微孔TiO_2负载Pt吸附强化矿化甲苯的性能

矿化效率不足是光催化技术应用于挥发性有机化合物(VOCS)净化的关键限制因素之一。为了提高VOCs的矿化效率,制备了高比表面(736 m~2·g~(-1))微孔TiO_2材料以其为载体构建了微孔TiO_2与Pt的吸附强化光催化二元结构体系。采用比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法考察材料结构,并以甲苯为VOCs代表研究材料的吸附-光催化特性。结果表明,Pt修饰微孔TiO_2表现出特异的吸附和催化能力,甲苯平衡吸附量和矿化效率分别是P25的3.8·4.1倍和2.6·2.9倍。微孔TiO_2载体除了吸附强化作用外,其表面通过Pt修饰可产生大量表面羟基,从而利于PtTiO_2的常温催化过程。     

活性炭的制备及其对苯酚的吸附

以红枣核为原料,Zn Cl2为活化剂制备了活性炭,研究了其对苯酚的吸附性能。采用低温氮气吸附脱附及FTIR等手段对活性炭的性能进行表征。结果表明:制备所得活性炭收率为42.1%,碘吸附值为1 086 mg·g~(-1),BET比表面积达1 096 m2·g~(-1),总孔容为0.603 cm3·g~(-1),平均孔径为2.200 nm,活性炭表面具有羟基、羧基等活性基团。通过Langmuir、Freundlich、Redlich-Peterson、Toth和Temkin等吸附等温模型对数据进行拟合,表明Redlich-Peterson和Toth 3参数模型能较好地描述苯酚在活性炭上的吸附平衡。动力学研究表明枣核基活性炭对苯酚的吸附过程符合二级吸附动力学方程。     

改性高炉渣对甲基橙的吸附

以盐酸和十六烷基三甲基溴化铵对包钢高炉渣进行表面改性,通过XRD、SEM和N_2吸附-脱附测试研究其微观结构和孔径分布,并以阴离子型染料甲基橙溶液为模拟染料废水研究其吸附性能,进而探索最佳改性制备条件。研究结果表明:有机改性高炉渣主要化学成分为SiO_2,表面有明显的孔道结构,比表面积高达394.5 m~2·g~(-1),平均孔径为12.4 nm;有机改性高炉渣对甲基橙溶液均具有较强的吸附性能,最佳改性条件为加入改性剂盐酸浓度为3 mol·L~(-1)、十六烷基三甲基溴化铵的最终投加浓度为8 g·L~(-1)、水热温度160℃和16 h,此时所制备的有机改性高炉渣吸附性能最强,吸附率为98.06%,最大吸附量达357.14 mg·g~(-1)。等温吸附实验表明,有机改性高炉渣对甲基橙溶液的吸附属于多分子层吸附。     

给水污泥对水中磷的吸附性能

以给水污泥为磷的吸附材料,采用静态吸附和动态吸附方法对比研究了干、湿状态下给水污泥对磷的吸附特性。静态吸附实验结果表明,给水污泥对磷的吸附过程以化学吸附为主,满足Freundlich等温吸附方程式。在300 K条件下,原始状态的湿污泥相比烘干后的污泥能更快地达到磷吸附平衡,且具有更高的理论饱和吸附量,分别为3.487mg·g~(-1)(相当于11.710mg·g~(-1),以干污泥计)和9.832mg·g~(-1)。长期动态吸附实验结果表明,原始状态的给水污泥对磷的实际饱和吸附量为3.065 mg·g~(-1),接近理论饱和吸附量。因此,原始状态的给水污泥可直接用作除磷材料,无需预先烘干处理。     

