磁性水滑石/生物炭复合材料的制备及其对水溶液中磷的吸附性能

以芦苇秸秆生物炭为基体,制备了磁性水滑石/生物炭复合材料(Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC)。考察不同pH、Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC投加量、初始磷浓度、吸附时间以及反应温度对Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC吸附磷的影响。结果表明:Fe3O4-Mg/AlLDH/BC对磷的吸附符合准二级动力学模型和Freundlich模型,吸附过程是自发的吸热反应。在最佳的实验条件下(Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC投加量为5.0g/L,磷初始质量浓度为20 mg/L,pH为6.0,温度为30℃,吸附时间为120 min),Fe3O4-Mg/AlLDH/BC对磷的去除率可达99.24%,该材料是一种新型高效的磷吸附材料。     

花生壳基和木屑基生物炭对离子型染料和Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

采用花生壳和木屑为原材料分别在300、600℃限氧条件下热裂解制备4种生物炭,研究了其对阳离子型染料亚甲基蓝(MB)、阴离子型染料刚果红(CR)和重金属Pb(Ⅱ)的吸附等温线和吸附动力学效应以及生物炭上Pb(Ⅱ)的解吸再生效应。结果表明,相比Freundlich方程,生物炭对MB和Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir方程。其中,生物炭对MB的吸附受到表面含氧官能团和平均孔径影响,对Pb(Ⅱ)的吸附机制以离子交换或共沉淀为主。相比Langmuir方程,生物炭对CR的吸附等温线更符合Freundlich方程,吸附机制主要以疏水作用为主。300℃热裂解花生壳制备的生物炭对MB吸附效果最好,最大吸附量达28.0 mg/g;600℃热裂解制备的生物炭对CR吸附效果最好;300、600℃热裂解花生壳制备的生物炭对Pb(Ⅱ)吸附效果均较好,最大吸附量分别为63.7、73.2 mg/g。生物炭对MB、CR和Pb(Ⅱ)的吸附基本在24 h内达到平衡,相比准一级动力学模型,吸附过程均更符合准二级动力学模型。0.1 mol/L盐酸能有效解吸4种生物炭吸附的Pb(Ⅱ)。生物炭的吸附效果和吸附机制与生物炭制备时的热裂解温度和原材料种类关系密切。     

腐殖酸对生物炭吸附水环境中雌激素的影响

以玉米秸秆为原料,通过500℃限氧裂解制备生物炭(记为500BC),并采用批量吸附实验对比500BC及腐殖酸负载后生物炭(记为500BC-HA)对于水环境中两种雌激素(双酚A(BPA)和17α-乙炔雌二醇(EE2))的吸附性能及作用机制。结果表明,腐殖酸分子可阻塞部分500BC孔隙,使500BC的孔径、孔容及比表面积下降,负载腐殖酸后,500BC的比表面积由8.43m~2/g减小至4.40m~2/g,孔径从26.1nm减小至3.2nm,孔容由0.018cm~3/g下降至0.001cm~3/g;与500BC相比,500BC-HA对BPA、EE2的吸附能力均明显降低,一方面是因为腐殖酸分子占据了500BC表面的吸附点位并堵塞部分孔隙,使其吸附能力降低,另一方面腐殖酸负载后引入更多的含氧官能团,使500BC表面疏水性降低,与雌激素间的疏水作用减弱。腐殖酸负载质量浓度为0～10mg/L时,增加负载质量浓度对500BC吸附性能影响明显,当负载质量浓度大于10mg/L时,腐殖酸在500BC表面达到饱和,继续增加负载浓度对500BC的吸附性能不再产生影响。     

银杏叶生物炭对亚甲基蓝的吸附特性

以银杏叶为原料,在700℃下热解制备银杏叶生物炭(GBBC),研究其对溶液中亚甲基蓝(MB)的吸附。考察了pH、吸附时间、GBBC投加量等对吸附结果的影响。实验结果表明:GBBC是一种很好的吸附剂,适用的pH范围宽(2~12),达到吸附平衡时间短(30min);在初始MB质量浓度为50mg/L、GBBC投加量为2.0g/L时,对溶液中MB的去除率达99.2%。吸附过程符合准一级动力学模型(R~2=0.982 9),颗粒内扩散模型拟合结果进一步表明GBBC对MB的吸附受表面吸附和颗粒内扩散共同主导。等温吸附模型拟合发现,Langmuir-Freundlich模型能很好地描述GBBC对MB的吸附行为(R~2=0.989 1)。可见,GBBC是一种去除废水中MB的高效吸附剂。     

柚子皮制备生物炭吸附苯酚的特性和动力学

廉价的柚子皮作为原材料制备生物炭吸附剂对含苯酚废水进行吸附研究。扫描电镜结果表明,柚子皮制备的生物炭具有较好表面吸附空间结构,比表面积测定为261.69 m2/g。此外,能谱对柚子皮生物炭元素分析发现,生物炭主要含有C、O、P、K,这些是生物质特点。红外对柚子皮生物炭分析发现生物炭含有羟基、氨基、羰基、羧基、磷酸酯或者硫酸酯等活性基团,这些是吸附苯酚的特性官能团。在初始浓度为100 mg/L,投加量为3 g/L,中性pH,30℃条件下吸附30 min后柚子皮生物炭对苯酚的去除率达到76.4%。伪二级动力学方程能很好地拟合柚子皮生物炭对苯酚的吸附过程。同时,Langmiur和Freundlich等温方程在整个温度都能较好地拟合数据,在30℃时,Langmuir理论最大吸附容量可达到49.75 mg/g。通过实际废水应用实验,表明柚子皮生物炭是一种有潜力可用于高浓度含酚废水的处理的有效材料。     

