高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂(KMnO_4、H_2O_2、HNO_3)对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO_4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO_4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U(Ⅵ)质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U(Ⅵ)的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型(决定系数R20.99)。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。     

柚子皮生物炭的制备及对水体中锰离子的吸附

以柚子皮为原料经硫化钠活化后炭化处理制备了生物质炭吸附剂,并将之应用于含锰废水的吸附。考察了溶液p H值、底液质量浓度、生物炭投加量等因素对柚子皮生物炭吸附能力的影响,并研究了柚子皮吸附剂对锰离子废水的吸附平衡和动力学特征。结果表明:柚子皮吸附剂对含锰废水具备较强吸附能力,在溶液p H值为6,底液质量浓度为50 mg/L,吸附剂投加量为2 g/L的条件下,对锰离子的去除率为93.5%;吸附平衡实验表明该等温吸附过程符合Langmuir方程,饱和吸附量为24.691 mg/g;吸附动力学研究表明,该吸附过程符合二级动力学方程,吸附速率常数为0.028 6 g/(mg·min)。     

改性纳米Fe_3O_4去除水溶液中四环素的研究

利用共沉淀法制备了表面活性剂PVP-K30以及PEG-4000改性纳米Fe3O4吸附剂,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、震动样品磁强计(VSM)表征了改性Fe3O4的形貌、尺寸以及磁性质;以盐酸四环素(TC)为吸附对象,研究了改性剂、反应温度和TC起始质量浓度等对Fe3O4吸附性能的影响,同时利用红外光谱仪(IR)研究吸附机理。结果表明,改性后纳米Fe3O4结晶度及分散性明显提高,较25 nm的未改性Fe3O4,PVP和PEG-4000改性Fe3O4颗粒分别减小至20 nm和10 nm;同时改性产物均保持了较高磁性性能。在吸附盐酸四环素(TC)过程中,PEG-4000改性Fe3O4吸附容量最高(47.62mg/kg),PVP改性Fe3O4的吸附能力(36.1 mg/kg)优于未改性Fe3O4(13.45 mg/kg)。PEG-4000改性Fe3O4吸附TC过程中,Langmuir等温线模型优于Freundlich等温线模型,表明吸附剂对四环素分子为单层分子吸附,其吸附动力学遵循孔内扩散模型,并以表面吸附为主,粒内扩散为辅;改性Fe3O4吸附TC行为中羟基间形成的氢键起主要吸附作用。改性Fe3O4吸附剂经3次解吸仍显示出较高的吸附容量。     

玉米芯生物炭对含盐污水中氨氮的吸附特性

以玉米芯为原料制备生物炭,并采用"盐酸+超声波"改性,研究了其对含盐污水中氨氮的吸附特性。结果表明,改性玉米芯生物炭的比表面积和酸性含氧官能团含量较改性前分别提高了7.5、18.2倍,在氨氮初始质量浓度为40 mg/L、盐度为0.45%、p H值为5.0、投加量为2.5 g时,对氨氮的吸附率可达79.4%。改性玉米芯生物炭在含盐条件下对氨氮的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir模型,理论最大吸附量为2.538 2~2.842 6 mg/g,显著高于改性前。热力学分析表明,玉米芯生物炭对含盐污水中氨氮的吸附主要为物理吸附,且是自发、放热及熵增加的过程。以HCl为解吸剂,改性前后玉米芯生物炭的最佳吸附-解吸循环次数分别为3、7次,再生后对氨氮的平衡吸附量分别为解吸前的85.1%、93.8%。     