NaY沸石分子筛在VOCs处理中的应用

为深入研究分子筛吸附VOCs的性能,采用固定床动态吸附法,对NaY分子筛吸附3种典型VOCs的性能进行了探究,考察了吸附温度、湿度、进气浓度和吸附质物理性质对吸附容量的影响,并探讨了NaY分子筛的循环使用性能;通过Yoon-Nelson模型,从吸附动力学角度,对单组分VOCs吸附穿透曲线进行了拟合。结果表明:NaY分子筛对3种VOCs的吸附饱和时间分别为丙酮355 min,邻二甲苯320 min,乙酸乙酯220 min;相对应的平衡吸附容量分别为丙酮176 mg·g-1,邻二甲苯196 mg·g-1,乙酸乙酯185 mg·g-1。NaY分子筛对VOCs吸附能力排序为邻二甲苯乙酸乙酯丙酮。温度由303 K升至328 K时,3种VOCs吸附容量均分别下降,邻二甲苯下降3.66%,乙酸乙酯下降2.87%,丙酮下降10.0%;VOCs相对湿度为30%时,吸附容量显著降低;进气浓度为660 mg·m-3时,出现吸附交叉的现象;NaY分子筛具有较好的循环使用性;吸附容量与沸点、分子质量存在正相关关系;3种VOCs在NaY分子筛固定床的吸附速率排序为乙酸乙酯邻二甲苯丙酮。YoonNelson模型能够较好地模拟NaY分子筛吸附不同VOCs的过程,为分子筛的工业应用提供了参考。     

改性天然生物质材料的吸油性能

为了对木屑这种天然生物质作为吸附材料进行研究,采用碱性双氧水对其进行改性并研究其吸油性能。通过实验,比较了不同改性溶液浓度以及不同改性时间的吸油量,发现经1%H2O2浸泡改性18 h后,改性木屑(HNCS)的吸附能力大大提高,吸油量达9.4 g·g~(-1),而改性前仅为6.47 g·g~(-1),改性使得吸油量提高了45%。同时研究了改性木屑对不同油品的吸油性能的测定,结果显示改性木屑对原油的吸附效果最好。通过扫描电镜(SEM)、热重失重分析以及红外扫描光谱分析研究了改性木屑的物化性能。发现经改性后,木屑的表面更加粗糙,出现了大量的吸附孔隙,且热稳定性提高,表面的亲水基团减少。说明吸油量受到材料内部的孔隙结构,以及表面官能团的影响。     

柠檬酸改性竹纤维吸附剂的制备

采用预处理和柠檬酸酯化反应2个阶段的处理方法对竹纤维进行修饰改性,考察了预处理溶液浓度、预处理时间、柠檬酸用量比、催化剂用量比、热反应时间,热反应温度对改性效果的影响,并测定了改性后竹纤维材料对重金属Ni~(2+)的吸附性能。实验结果表明,当预处理溶液浓度取5%,预处理时间控制在180 min,柠檬酸用量比取20 mmol·g~(-1),催化剂次磷酸钠用量比取0.4,热反应时间控制在90 min,热反应温度为120℃时,改性效果达到最佳,得到的最高羧基团含量为3.373 mmol·g~(-1)。改性后的竹纤维材料对Ni~(2+)的吸附容量高达9.486 mg·g~(-1),相比未改性的竹纤维,吸附性能上有显著提升。     

硅胶表面分子印迹聚合物对DEHP的选择性吸附

采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对硅胶进行改性,并以改性硅胶为载体、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)为模板分子、甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,采用表面接枝聚合法合成DEHP-硅胶表面分子印迹聚合物,考察了物料比、反应温度、反应时间对聚合物性能的影响,确定了最佳制备条件。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜对印迹聚合物进行表征,并对其吸附性能进行了研究。结果表明,最佳制备条件为:模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶4∶12、反应温度60℃、反应时间24 h。红外光谱显示印迹聚合物成功接枝到硅胶表面,扫描电镜分析表明,印迹聚合物表面粗糙,出现了对模板分子DEHP产生选择性识别的孔穴。与DBP、DEP、DMP和DNOP相比,印迹聚合物对DEHP的吸附具有高选择性,吸附DEHP的最适pH为7,吸附平衡时间100 min。吸附等温线可用Langmuir和Freundlich模型描述,饱和吸附量为7.262 mg·g~(-1)。吸附速率可用准二级吸附动力学模型描述。     

