Langmuir方程计算对Cu2+、pb2+、Cd2+、Zn2+和Ni2+的饱和吸附量分别为72.73、209.80、85.84、56.18、33.80mg/g,均高于改性前.改性后的橘子皮生物吸附剂可以再生重复使用4次以上,是性能良好的重金属离子吸附剂.     

K+、Na+、Ca2+共存离子对活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以含有重金属离子Cr(Ⅵ)以及共存轻金属离子K~+、Na~+、Ca~(2+)的模拟废水为研究对象,采用活性炭进行吸附处理,探讨了3种共存轻金属离子对活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:(1)共存的K~+、Na~+、Ca~(2+)与Cr(Ⅵ)之间存在竞争吸附,其影响活性炭吸附Cr(Ⅵ)的大小顺序为Ca~(2+)Na~+K~+,其中Ca~(2+)导致Cr(Ⅵ)去除率下降44.16百分点。(2)吸附Cr(Ⅵ)的活性炭在2 170cm~(-1)处出现新的红外振动峰,表明Cr(Ⅵ)与活性炭之间的吸附属于化学吸附。在同时吸附Cr(Ⅵ)与共存离子的样品中,未出现新的红外振动峰,表明K~+、Na~+、Ca~(2+)与活性炭间的吸附属于物理吸附。(3)活性炭吸附Cr(Ⅵ)的过程符合Langmuir模型,属于单分子层化学吸附;其动力学曲线符合伪二级动力学模型。