聚磷菌协同生物炭对水中U(Ⅵ)的去除特性及机理研究

低浓度含铀废水中铀的高效去除是铀矿冶安全生产过程中亟待解决的问题。生物吸附法是处理较低浓度重金属废水的高效廉价的方法之一。采用生物炭负载聚磷菌,制备了一种新型吸附剂,通过对比分析普通生物炭与负载聚磷菌生物炭对水中U(VI)的去除特性,结合BET、SEM及XPS等检测手段,考察聚磷菌对生物炭去除水中U(VI)的协同作用,探究低浓度铀废水处理新方法。结果表明,通过负载聚磷菌,生物炭能够快速降低水中U(VI)的浓度,去除率可达99.86%。BET及SEM表征手段表明,聚磷菌被固定在生物炭表面,负载聚磷菌的生物炭比表面积大大减小,但对铀的去除率反而增加。结合XPS结果可知,吸附后沉淀产物为四价铀和六价铀的混合物,表明聚磷菌对水中铀进行了还原、微沉淀,具有协同生物炭除铀作用。吸附动力学试验表明,该吸附过程符合准二级动力学模型;Freundlich吸附等温线模型能更好地描述吸附剂对铀的吸附行为。     

羟基镧改性树脂的制备及其对氟离子的吸附

采用共沉淀法制备了羟基镧改性D101树脂复合吸附剂,利用扫描电子显微镜及能谱分析仪、红外光谱和比表面积分析仪对复合吸附剂的结构和形貌进行了分析,并对水溶液中氟离子(F~-)进行吸附研究,探讨了该复合吸附剂对F~-的吸附特性,并将其应用于实际含氟废水的处理。结果表明:在25℃、F~-初始质量浓度为10 mg/L、吸附剂量为0.4 g/L、溶液pH=5时,F~-吸附量最大,为24.45 mg/g;复合吸附剂对F~-的吸附动力学数据遵循拟二级动力学反应模型,整个吸附反应为多级控制过程;复合吸附剂对F~-的吸附符合Langmuir吸附等温模型,在10℃、25℃和35℃下,吉布斯自由能(ΔGo)均小于0,焓变(ΔHo)大于0,熵变(ΔSo)大于0,表明该吸附反应为自发吸热熵增过程。采用羟基镧改性D101树脂复合吸附剂可以有效去除实际含氟废水中的氟化物,实现废水的达标排放。     

Sr改性椰壳炭吸附分离CH4/N2的试验研究

针对甲烷气体(煤矿乏风瓦斯)的富集与分离,研究Sr改性椰壳炭在变压吸附和变温吸附过程中的性能。结果表明:1)Sr改性椰壳炭的比表面积明显减小,主要是由于Sr在椰壳炭表面的负载导致孔道堵塞和高温焙烧产生的孔道坍塌;2)在常温变压吸附测试中,Sr改性椰壳炭对CH4的吸附量急剧降低,Sr(NO3)2改性椰壳炭下降了62%,SrCO3改性椰壳炭下降了67%,分离系数也由原来的4.7分别下降至3.0和2.7;3)在程序升温脱附测试中,Sr改性椰壳炭对CH4和N2的吸附峰都减弱,但S(CH4)/S(N2)从1.0升至3.2和4.4;4)Sr改性椰壳炭适合变温吸附分离CH4/N2。     

城市生活垃圾焚烧炉渣对可溶性磷的去除研究

城市生活垃圾焚烧炉渣(MSWA)富含Ca、Fe、Al等金属物质且具有一定的比表面积(7.24 m~2/g),对溶解性的磷具有良好的化学沉淀及吸附去除作用。实验研究表明,MSWA对磷的去除随水溶液pH值增加先呈递增而后有所下降,对5 mg/L的含磷溶液,当pH=8.01时,MSWA对磷的去除率可达93.95%,且溶液中SO_4~(2-)、NO_3~-及Cl~-阴离子并未明显的影响MSWA对磷的去除。通过对MSWA去除水体中磷的过程研究发现,MSWA对磷的去除符合Langmuir曲线(R~2=0.994)、并遵循二级动力学方程(R~2=0.971),理论饱和去除量可达6.623mg/g。     