铁锰改性铜绿微囊藻对锑的吸附性能

利用生物质吸附去除水中重金属离子具有制备简单、成本低廉、环境影响小等优点,通过高锰酸钾-硫酸亚铁处理过程对铜绿微囊藻改性,制备了能够高效吸附水中锑(Sb)的铁锰改性藻粉复合材料。扫描电镜和X射线光电子能谱分析表明,改性藻粉中存在大量铁锰氧化物颗粒,铁锰的主要存在形式为Fe_2O_3和MnO_2。改性后的复合藻粉对Sb(Ⅲ)的吸附量从3.06 mg·g~(-1)增加到35.30 mg·g~(-1),对Sb(Ⅴ)的吸附量从3.07 mg·g~(-1)增加到4.37 mg·g~(-1),并且改性后的复合藻粉到达吸附平衡的时间更短。Langmuir模型可以很好地描述Sb在复合藻粉上的吸附行为,Elovich模型对藻粉吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附过程拟合较好(R~2=0.957,0.943),而复合藻粉更适用准二级动力学模型(R2=0.953,0.961)。Sb(Ⅲ)主要通过氧化和吸附作用被去除,而Sb(Ⅴ)在复合藻粉表面形成表面络合物后被吸附。共存阴离子(SO_4~(2-)、CO_3~(2-)、PO_4~(3-))的存在对复合藻粉吸附Sb(Ⅲ)几乎没有影响,但是共存阴离子浓度越高,对Sb(Ⅴ)的吸附抑制越明显。     

QA-MCM-41吸附剂脱氮除磷性能

低浓度氮和磷在污水处理中较难去除,排放至水体会造成水体富营养化。以长碳链季铵为功能基团,将其接枝到自制备的介孔材料MCM-41上,成功制得一种吸附容量大且易再生的脱氮除磷吸附剂(QA-MCM-41)。采用SEM、XRD、BET等方法表征了QA-MCM-41微观形貌;研究了氮磷初始浓度、吸附时间及共存离子对QA-MCM-41吸附氮磷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型、ATR-IR以及XPS等分析手段探究了吸附反应机理。实验结果表明,QA-MCM-41对氮磷的饱和吸附量分别为20.83 mg·g~(-1)和17.67 mg·g~(-1),SO_4~(2-)对QA-MCM-41吸附氮磷的效果并未产生显著影响,吸附剂容易再生且重复利用性能较好。吸附动力学模拟及ATR-IR、XPS分析表明,QA-MCM-41对氮磷的吸附均符合以化学吸附为主导的准二级动力学方程,吸附作用主要依靠离子交换。     

以废塑料为基材的大孔型离子交换树脂的制备、表征和吸附性能

以废旧电视机外壳(WTVS)为原料,通过磺化反应和溶胀-渗透方法来制备大孔型离子交换树脂(SMD001),并将其作为CO_2吸附材料的载体,采用N_2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、压汞法等手段对大孔型离子交换树脂(SM-D001)进行表征。考察了不同正庚烷的量、不同乙醇/水质量比和不同致孔时间下制备的SM-D001对CO_2吸附能力的影响。结果表明,当致孔剂正庚烷的量为25 g,乙醇/水质量比为90∶10,致孔时间为5 h时,制备的离子交换树脂对CO_2的平衡吸附量达到1.87mmol·g~(-1)。以SM-D001为载体,五乙烯六胺(PEHA)为改性剂,采用配位法制备的固态胺吸附剂对CO_2的吸附能力达到3.61 mmol·g~(-1),并对其进行吸附动力学研究。上述研究结果为进一步证明固态胺吸附剂对CO_2吸附过程是物理吸附和化学吸附共同作用的结论提供参考。     

