壳聚糖-纳米铁去除上覆水和底泥中Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的研究

利用具有较好抗氧化性和分散性的壳聚糖-纳米铁(CS-NZVI)颗粒去除上覆水-底泥系统中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),分析了Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)去除的动力学特征,考察了pH和盐度对去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI颗粒能够有效去除上覆水及底泥中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除过程满足准一级反应动力学方程;随着pH的升高,上覆水中Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低,而Pb~(2+)、Cd~(2+)去除率逐渐升高,底泥中Cr(Ⅵ)去除率先大幅降低后小幅上升,而Cd~(2+)、Pb~(2+)去除率总体呈降低趋势;高盐度不利于上覆水中Cr(Ⅵ)的去除,但对底泥中Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除具有促进作用,对底泥中Cr(Ⅵ)的去除没有明显影响。     

铝板电絮凝法去除重金属离子Cd~(2+)和Ni~(2+)

以模拟遭受突发性镉、镍污染的水体为研究对象,采用铝电极板电絮凝法去除水中Cd~(2+)和Ni~(2+),考察电流密度、反应时间、溶液初始p H与极板间距等操作参数对重金属离子Cd~(2+)和Ni~(2+)去除效果的影响,在最佳工况条件下,Cd~(2+)和Ni~(2+)的去除率均能达到99.99%以上。在模拟废水中投加5.0 mg/L阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS),与不投加SDS过程相比,电流效率从101.4%上升到118.0%,电絮凝除Cd~(2+)过程,同样达到99.52%的去除率,反应时间从12 min缩短到10 min,对于Ni~(2+)去除过程,同样达到98.61%去除率,反应时间从10 min缩短到8 min。2个反应过程均符合一级动力学模型。阳极表面扫描电子显微镜(SEM)表征显示,SDS添加有助于Al3+的释放。     

海藻酸钠-改性碳纤维复合材料对水中Cd~(2+)的吸附研究

采用海藻酸钠与改性聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)制作复合材料吸附去除水溶液中的Cd~(2+),考察不同吸附时间和溶液pH对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,改性后PAN-CF的表面官能团增加,表面能提高,相比于未改性PAN-CF制备的复合材料,改性PAN-CF能够缩短复合材料对Cd~(2+)的饱和吸附时间,增加Cd~(2+)饱和吸附量,随着溶液pH的升高,复合材料对Cd~(2+)的吸附量呈先增加后下降的趋势,pH=6时Cd~(2+)的吸附量最大,为162.8mg/g。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

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。     

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。     

核壳结铁纳米线对水中Cd~(2+)的吸附性能及机理

利用液相还原法制备得到的核壳结构的铁纳米线(Fe@Fe_2O_3)进行了去除水中Cd~(2+)的实验研究。考察了溶液初始pH、金属离子浓度、反应时间、吸附剂投加量、反应温度等因素对于吸附反应的影响。采用了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量弥散分析(EDS)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对材料进行了表征并分析去除机理。结果表明,Fe@Fe_2O_3纳米线可以有效快速去除水溶液中的Cd~(2+),吸附机理涉及物理吸附和化学吸附,无氧化还原反应发生。     

白云石矿物对水溶液中Cu~(2+)、Pb~(2+)吸附的动力学和热力学

采用静态实验方法研究了白云石对水溶液中Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附特性,通过批实验考察了反应时间、溶液初始浓度、p H值、离子强度、温度以及固液比等因素对吸附的影响,探讨了白云石对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学、热力学规律及其反应机制。实验结果显示:白云石对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附在24 h达到平衡,对Pb~(2+)的吸附量大于Cu~(2+),伪二级和双常数动力学方程分别能较好地拟合白云石对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附;在一定条件下,白云石对Cu~(2+)、Pb~(2+)的去除率与溶液初始浓度呈反比,与固液比呈正比;吸附等温方程符合Langmuir模型,为单分子层吸附;溶液p H值对吸附行为影响显著,在溶液p H=6~7时,吸附效果最好,离子强度对吸附影响甚微;白云石对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附属于吸热反应,反应自发进行,高温促进白云石的吸附行为。     