水热合成类水滑石/生物炭对镉的吸附和稳定化性能

为提高类水滑石(LDH)对镉(Cd)的吸附能力并考察类水滑石/生物炭复合材料(LDH/BC)在土壤中对镉的稳定化性能,以经KOH活化的稻壳生物炭(BC)为载体,采用水热法和共沉淀法制备LDH/BC,以研究不同复合方式及BC复合量对LDH吸附能力的影响.对经优化制备的LDH/BC在不同Cd2+质量浓度、pH值和反应时间下的吸附特性进行考察,以阐明吸附机理并初步在土壤中验证钝化效果.结果表明:通过水热法制备的LDH(h)/BC0.25对Cd2+吸附性能出色,其中BC添加量为0.25 g.当Cd2+初始质量浓度为160 mg/L 时,LDH(h)/BC0.25对 Cd2+吸附量最大(150.15 mg/g)且吸附反应有较宽的pH值范围.LDH(h)/BC0.25在1 h内可迅速吸附Cd2+,在3 h后吸附达到饱和.动力学过程与拟二级动力学方程拟合程度较高,表明吸附过程主要为化学吸附.同时,XPS结果表明,Cd2+可能以CdCO3、Cd(OH)2、CdClOH的形式存在或Cd2+可能通过与含氧官能团的络合作用吸附在LDH(h)/BC0.25表面.此外,对镉污染土壤施加质量分数为6％的LDH(h)/BC0.25并处理14 d后,土壤中酸溶态镉向残渣态转化,镉形态更加稳定.     

磁性生物炭的制备、表征及对磷的吸附特性

处理成本高、分离难度大是当前湖库等相对封闭水体磷治理工程中的主要问题。为此,以廉价农林废弃物花生壳为主要前驱物与Fe_3O_4纳米颗粒复合制备一种低成本、可磁分离的磁性生物炭吸附剂,研究了热解温度(400℃、500℃、600℃)、溶液pH值、阴离子(Cl~-和SO_4~(2-))共存等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,复合后的磁性生物炭最大吸附量相比复合前提升了3~5倍。动力学数据拟合结果表明,拟二级动力学方程能较好地拟合吸附过程。磁性生物炭的零电荷点(均7.5)与前驱物的热解终温在试验范围内呈现明显的正相关,表明引入Fe_3O_4后可明显增加磁性生物炭表面电荷,进而有效提升吸附性能。此外,阴离子共存试验表明,磁性生物炭对磷具有较好的选择性。     

碳化温度对稻壳生物炭的影响及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以稻壳为原料,在不同的温度(300,500和700℃)下采用限氧碳化法制备了生物炭,并利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征了生物炭的结构和性质,同时考察了pH值对生物炭吸附的影响,初步探讨了吸附机理。结果表明,制备的生物炭官能团种类和总量相近,均含有烷基、芳香基及一些含氧官能团,随着碳化温度的升高芳香族化合物增加,芳香化程度增强。试验条件下稻壳生物炭(RH700)对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量达到16.68 mg/g,降低pH值有利于对Cr(Ⅵ)的吸附。稻壳生物炭等温吸附曲线更符合Langmuir模型,对吸附过程中焓(△H)、熵(△S)和吉布斯自由能(△G)的计算表明,稻壳生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附是自发的吸热反应,其吸附行为更符合伪二级动力学模型,拟合的qe值与实测值相差小于0.38 mg/g。颗粒内扩散表明膜扩散和颗粒内扩散共同控制着吸附过程。     

蔬菜废弃物基生物炭对铅的吸附特性

以蔬菜废弃物(芹菜)为原料,采用限氧裂解法制备了500℃下的蔬菜废弃物基生物炭,利用SEM扫描电镜、EDS能谱分析、CHN元素分析、FTIR红外光谱、比表面积及孔径分析等方法表征生物炭的物理化学性质,探究生物炭对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性及其影响因素。结果表明,500℃下制备的废弃芹菜生物炭孔隙较少,具有较小的比表面积和丰富的官能团。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附效果,在初始pH值为5、投加量为0.8 g/L、初始质量浓度为400 mg/L时,其最大吸附量为240.5 mg/g,且投加量、初始质量浓度和体系pH值的影响强烈。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附在5 min内达到平衡,吸附过程更符合准二级动力学模型(R~20.99),表明其吸附速率主要受化学作用控制。同时吸附速率还受初始质量浓度的影响,初始质量浓度越低,吸附过程越先达到平衡。在试验范围内,等温吸附Langmuir模型和Freundlich模型都适合描述废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附过程。     