废旧碱性电池-活性污泥炭的制备及对废水中Cd~(2+)的吸附

以污水厂污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧碱性电池电极材料,采用ZnCl_2活化法制备出废旧碱性电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDX、XRD和Zeta电位,并进行污泥炭Cd~(2+)吸附实验。结果表明,电池材料掺杂量为25%时,改性污泥炭吸附性能最优,碘吸附值和比表面积分别达到543.0 mg·g~(-1)和426.5 m~2·g~(-1),中孔孔径集中在3~4 nm左右,Zeta电位为-16.30 m V;对比纯污泥炭,废电池-污泥炭吸附金属离子性能更优,Cd~(2+)吸附量增加了近60%,而ZnCl_2活化剂用量减少了40%;回归分析发现,准二级动力学和Langmuir等温方程式适用于描述废电池-污泥炭对Cd~(2+)的吸附行为。     

微波辅助PAN改性纤维的制备表征及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

以聚丙烯腈(PAN)纤维作为原材料,利用微波辅助对纤维进行改性,制备出偕胺肟基PAN改性纤维(AOPANF_(mw))。采用正交实验方法优化改性纤维的制备条件;利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线能谱仪(EDS)对改性前后的纤维进行表征,同时考察了改性纤维对Cr(Ⅵ)的吸附性能。实验结果表明,改性纤维的最佳制备条件是:反应温度105℃、反应物投加比4∶3、反应时间7 min、浴比40∶1。红外光谱证明偕胺肟基团成功接枝在纤维的表面,EDS结果显示在吸附后的纤维上出现明显的Cr(Ⅵ)峰。纤维对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能,25℃条件下,改性纤维对Cr(Ⅵ)的吸附平衡时间为7h,饱和吸附量为69.55 mg·g~(-1)。当多组分干扰离子共存时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能影响不大。     

污泥-烟煤基活性炭的制备及其对苯酚的吸附性能

以石化企业在污水处理过程中产生的干化剩余污泥为原料,大同烟煤作辅助添加料,采用化学活化法制备污泥-烟煤基活性炭,探讨了活化剂(ZnCl_2)用量、活化温度、活化时间等条件对所制备的活性炭性能的影响。以活性炭的碘吸附值为衡量指标,当污泥∶烟煤(质量比)=1∶1时获得制备污泥-烟煤活性炭的最佳工艺条件为:浸渍液为ZnCl_2∶原料(质量比)=2∶1,活化温度550℃,活化时间30 min,在该条件下制备的活性炭的碘吸附值为990 mg·g~(-1),比表面积为836m~2·g~(-1),产率为46.6%。同时,以苯酚为目标污染物,考察了所制备的污泥-烟煤基活性炭对苯酚的去除效果,结果表明:污泥-烟煤基活性炭投加量为2.0 g·L~(-1)时,4 h后达到吸附平衡,离子强度对吸附容量没有显著的影响,溶液pH在4~10范围内对苯酚有较好吸附,pH=6时苯酚吸附容量为138.9 mg·g~(-1)。与同类吸附剂相比,制备的污泥-烟煤基活性炭可高效吸附水溶液中的苯酚。     

松果活性炭对有机染料的吸附

以松果为原料,利用ZnCl2活化法和FeCl3改性剂进行活性炭的制备和改性,测定了松果活性炭的比表面积,并研究其对甲基橙染料的吸附性能。结果表明:改性后的松果活性炭比表面积达到681 m2·g~(-1),并以中孔为主,有利于大分子有机染料的吸附;当松果活性炭的投加量为0.3 g·L~(-1)、吸附30 min、甲基橙初始浓度100 mg·L~(-1)、pH=7以及25℃温度条件下,吸附效果最佳,甲基橙去除率高达99.41%;Langmuir模型比Freundlich模型能更好地描述甲基橙染料的吸附行为,说明吸附以表面单层覆盖为主;吸附动力学符合Lagergren准二级动力学方程,R2大于0.999。可为松果的开发利用和制备低成本、高吸附性的吸附剂提供参考。     