羟肟酸功能化PMMA/AM/HOA的合成及对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

用悬浮聚合法合成了甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酰胺(AM)的共聚物PMMA/AM,再经羟胺改性制备了含羟肟酸功能基的改性PMMA/AM/HOA树脂。通过红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对PMMA/AM/HOA树脂的结构和稳定性进行了表征。以PMMA/AM/HOA为吸附剂,考察了温度、吸附时间、pH值和金属离子浓度等条件对Hg~(2+)、Cd~(2+)两种金属离子吸附性能的影响。结果表明,改性树脂对Hg~(2+)、Cd~(2+)具有良好的吸附能力,其实验吸附量分别为0.822和0.384 mmol·g~(-1)。改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合拟二级动力学方程,25℃时其二级动力学吸附速率常数分别为5.301×10~(-2)和3.582×10~(-2)g·(mmol·min)~(-1);改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附量随温度的升高有所增大,吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。     

硝酸改性稻秆处理含Pb~(2+)模拟废水

在150 m L溶液中,稻秆用量为5 g,硝酸浓度为10%,稻秆颗粒度为20目,改性温度为80℃,改性时间为3h,制备得到硝酸改性稻秆吸附剂。详细探讨了用该吸附剂处理含Pb~(2+)废水的影响因素:吸附剂用量、Pb~(2+)初始浓度、溶液pH值、吸附时间和吸附温度等对Pb~(2+)吸附率的影响,并进一步通过正交实验及对比实验得出处理200 m L,初始浓度为300mg·L-1的含Pb~(2+)废水的最佳吸附工艺为:吸附剂用量为4 g,pH值为6,吸附时间为3 h,吸附温度为20℃,在此工艺条件下,对Pb~(2+)的吸附率达到94.31%,吸附量为14.15 mg·g~(-1)。     

针铁矿对Pb~(2+)的吸附特征及影响因素研究

通过恒温振荡平衡法研究了Pb~(2+)在针铁矿上的等温吸附和吸附动力学特征,探讨了吸附的影响因素.结果表明:(1)随Pb~(2+)平衡浓度和pH的增大,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量逐渐增大.(2)针铁矿对Pb~(2+)的等温吸附可用Freundlich和Langmuir方程较好地拟合.(3)在相同温度和pH下,随离子强度的提高,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量增大.(4)在相同离子强度和pH下,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量总体随温度升高而增大.针铁矿对Pb~(2+)的吸附是自发进行的吸热反应.(5)针铁矿吸附Pb~(2+)的过程可分为初始的快吸附和随后的慢吸附2个阶段.pH影响吸附反应快慢,随pH增大吸附速率增大;随着pH的增大,达到平衡吸附的时间缩短.吸附动力学方程用Elovich方程拟合最佳.     

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。     

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。     

成型秸秆炭吸附剂对水中Cd~(2+)的去除特性

以水稻秸秆为原料,制取对Cd~(2+)去除效果最佳的成型生物炭吸附剂。采取限氧升温方法,分析不同热解温度和不同热解时间的成型炭对Cd~(2+)去除规律和特性。研究结果表明:热解温度不变,热解时间90 min去除率最大;热解时间不变,热解温度550℃时去除率最大;去除速率分快、慢两阶段,快阶段2 h内去除率最低达到76.83%,慢阶段10 h去除率仅20%左右;该成型炭对Cd~(2+)吸附规律可用准二级动力模型进行拟合,拟合度R_(max)~2=0.987 2,该成型炭对Cd~(2+)吸附不是单层吸附过程,而存在大量的阳离子交换量,化学反应较强烈。     

钝顶螺旋藻和小球衣藻富集Cd~(2+)