酸化油页岩灰吸附Ni(Ⅱ)的研究

采用质量分数为50%的HNO3制备酸化油页岩灰吸附剂,研究吸附时间、吸附温度、Ni(Ⅱ)初始浓度、溶液pH值、吸附剂投加量和吸附剂粒径对酸化油页岩灰吸附性能的影响.结果表明,一定范围内,酸化油页岩灰吸附剂的吸附量(Qe)随吸附温度、Ni(Ⅱ)初始浓度、溶液pH值、吸附剂投加量的增加而增加,随吸附剂粒径的增加而减小.吸附温度对吸附刺的最大吸附量Q有明显影响.当Ni(Ⅱ)初始质量浓度为100 mg/L,溶液pH值为6.0,吸附剂粒径为53～75μm,吸附剂投加量为16.0 g/L,吸附搅拌速度为400 r/min时,25℃、30℃、35℃下酸化油页岩灰的最大吸附量Q分别为17.0 mg/g、33.2mg/g、42.9mg/g,且吸附主要以离子交换的化学吸附方式为主.酸化油页岩灰吸附剂对Ni(Ⅱ)的吸附符合Languir等温吸附方程,温度为25℃、30℃、35℃,溶液pH值为6.0,油页岩灰吸附剂投加量为16.0 g/L,油页岩灰吸附剂粒径为53～75μm条件下,酸化油页岩灰对Ni(Ⅱ)的最大吸附量Q分别为17.0mg/g、33.2 mg/g、42.9 mg/g.研究表明,油页岩灰经过酸化改性后可作为吸附荆处理含Ni(Ⅱ)废水,具有较好的市场应用前景.     

钛/钙氢氧化物的制备及其对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附研究

采用共沉淀法制备了钛/钙氢氧化物新型吸附剂,并对其吸附除As的性能进行了初步研究.考察了不同制备方法、Ti/Ca比例、pH值、Ca2+、磷酸根离子对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除率的影响,研究了所制备吸附剂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附热力学特性,并对其吸附机理进行了探讨.结果表明:所制备吸附剂对As(Ⅲ)具有优异的选择性;吸附去除率试验中,吸附剂投加量0.2 g/L、As质量浓度1 mg/L、20℃、吸附3h条件下,TC-45/5吸附剂对As(Ⅲ)的去除率达到97.3％,对As(Ⅴ)的去除率为78.2％;酸性条件和Ca2+可显著提高As(Ⅴ)去除率,但对As(Ⅲ)吸附去除的影响不大;磷酸根离子由于竞争吸附而导致As去除率下降,且对去除As(Ⅴ)的抑制作用更强烈;30℃时,As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的Langmuir饱和吸附量分别为30.21 mg/g和16.61mg/g.研究表明,钛/钙氢氧化物对As(Ⅲ)去除效果良好.     

改性硅酸钙(CSH)对重金属废水中Ni2+的吸附特性研究

以硅灰石和氧化钙为原料制备改性硅酸钙(CSH),为了探讨改性硅酸钙对Ni~(2+)的吸附特性和机理,考察了初始p H值、吸附剂投加量、初始Ni~(2+)质量浓度和硅酸钙使用次数等因素对模拟废水中Ni~(2+)去除率的影响。结果表明,p H值在3.0~6.0、吸附剂投加量为1g/L、含Ni~(2+)废水质量浓度小于200 mg/L、硅酸钙前两次使用时,CSH对Ni~(2+)均有较高的去除效果。采用Langmuir等温吸附模型拟合CSH对Ni~(2+)的吸附,得到CSH对Ni~(2+)的最大吸附量为417 mg/g。结合吸附前后的扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和X射线衍射(XRD)图谱分析,推测出CSH的主要结构为Ca Si2O5,CSH对Ni~(2+)的吸附主要发生在CSH表面并且是通过离子交换作用进行的。通过对CSH吸附去除Ni~(2+)过程中溶液离子浓度变化的研究推断出97%的Ni~(2+)通过离子交换作用被去除,剩余的Ni~(2+)通过表面络合作用去除。     

