CNT/MnO2复合电极吸附去除水中Cd2+的研究

为了探讨CNT/MnO_2复合电极的电极特性及对Cd~(2+)的电吸附性能、机理和影响因素,采用氧化还原法制备了碳纳米管负载二氧化锰(CNT/MnO_2)材料,并涂覆在不锈钢网上制成复合电极;通过扫描电子显微镜技术、BET比表面积测试、循环伏安法、X射线光电子能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪分别对该复合电极的表面形貌、比表面积、电化学性能、元素成分及所含官能团进行了表征。表征结果证实,复合电极材料的比表面积及比电容相比于CNT电极材料明显增大。进一步试验结果表明,复合电极对Cd~(2+)的吸附量较CNT电极提高了6.125倍,且复合电极电吸附Cd~(2+)的过程符合准二级动力学方程。     

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。     

黍糠、菜籽饼生物炭的制备及其对重金属镉(Cd2+)的吸附

利用黍糠、菜籽饼在不同温度下制备生物炭,以确定最佳制备温度及最佳吸附材料。结果表明,2种生物炭对镉(Cd~(2+))的吸附效果随制备温度上升而升高,黍糠生物炭的吸附效果更好。综合考虑产出率、吸附效果与能耗,得到最佳生物炭材料为黍糠,最佳制备温度为600℃。经2种生物炭吸附后,Cd~(2+)溶液的pH值均呈上升趋势,而黍糠生物炭调节pH值的能力更强。2种生物炭清洗后的吸附效果均有下降,表面沉淀是未清洗的生物炭对重金属离子吸附作用的机理之一。600℃黍糠生物炭对Cd~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温线,表明黍糠生物炭对Cd~(2+)的吸附为单分子层的吸附,且吸附剂表面均匀。使用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、多通道比表面积和孔径分析仪(BET,Multi-channel specific surface area and pore size analyzer)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR,Fourier Transform Infrared Spectroscopy)和综合热分析仪(STA,Synchronous Thermal Analyzer)对黍糠生物炭进行了表征。结果表明,黍糠原材料具有丰富的官能团,随热解温度升高,脂肪族官能团逐渐弱化消失,而芳香性结构与官能团逐渐凸显出来,因而能更多地吸附重金属Cd~(2+)。黍糠生物炭对重金属的吸附不主要依赖比表面积和孔隙结构,而是多种化学作用的结果,如表面沉淀、与官能团络合和阳离子-π键吸引。     

基于KOH活化法的核桃壳基活性炭制备及其表征

采用农林废弃物制备比表面积大、微孔结构发达的活性炭,能够缓解资源短缺问题,减少环境污染,并且提高活性炭在气相吸附方面的利用价值。以核桃壳为原料、KOH为活化剂,采用单因素法探讨碱炭比、活化温度和活化时间对活性炭得率、碘吸附值的影响,确定了核桃壳基活性炭制备的最佳工艺条件。采用场发射扫描电镜、孔径分析仪、傅里叶红外光谱仪分析了活性炭的微观形貌、孔径结构、表面化学性质。结果表明:当碱炭比为3∶1、活化时间为60 min、活化温度为800℃时,制备的核桃壳基活性炭的比表面积为1 551.85 m2/g,总孔容为0.79 cm3/g,微孔比表面积为1 491.22 m2/g,微孔率为89.87%。该活性炭的比表面积大,微孔结构发达,同时极微孔含量很高。     

柱状V2O5/AC催化剂低温选择性催化还原NO的研究

为了研究柱状活性焦负载V2O5选择性催化还原NO的性能,采用等体积浸渍法制备一系列柱状V2O5/AC催化剂,采用工业分析、元素分析、SEM、BET对催化剂进行表征.结果表明,柱状活性焦表面具有大量的孔隙结构,硝酸改性提高活性焦的氧含量、比表面积和微孔率.同时研究了V2O5负载量、反应温度、Q浓度、空速等因素对NO脱除率的影响.结果表明,在V2O5负载量为3％、反应温度150℃,O2体积分数为5％,空速2500 L/(M·h)时NO的脱除率可达61.89％.     

聚丙烯基高分子功能材料吸附卷烟烟气中多种有害成分的应用

为了寻找能同时降低卷烟烟气中甲醛、乙醛、巴豆醛和颗粒物有害成分含量的离子交换树脂吸附材料,采用电镜扫描方法观察聚丙烯基阳离子树脂高分子功能材料的表面特征,应用压汞法分析其平均孔径、中值孔径、比孔容和比表面积,并测试了该材料的交换容量,采用环境试验舱检测法对比测试了该材料和活性炭降低卷烟烟气中甲醛、乙醛、巴豆醛和颗粒物有害成分含量的效果.结果表明,聚丙烯基高分子功能材料表面多斑点状突起,凹凸状明显,微孔和缝隙多,平均孔径为0.26 μm,中值孔径为149.3 μm,比孔容为19.23 cm3/g,比表面积为293.42 m2/g,交换容量为5.16 mmol/g,对烟气中甲醛、乙醛、巴豆醛和颗粒物的净化率分别达到79.6％、79.8％、82.8％和64.7％,而活性炭的净化率分别为20.3％、0、6.4％和54.2％.研究表明,该聚丙烯基高分子功能材料具有物理吸附和化学吸附性能,净化卷烟烟气中多种有害成分的效果明显优于活性炭.     