为了探究我国北方水体中藻类对Cd~(2+)的富集行为,选取常见的蓝藻(钝顶螺旋藻)和绿藻(小球衣藻),模拟天然藻类对Cd~(2+)的吸附和吸收,研究藻液浓度、时间、pH值、温度、共存阳离子类型对富集过程的影响。结果发现:2种藻对Cd~(2+)的富集性能优于活性炭,富集量高出2~17倍左右。藻对Cd~(2+)的富集率随着藻液浓度的增加而升高,而单位富集量则呈现下降趋势;8 h后富集达到饱和;当pH值在3.0~9.0范围内,富集量随着pH值的升高而增加;在室温25℃时富集量最高,低温或高温时富集量都有明显下降;Fe3+对钝顶螺旋藻富集Cd~(2+)几乎没有影响,但对小球衣藻有拮抗作用,Na+、Ca~(2+)对2种藻类富集Cd~(2+)均表现为拮抗作用,且价态越高,拮抗作用越明显。因此,在适宜的环境中,钝顶螺旋藻和小球衣藻对Cd~(2+)具有良好的富集效果。     

饮用水源突发性铬污染去除方法的比较研究

通过对水源水中铬污染的不同去除方法的比较实验及验证实验,研究pH值、FeSO_4、NaHSO_3和活性炭的投加量对铬的去除效果的影响。实验结果表明,当原水中铬的含量为0.5 mg/L时,未调节pH值的条件下,亚硫酸氢钠与活性炭对铬的最高去除率为50%左右;硫酸亚铁还原沉淀在FeSO_4·7H_2O:Cr~(6+)投加比=16:1时,滤后出水中Cr~(6+)的去除率达到96.8%,中试出水中未检出Cr~(6+),出水的总Cr、总Fe等指标完全达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。     

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。     

氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂的制备及对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯,再与淀粉进行反应制得了氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂(GO-Starch)。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等技术手段对GO-Starch的结构和官能团进行表征,研究GO-Starch对水中Cu~(2+)、Pb~(2+)吸附性能,探讨吸附时间、温度、吸附剂用量、初始浓度、pH等因素对吸附率的影响。结果表明:(1)在30℃、pH为5、Cu~(2+)初始质量浓度为40mg/L的条件下,GO-Starch对Cu~(2+)的吸附在90min达到吸附平衡。在30℃、pH为4、Pb~(2+)初始质量浓度为20mg/L的条件下,GO-Starch对Pb~(2+)的吸附在120min达到吸附平衡。(2)GO-Starch对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,对Pb~(2+)的吸附符合Freundlich等温吸附模型;对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学特性均符合准二级动力学模型。     

多胺改性PGMA-DAAM树脂的合成及对Pb~(2+)的吸附性能

甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与双丙酮丙烯酰胺(DAAM)发生共聚,生成一种含环氧基和DAAM亲水链节的PGMA-DAAM共聚物,再与三乙烯四胺反应,合成了一种多胺改性的PGMA-DAAM树脂(TETA-PGMA-DAAM)。树脂的结构经元素分析、红外光谱和热重分析进行表征。探讨了合成树脂对Pb~(2+)的吸附性能,考察了吸附温度、pH、金属离子浓度等因素对吸附效果的影响。结果表明,树脂对Pb~(2+)的吸附量随着温度的升高而略有增大,在pH约为4.7、温度为40℃和Pb~(2+)平衡浓度为0.01299 mol/L时其最高吸附量可达到1.581 mmol/g。树脂对Pb~(2+)的吸附符合Boyd模型,表现为液膜扩散控制,其扩散系数在30℃和35℃时分别为0.0131 min-1和0.0175 min-1。吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附式。吸附热力学参数ΔG,ΔH和ΔS分别为-3.912 k J/mol(25℃)、2.058 k J/mol和20.025 J/mol,表明吸附过程为自发进行的吸热过程。     

香菇菌粉对Pb~(2+)的吸附能力研究

以香菇菌粉作为生物吸附剂,研究了其对Pb~(2+)吸附的最优化条件。试验研究了菌粉粒度、吸附时间、pH、Pb~(2+)初始浓度和菌粉投加量5个影响因子。结果表明,香菇菌粉对Pb~(2+)的最佳吸附条件为菌粉选择粉碎机磨碎的菌柄,吸附时间30min,pH=6~7,Pb~(2+)初始质量浓度20 mg/L,菌粉投加量0.1g。