巯基修饰竹粉生物吸附剂对Cd(Ⅱ)的吸附性能

以楠竹竹粉(BP)为原料,经氢氧化钠预处理,再由巯基乙酸化学改性制备两种新型竹粉生物吸附剂SBP和TBP,对其结构进行了红外表征。考察了溶液pH值、温度、吸附剂量和吸附时间对SBP和TBP吸附Cd(Ⅱ)性能的影响,研究了其吸附动力学和等温吸附模型。结果表明,pH值和吸附剂用量对吸附率影响显著,温度降低更有利于吸附的进行。吸附动力学可用准二级动力学方程描述,吸附过程为化学吸附所控制。SBP和TBP对Cd(Ⅱ)的吸附行为符合Langmuir和Freundlich模型,其最大吸附量分别为81.30 mg/g和163.93 mg/g。     

毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料对水中锑(Ⅲ)的吸附研究

以毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料为吸附剂,锑(III)初始含量、溶液初始pH值、吸附剂投加量以及吸附剂粒径为影响因素开展吸附影响研究。结果表明,随着锑(III)初始浓度的升高,毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料对锑(III)的吸附量逐渐增加;初始溶液pH为7时,对锑(III)的吸附效果最好,吸附量为4.782 1 mg/g;块状吸附剂对水中锑(III)的去除率和吸附量与粉末状吸附剂吸附效果相当。     

改性柚皮对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以柚子皮为原料,经乙醇处理,得到改性柚皮吸附剂,并将其用于对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附,研究了吸附剂用量、温度、水样初始p H值、Cr(Ⅵ)初始质量浓度、吸附时间等对水溶液中Cr(Ⅵ)吸附效果的影响。结果表明,各因素中p H值对改性柚皮吸附Cr(Ⅵ)的影响较大。对初始质量浓度为20 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液,改性柚皮投加量为20 g/L、温度为25℃、水样初始p H=1时,吸附420 min后,Cr(Ⅵ)的去除率达99%以上。Freundlich吸附等温模型和二级吸附动力学模型可以很好地对改性柚皮的吸附过程进行线性拟合,决定系数R2分别为0.975 1和0.996 6。     

改性腐殖酸去除水中氟化物性能研究

以腐殖酸(HA)为原材料,通过络合铝离子改性处理,制备了新型除氟吸附剂(HAAl)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及X射线能谱(EDS)对该吸附剂进行了表征,并系统研究了该吸附剂对水中F-的吸附性能。结果表明:在p H值为4~10时HAAl均对水中F-表现出较高的吸附能力,其饱和吸附量为60.606 mg/g,吸附等温线符合Langmuir方程;吸附动力学可用准二级速率方程描述,表现为化学吸附;共存阴离子Cl-、HCO-3和NO-3对氟的吸附影响较小,HAAl吸附剂除氟率可达85.99%,出水氟质量浓度低于国家饮用水标准;此外,HAAl铝不易脱落,具有优良的稳定性。     

改性松木锯末吸附富营养化水体中磷的研究

采用改性松木锯末作为吸附剂,对富营养化水体的模拟水样中的磷进行吸附去除研究。实验结果表明,改性松木锯末对磷的吸附作用主要发生在15 min内,吸附时间超过15 min吸附量趋于平衡状态;p H值由4.0上升到6.0,改性松木锯末对磷的去除率增长较快,由6.0上升到9.0,去除率基本处于稳定状态;磷浓度在0.5~5 mg/L的低浓度范围内,改性松木锯末对磷的去除率均可达到95%以上;改性松木锯末的最佳投加量为0.4 g/L。用Freundlich吸附等温线方程能准确地描述改性松木锯末对磷吸附的特征,吸附等温线方程为q=5.11 C~(1/0.523)。