NaOH活化栗苞生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能

以栗苞炭化料(C-BC)为原料,以NaOH为活化剂制备栗苞活化生物质炭(Na-BC),研究其对水中亚甲基蓝的吸附行为。选取炭碱比、活化温度和活化时间为影响因素,通过正交试验确定了最佳活化工艺,即炭碱比为1∶4,活化温度为800℃,活化时间为30 min,此时Na-BC的最大吸附量为609.38 mg·g~(-1)。对最优条件下制备的生物质炭进行SEM、BET等表征,比表面积达1 563.78 m~2·g~(-1),总孔容达1.452 cm~3·g~(-1)。吸附实验结果显示,吸附反应能较好用Langmuir模型和准二级动力学方程模型进行模拟,Na-BC对亚甲基蓝的吸附为自发吸热反应。通过热法与碱法再生处理饱和吸附生物质炭,再生后的Na-BC对亚甲基蓝具有较好的吸附能力。     

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。     

黄粉虫粪基吸附剂的制备工艺优化及其吸附性能

黄粉虫养殖过程中,会产生大量的虫粪。用黄粉虫粪为原料制成吸附剂,并用于亚甲基蓝模拟废水的处理。研究在不同磷酸浓度W、浸泡时间t1、活化温度T、活化时间t2等制备因素影响下,吸附剂对亚甲基蓝的吸附能力。结果表明,黄粉虫粪吸附剂最佳制备条件为:W=25 wt%,t1=10 min,T=400℃,t2=50 min。此条件下制备的吸附剂的比表面积为(589.6±2.1)m~2·g~(-1)。该吸附剂对亚甲基蓝的吸附动力学符合Ho-Mc Kay模型,吸附速度控制步骤为内扩散,吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量可达117.65 mg·g-1,吸附过程为热力学自发行为。     

废汞触媒中汞的浸出及其再生活性炭的吸附性能

对电石法生产聚氯乙烯产生的废汞触媒进行浸出及再生活性炭的研究,以6 mol·L~(-1)HCl溶液作为浸出剂,在浸出反应温度为65℃、浸出反应时间为90 min和液固比为15∶1的实验条件下得到Hg~(2+)的优化浸出率为61.25%。采用扫描电镜(SEM)、Brunauer-Emmet-Tller(BET)比表面积等方法分析再生活性炭特征。结果表明焙烧废汞触媒浸出渣热再生活性炭是可行的,焙烧最佳工艺条件为:焙烧温度850℃,焙烧时间90 min。得到的焙烧产物亚甲基蓝吸附值为120.5 mg·g~(-1),BET表面积为704.25 m~2·g~(-1),平均孔径为3.28 nm。再生前后的汞含量与从1.067%降至0.351%,再生后能再次作为汞触媒生产的催化剂载体材料,同时减缓固废堆积过程中汞流失造成的一系列环境问题。     

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。     

虾壳粉对水溶液中阴、阳离子型染料的吸附

采用废弃虾壳制备吸附剂处理含刚果红或亚甲基蓝的溶液。考察了温度、吸附时间、初始浓度、吸附剂投加量和初始溶液pH对吸附效果的影响并构建了去除率预测模型,并对吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学进行系统研究。结果表明:虾壳粉对刚果红和亚甲基蓝的吸附分别在24 h和4 h时达到平衡,平衡吸附量随吸附时间、初始浓度及吸附剂投加量的增加而增大;刚果红平衡吸附量随pH升高而增大,亚甲基蓝平衡吸附量几乎不随pH变化。在15℃下,吸附剂投加量为1 g·L~(-1),刚果红吸附的最优条件为接触时间24 h、pH=4,在该条件下,虾壳粉对刚果红的饱和吸附量为276.64 mg·g~(-1);亚甲基蓝吸附的最优条件为接触时间4 h、pH=12,在该条件下,虾壳粉对刚果红的饱和吸附量为1.44 mg·g~(-1);虾壳粉对2种染料的吸附过程以物理吸附为主,符合准二级动力学方程。虾壳粉对阴离子型染料的吸附效果较优,对阳离子型染料有一定吸附性能,是一种经济高效的染料废水吸附材料。     

凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能

采用低温回流法制备凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料,利用比表面积(BET)、磁滞回线、红外光谱(FTIR)等手段对磁性复合材料进行表征,并研究磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能,利用吸附前后FTIR和光电子能谱(XPS)对其吸附机理进行初步探讨。结果表明,磁性复合材料的比表面积为175.85 m~2·g~(-1),略大于凹凸棒石;饱和磁化强度为14emu·g~(-1),易于磁分离。pH在2~12范围内,吸附量随pH值的增大而减小。Freundlich等温吸附模型能较好描述吸附实验结果。ΔG为-15.19~-14.28 k J·mol~(-1),ΔH为-19.15 k J·mol~(-1),ΔS为-13.96~-14.20 J·(mol·K)~(-1),说明该吸附是自发、放热的,低温有利于吸附;动力学实验表明吸附行为符合准二级动力学。由吸附前后的FTIR可知凹凸棒石/CoFe_2O_4中羟基参与Cr(Ⅵ)吸附过程;XPS分析可知吸附过程包含Cl~-与铬酸根的离子交换和Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的反应。     