重金属离子对生物炭吸附水环境中雌激素的影响

以小麦秸秆为原料制备生物炭(BC),采用批量吸附实验研究BC对水环境中雌激素双酚A(BPA)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的吸附行为,并选用模型污染物菲作对比,探讨了重金属离子(Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+))对BC吸附雌激素的影响和作用机制。结果表明:BC对污染物的最大吸附能力为菲BPAEE2,其主要吸附机制为疏水性作用、π—π电子供受体作用、孔隙填充作用等。在重金属离子存在条件下,BC对污染物的吸附明显降低,一方面是因为重金属离子与BC表面含氧官能团发生络合作用竞争吸附点位;另一方面是因为重金属离子可与周围水分子之间形成三维水合金属离子进行孔隙堵塞。Pb~(2+)对BC吸附能力的抑制作用最弱,这主要是因为Pb的水合离子半径最小,孔阻塞和竞争作用最弱。     

壳聚糖/磁性生物碳对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能

以丝瓜络为原料制备壳聚糖/磁性生物炭(CMLB),并研究了改性前后的生物炭对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,改性后的生物炭包含γ-Fe_2O_3纳米颗粒,颗粒尺寸均匀,大小一致。CMLB对Cu(Ⅱ)的吸附量为54.68 mg·g~(-1),高于原始生物炭(LB)、磁性生物炭(MLB)的吸附量,且能够达到壳聚糖吸附量的86%。整个吸附过程在18 h达到平衡,在pH=5.8±0.1有较好的吸附效果。吸附反应动力学可采用准二级动力学方程拟合,吸附等温线符合Freundlich模型。CMLB吸附Cu(Ⅱ)的机制下包括离子交换、物理吸附和共沉淀。CMLB材料在处理废水后,利用磁铁可将材料从水中分离。CMLB可作为一种吸附剂有效去除水中的重金属,应用前景广阔。     

稻壳生物质炭对水中氨氮的吸附

以稻壳生物质为原材料,在350℃和500℃2种温度条件下制备生物质炭(BC350和BC500),采用扫面电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对稻壳生物质炭进行了表征。通过实验考查了稻壳生物质炭对氨氮的吸附等温线、影响因素和动态吸附。结果表明,稻壳生物质炭的平衡吸附量随着平衡浓度的增大而增大后趋缓,Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述稻壳生物质炭吸附氨氮的行为,BC500比BC350具有更大的吸附氨氮的能力,其最大吸附量分别为5.82 mg/g和6.51 mg/g。p H和离子强度影响BC500对氨氮的吸附效果。动态吸附实验表明,BC500对氨氮的平均吸附量为1.78 mg/g。可见,稻壳生物质炭可以用作高效吸附剂去除废水中的氨氮。     

微紫青霉菌吸附锌的特性研究

选用通过稀释涂布平板法筛选出的对重金属锌有较高耐性的微紫青霉菌(Penicillium janthinellum)BC109-2,研究了锌胁迫下菌株的生长状况以及不同吸附条件对吸附效果的影响。对该菌株吸附锌的条件进行了优化,并对该菌株的吸附性能进行了分析。结果表明,BC109-2在Zn~(2+)初始摩尔浓度为3mmol/L时生长状况最好,最适pH为8,饱和吸附时间为10h。扫描电子显微镜结果显示,BC109-2菌丝吸附锌后表面呈褶皱状。傅立叶红外光谱结果显示,BC109-2在吸附锌过程中,—COOH、C=O以及芳烃基团等发挥了重要作用,且在最佳条件下该菌株对锌的吸附量达到217.47mg/g。可见,该微紫青霉菌对锌具有较高抗性及吸附性能,具有极大潜力成为重金属污染水体生物修复技术中的高效耐受吸附菌种。     

核桃壳生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制

为探究生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制,以农业废弃物核桃壳为原材料,在400℃下热解碳化制备生物炭,与黏土、碳酸氢钠、硅酸钠混合制备生物炭小球。采用ESEM观察、比表面积测定、红外光谱对其表面结构和组成进行表征,并将其用于对雌酮(E1)、雌二醇(E2)和雌三醇(E3)的吸附去除研究。分别考察了吸附时间、溶液pH、生物炭小球投加量以及雌激素初始浓度对吸附效果的影响,并通过颗粒内扩散、等温吸附、吸附动力学探讨其吸附机制。结果表明:生物炭小球对雌激素的吸附平衡时间为15 min;投加量为1 g、pH为5、初始浓度为2 500μg·L-1时平衡吸附量最大;颗粒内扩散模型研究结果表明吸附机制包括分配作用和表面吸附;准二级动力学可较好地描述生物炭小球对雌激素的吸附过程;生物炭小球对雌激素的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。所制备的生物炭小球对雌激素污染物具有较好的去除效果,在环境治理方面具有一定的应用前景。