十六烷基三甲基溴化铵改性污泥对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

以开封市西区污水处理厂剩余污泥为原料,在酸性条件下添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)制备了改性污泥吸附剂。通过静态吸附实验考察了污泥改性前后对Cr(VI)废水的吸附性能。结果表明,最佳改性条件为在0.6 mg/L的HCl溶液中,按液固比为20∶1加入污泥,控制温度95℃以上添加1%的CTAB,反应5 h;SEM,BET分析表明,污泥改性后其表面以及孔洞内变得更加粗糙和疏松,污泥BET比表面积增大了2.3倍,总孔容增大了1.7倍,红外光谱表明CTAB基团嫁接到污泥结构中;当Cr(VI)初始质量浓度20 mg/L、最佳pH为2.0、反应温度25℃,改性吸附剂投加量为8.0 g/L、吸附0.5 h后,Cr(VI)的去除率可达到91.3%,去除率比改性前增大了53.5%。     

桑树杆活性炭/铁锰氧化物复合吸附剂对磷的吸附研究

采用原位合成法制备桑树杆活性炭/铁锰氧化物复合吸附剂(MSAC/Fe-Mn),用红外光谱、X射线衍射等对其表征,探讨MSAC/Fe-Mn对磷的吸附机理。研究pH值、吸附时间、初始浓度、温度和共存离子等因素对吸附效果的影响,结果表明,pH值为5时,其对磷的去除效果最好;共存离子对磷的吸附影响大小顺序为CO2-3 SO2-4 NO-3;随着离子强度由0. 05 mol/L(Na NO3)增大到0. 50 mol/L,复合吸附剂对磷的去除率降低了40. 6%;准二级动力学模型较好反映了吸附过程,Langmuir等温吸附模型适合拟合MSAC/Fe-Mn对磷的吸附,在温度为25,35,45℃时,其对磷的最大吸附量分别为16. 26,17. 78,20. 82 mg/g。MSAC/Fe-Mn吸附磷的机制包括静电、离子交换、物理-化学吸附等,MSAC/Fe-Mn中铁锰氧化物和其表面羟基和酚羟基均参与了吸附反应。     

离子交换树脂/活性炭复合电极制备及选择性吸附性能研究

采用阴离子交换树脂和活性炭制备复合电极,探讨了影响复合电极性能的因素并测定了其实际脱盐和选择性吸附性能。结果表明,当选用矿物质活性炭,活性炭与树脂质量比为1∶3,粘结剂PVDF质量分数为10%,制备的复合电极平均电容量为92.0 F/g,对KCl溶液的脱盐率比纯活性炭电极提高了32.1%,对V(Ⅳ)、Al(Ⅲ)两种离子分离因数为29.57,分离效果显著,有较好的电化学性能和选择性吸附性能。     

活性炭负载TiO2光催化剂的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/活性炭(TiO2/AC)复合光催化剂,并考察载体粒度、浸渍时间、煅烧温度对其光催化降解腐殖酸性能的影响,确定了最佳条件.利用XRD(X射线衍射)、氮吸附等手段对复合催化剂的物理特性进行了表征;探讨了催化剂投加量、重复使用次数等因素对光催化降解腐殖酸反应的影响.结果表明:试验制备的TiO2/AC复合催化剂具有大的比表面积,纳米TiO2晶粒为锐钛矿型且尺寸较小;催化剂投加量为2 g/L、反应3 h,可去除腐殖酸溶液的UV254值96%,具有比简单悬浮体系更高的光催化性能.     