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。     

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。     

聚苯乙烯接枝胶粉对改性沥青性能的影响

采用苯乙烯对废轮胎胶粉进行表面接枝聚合改性,并将接枝改性胶粉用于制备湿法胶粉改性沥青。接枝改性后,废轮胎胶粉的X射线光电子能谱和13C固体核磁检测结果表明,苯乙烯链段成功接枝到废轮胎胶粉表面,同时系统研究了苯乙烯接枝率对胶粉改性沥青25℃针入度、软化点和5℃延度的影响规律。实验结果表明,当苯乙烯接枝率小于36%时,随着苯乙烯接枝率的提高,胶粉改性沥青的25℃针入度和5℃延度增大,软化点下降,说明胶粉表面苯乙烯链段的接枝,能够显著提高胶粉-沥青的界面相容性;当苯乙烯接枝率为36%时,胶粉改性沥青的5℃延度达到11.0 cm,相比于普通胶粉改性沥青(7.0 cm)提高了57%;但当苯乙烯接枝率大于36%时,随着苯乙烯接枝率的提高,胶粉改性沥青的25℃针入度和5℃延度下降,软化点升高,表明胶粉-沥青界面层中过量的聚苯乙烯链段,使胶粉改性沥青的低温延展性有所降低。通过分析可知,在胶粉表面接枝适当比例的聚苯乙烯能够显著改善胶粉改性沥青的低温延展性能。     

分子筛负载型吸附剂对典型VOCs的吸附行为特性

以浸渍法制备的分子筛负载铜锰铈(Cu-Mn-Ce/ZSM)为吸附剂,以甲苯、乙酸乙酯和丙酮作为挥发性有机物(VOCs)的典型代表,考察了单组分和混合组分VOCs在吸附剂固定床上的吸附行为。研究表明,Cu-Mn-Ce/ZSM吸附单组分VOCs时,甲苯的吸附穿透时间与饱和吸附量分别为110 min和32.47 mg/g,乙酸乙酯为150 min和52.29 mg/g,丙酮为210 min和86.40 mg/g,可见Cu-Mn-Ce/ZSM对单组分VOCs的吸附能力大小为:丙酮乙酸乙酯甲苯。Cu-Mn-Ce/ZSM吸附混合组分VOCs时,在甲苯与乙酸乙酯的穿透曲线上出现了明显的"驼峰",吸附穿透过程中存在共吸附和竞争吸附行为,甲苯的吸附穿透时间与饱和吸附量降至50 min、10.42 mg/g,乙酸乙酯为95 min、15.12 mg/g,丙酮为105 min、44.37 mg/g。通过Yoon-Nelson模型对单组分VOCs吸附穿透曲线的拟合,表明吸附模型参数可以准确地预测吸附质在固定床上的穿透行为。速率参数k'值计算表明,不同VOCs在固定床上的吸附速率大小为丙酮乙酸乙酯甲苯。     

酸碱盐改性对活性炭吸附油气特征的影响

采用酸碱盐溶液浸渍方法对活性炭进行改性,探究了其吸附油气的特征,考察了改性后的活性炭对油气吸附量和穿透时间的影响,采用BET、SEM、XRD及FT-IR等方法对活性炭进行了表征。结果表明:改性后的活性炭孔结构和表面化学性质发生了明显的变化,2~#样品(醋酸改性)比表面积最大为1 264.33 m~2·g~(-1),碱改性活性炭对油气的吸附性能优于其他改性方法,3~#样品(氨水改性)吸附容量最高为0.279 g·g~(-1),拟合动力学速率常数k′值是0.096 3,5#样品(氢氧化钾改性)穿透时间最长为130 min;改性处理后,增加了活性炭表面的—OH与C=C含量,正丁烷主要以—CH_2基团吸附在吸附剂表面。在综合酸碱盐溶液改性的基础上,利用Yoon-Nelson动力学方程对吸附曲线进行拟合,评价改性活性炭对油气的吸附性能。以上研究结果可为活性炭吸附油气的工业应用提供参考。