硅藻土/钢渣复合吸附材料的制备及表征分析

采用硅藻土和钢渣为基材进行复配,制备出的复合吸附材料具有良好的除磷性能。最佳制备条件为:硅藻土与钢渣的质量比为5∶5,黏结材料、致孔材料占混合物质量分别为20%,8%,制备烧结温度及时间分别确定为为700℃和120 min。通过扫面电镜和显微镜,对基材和复合吸附材料的微观结构进行分析和对比,复合吸附材料表面和内部结构中出现了明显的孔隙,有利于吸附反应的进行。FITR分析结果显示,硅藻土与钢渣作为基材,均参与了制备反应。     

Ni2+掺杂钛纳米管的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用水热法,以硝酸镍为镍源,利用商业二氧化钛(P25)制备Ni2+掺杂钛纳米管。对样品进行扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积仪(BET)的表征。结果表明:采用水热法生成了均匀的钛纳米管,管壁多层且两端开口;Ni2+掺杂基本没有改变钛纳米管的形态和晶型结构;掺杂5%Ni2+的钛纳米管的比表面积为233.89 m2/g,大于未掺杂的纳米管(187.52m2/g),远大于原料P25(45.6 m2/g)。以亚甲基蓝溶液为降解对象,研究Ni2+的掺杂量、pH值、振荡时间和温度对Ni2+掺杂钛纳米管吸附性能的影响。Ni2+的掺杂量、pH值、振荡时间和温度对Ni2+掺杂钛纳米管的吸附性能具有显著影响。用非线性回归分析对吸附等温线进行拟合,Langmuir吸附模型比Freundlich吸附模型拟合效果好。     

凹凸棒石负载壳聚糖吸附废水中Cr(Ⅵ)的研究

为得到合理有效、低成本的废水处理方法,利用凹凸棒石的离子交换特性和壳聚糖在酸性溶液中带正电荷的特点,以脱乙酰度90%的壳聚糖为原料,对用不同温度活化的凹凸棒石黏土作表面改性,制备了凹凸棒石黏土负载壳聚糖颗粒.壳聚糖包覆率的测定结果表明,活化温度为700 ℃时,凹凸棒石黏土的负载率达到最大值32.6%.凹凸棒石黏土负载壳聚糖吸附Cr(Ⅵ)的适宜条件为常温、pH值=4～6、吸附时间为35 min、凹土-壳聚糖用量为12 g/L,此时,凹土-壳聚糖吸附剂对质量浓度为40 mg/L的Cr(Ⅵ)的吸附率可达90%.凹土-壳聚糖颗粒对Cr(Ⅵ)的吸附适合用Langmuir吸附等温方程来模拟.研究表明,凹凸棒石黏土经过改性制成的凹凸棒石－壳聚糖颗粒可用于含Cr(Ⅵ)废水的处理.     

无机-有机复合污染吸附材料的制备及性能研究

膨润土(NMB)是一种天然纳米吸附材料,通过改变表面性质和层间结构,能极大地提高其吸附性能和选择性.用半胱胺阳离子(MEA)与十六烷基三甲基季铵盐(CTMAB)复合改性膨润土,制得无机-有机复合污染吸附材料NMB-CTMA-MEA.利用X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DTA)、红外光谱(FT-IR)以及比表面积测定(N2-BET)等对吸附剂样品进行结构表征.研究了NMB-CTMA-MEA对混合水溶液中目标污染物对硝基苯酚(PNP)和重金属离子Pb2+的吸附性能及机理.结果表明,复合改性膨润土NMB-CTMA-MEA能协同吸附水中有机物PNP和重金属Pb2+.对水中对硝基苯酚的吸附机理主要为有机物在长碳链疏水介质中的分配;对水中重金属离子的吸附源于膨润土层间有机配体MEA的引入,其吸附机理为MEA与重金属离子Pb2+形成了稳定的配合物.     

黑碳对土壤中农药呋喃丹吸附与解吸行为的影响

为了考察黑碳对土壤中呋喃丹吸附与解吸行为的影响,选取小麦秸秆,分别在250℃、450℃和850℃下制备黑碳,测定了黑碳的比表面积和孔体积;采用批处理振荡法测定了呋喃丹在人工添加黑碳土壤中的吸附-解吸行为.结果表明,随制备温度升高,黑碳的比表面积、孔体积和微孔率增大;人工添加黑碳的土壤对呋喃丹的吸附容量和吸附强度随黑碳添加量增加而逐步增加,吸附和解吸等温线的非线性也逐步明显.添加高温制备黑碳的土壤比添加低温制备黑碳的土壤吸附容量、吸附和解吸的非线性均增加.吸附农药的解吸迟滞作用与土壤中黑碳的质量分数密切相关,添加高温制备黑碳的土壤解吸迟滞现象明显.因此,土壤中添加黑碳在一定程度上保证了土壤使用的安全性.     

铜离子模板胺化聚氯乙烯树脂的合成与吸附性能

为制备对金属离子具有良好吸附性能的新型树脂,以聚氯乙烯为大分子骨架,采用以Cu2+为模板的三乙烯四胺进行胺化,合成支载铜离子模板胺化树脂.模板树脂结构经红外光谱验证.研究模板树脂的吸附性能,结果表明,试验条件下树脂对Cu2+、Hg2+、Zn2+、Co2+、Pb2+的吸附容量分别达3.593 mmol/g、0.168 mmol/g、1.121mmol/g、0.692 mmol/g和0.722 mmol/g.树脂对Cu2+的吸附量随温度的升高而增大,并符合Langmuir吸附等温式.同时,树脂对Cu2+有一定选择吸附性能,当Cu2+分别与Co2+、Zn2+、Cd2+共存时,树脂对Cu2+的选择性吸附系数为4.27、25.71和3.22.本研究为废水中Cu2+的选择去除提供了试验依据.     

壳聚糖改性膨润土的制备及对味精废水处理的试验研究

以膨润土和壳聚糖为原料制得新型水处理剂--壳聚糖改性膨润土,研究其制备条件对味精废水处理效果的影响.结果表明,土液比(膨润土质量与壳聚糖溶液体积之比)为1.25 g/mL,壳聚糖质量浓度为7.5 g/L,浸泡75 min,微波加热5 min条件下,制备的壳聚糖改性膨润土性能最好.此时,味精废水中CODCr的去除率可达56%,NH3-N的去除率达31%.对改性土比表面积、红外光谱及X-射线衍射图谱的分析表明,引入壳聚糖并没有改变膨润土的基本结构,壳聚糖只是吸附在膨润土表面,改变了膨润土在水中的分散状态,增强了膨润土对污染物的吸附和离子交换能力.     

PNIPAm/PHEMA负载纳米铁去除水中4-NP的研究

采用SEM、EDS、XRD和称重法对聚(N-异丙基丙烯酰胺)/聚(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)-纳米铁(PNIPAm/PHEMA-n ZVI)材料进行了表征和性能测试;并研究PNIPAm/PHEMA-n ZVI在不同浓度、p H值和温度条件下对4-NP的去除效果。结果表明,温敏水凝胶载体具有较好的多孔贯穿结构,其孔洞直径为2~20μm;负载的纳米铁颗粒粒径为70~100 nm,纳米铁的负载量为0.154 5 g/g;低于17℃时PNIPAm/PHEMA平衡溶胀比均在20左右,当温度从25℃升高到32℃时平衡溶胀比降至2左右。采用0.3 g干凝胶制备的PNIPAm/PHEMA-n ZVI,在18℃、p H=5、振荡速度100 r/min条件下,处理100 m L质量浓度为400 mg/L的4-NP水溶液3 h后去除率达到100%;PNIPAm/PHEMA经过5次重复使用后,4-NP的还原去除率仍可达到80%以上;PNIPAm/PHEMA-n ZVI储存105 d以后,储存稳定性仍在75%以上。研究表明,该温敏性凝胶在负载纳米铁方面是一种很好的载体,在去除硝基苯酚方面有实际应用潜能。     

生物锰氧化物对4种重金属的吸附特性研究

通过培养锰氧化细菌Sphingopyxis sp.4-15,制备生物锰氧化物,研究了生物锰氧化物的结构性质及其在不同影响因素下对4种重金属Cu、Zn、Cr和As的吸附特性。结果表明该生物锰氧化物中含有MnO₂、Mn₃O₄和MnO等晶体锰氧化物,包裹在菌体细胞表面呈现出规则的花球状。其锰主要以高价态的Mn⁴⁺和Mn³⁺形式存在,平均孔径为35.56 nm,比表面积为41.49 m²/g。锰氧化物对重金属的吸附过程受pH值影响,最适pH值为4~6;离子强度对吸附过程干扰较小;升高温度有利于其对Cu和Zn的吸附,而对As的吸附产生抑制;锰氧化物对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、As(Ⅲ)的吸附在反应360 min时可达到平衡,对Cr(Ⅲ)的吸附在反应5 min内达到平衡;在4种重金属最大初始浓度下,生物锰氧化物对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、As(Ⅲ)的吸附量依次为:70.184、15.140、9.141、0.089 mg/g,具有较大的重金属吸附容量。     

季铵盐离子液体改性活性炭及其热安全性研究*

为进一步提高活性炭对VOCs的吸附性能和热安全性,采用铵盐类离子液体改性原始活性炭,优化其理化性质。结果表明:改性活性炭表面生成新的无机盐化合物,C=O、-OH、C-O、-COOH和C-S基团增加;孔隙结构增多且分布均匀,比表面积及微孔体积增大;改性后活性炭对甲苯的吸附量提高3.14倍,吸附效率明显提升;在固定碳的燃烧阶段,改性活性炭活化能为54.44 kJ·mol-1,是改性前活性炭的1.38倍,活化能增大,物质稳定性增强;当粒径为120~150目及200目以上时,改性前后活性炭的自燃温度分别从328.4 ℃、319.3 ℃增长至355.1 ℃、345.7 ℃。因此,负载季铵盐离子液体可有效提高活性炭吸附性能和热安全性,研究结果可为优化VOCs处理工艺提供参考。