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。     

硫化锰纳米颗粒高效去除重金属镉

中国镉污染问题日益严峻,开发高效的镉吸附剂,是解决环境镉污染问题的重要技术手段。采用共沉淀方法合成了硫化锰纳米颗粒,研究了其对重金属镉的吸附行为,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、比表面积(BET)等技术手段探究了硫化锰纳米颗粒的形貌、化学组分以及镉的去除机制。结果表明,MnS纳米颗粒呈球状,平均粒径100 nm,比表面积30.56 m~2·g~(-1)。MnS纳米颗粒对Cd~(2+)的吸附动力学数据较好地符合伪二级动力学模型;吸附等温线数据较好地符合Langmuir模型,说明MnS对Cd2+的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附。使用Langmuir拟合的MnS饱和最大镉吸附量为349.6 mg·g~(-1),在众多镉吸附材料中处于前列。对于模拟工厂重金属废水的处理,MnS纳米颗粒可以在5 h内使镉的浓度由60 mg·L~(-1)降至国家规定排放线以下(0.1 mg·L~(-1)),且吸附过程中水体pH稳定,对水体干扰小。在多种重金属离子共存的情况下,仍可以达到接近100%的Cd~(2+)去除率。硫化锰相对稳定,在空气中放置30 d仍有80%的镉去除率。较高的离子交换量形成CdS沉淀是MnS高效去除镉的主要原因。     

Bi_2MoO_6/BiOBr的制备及其对罗丹明B的吸附

通过一步溶剂热合成法合成Bi_2MoO_6/BiOBr复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),BET比表面积测定仪等对该材料进行表征,考察了投加量、p H、吸附时间、浓度和温度对Bi_2MoO_6/BiOBr复合材料吸附罗丹明B(RhB)的影响。结果表明,复合材料的吸附能力随p H和温度的增加而减小,随初始浓度的增加而增大。吸附过程符合二级动力学和Langmuir吸附等温线模型。在20 m L 90 mg·L~(-1)罗丹明B溶液中,当吸附剂投加量为1 g·L~(-1)时,5 min内RhB去除率达到82.3%,1 h内达到吸附平衡,去除率达到93.2%,分别为同等条件下Bi2MoO_6单体的4.4倍和BiOBr单体的4.0倍。同时,该复合材料的最大吸附量达182.48 mg·g~(-1),其用于处理染料废水有较好的应用前景。     

稻壳活性炭对噻吩类硫化物的吸附

以稻壳为原料、采用KOH浸渍和高温活化法制备稻壳活性炭,研究其对模拟油中噻吩类硫化物的吸附脱除性能,利用环己烯、甲苯为竞争组分,研究燃油中烯烃、芳烃对稻壳活性炭吸附脱硫性能的影响。通过静态吸附实验分别考察炭化温度、KOH浸渍质量分数及活化温度对稻壳活性炭吸附脱硫性能的影响,从而确定最佳制备条件。采用Langmuir和Freundlich吸附模型对稻壳活性炭的吸附噻吩进行拟合,用准n阶和修正准n阶动力学模型进行分析。采用热重(TG)、N_2吸附/脱附(BET)、扫描电镜(SEM)对样品表征,考察其受热分解状况、孔隙结构、表面形貌等特性。结果表明:在最佳制备条件下,制备的稻壳活性炭比表面积和平均孔径分别为1 207.649 m~2·g~(-1)和2.24 nm。用固定床进行动态吸附实验,得到稻壳活性炭对噻吩类硫化物的总穿透硫容为7.092 4 mg·g~(-1)。在模拟油中加入环己烯、甲苯后,稻壳活性炭对噻吩类硫化物的穿透硫容分别下降了36.4%和63.5%,由等温吸附和动力学模拟分析得实验数据很好的符合Langmuir和修正的准n阶动力学吸附模型。     

3种人工湿地基质对邻苯二甲酸二丁酯的吸附特性

通过湿地基质对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的吸附动力学和等温吸附实验,对比天然土壤、沸石、陶粒对DBP的吸附特性,作为人工湿地处理含DBP废水的理论依据。结果表明,DBP浓度在30~1000μg·~(-1)时,Freundlich比Langmuir模型更好地模拟出各湿地基质对DBP的吸附特征。3种基质对DBP的饱和吸附量大小:土壤(0.0655 mg·g~(-1))沸石(0.016 4 mg·g~(-1)陶粒(0.013 7 mg·g~(-1)。3种基质对DBP的缓冲能力大小依次为土壤陶粒沸石,即当人工湿地进水的DBP浓度变化较大时土壤可以很好地维持出水水质,土壤很适合作为处理含DBP废水的人工湿地基质。DBP浓度为600μg·L~(-1)时,双常数模型能很好地拟合3种基质对DBP的吸附动力学特征。     

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。     

表面微孔非织造布材料的制备、表征及其对挥发性有机物(VOCs)的吸附性能

以聚丙烯(PP)非织造布为基材,制备苯乙烯(ST)和二乙烯苯(DVB)接枝的无纺布材料PP-ST-DVB,再通过交联反应使得非织造布表面的接枝层形成微孔结构,制备对VOCs具有吸附性能的非织造布(HCN)材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、静态氮吸附仪(BET)对非织造布表面形貌进行了表征。重点研究了HCN的结构对挥发性有机物(VOCs)(苯乙烯、丙酮和正己烷)吸附性能影响规律;探讨了无纺布表面基团与VOCs的化学作用力对吸附性能的影响。结果表明,当ST和DVB接枝率135%左右时,HCN的比表面积可达到351.8 m~2·g~(-1),对VOCs吸附性能显著提高,苯乙烯的最大吸附量可达到353.6 mg·g~(-1),材料对3种气体的吸附能力为苯乙烯正己烷丙酮。     

茉莉花茶废弃物的热解特性及其产物

为了探讨茉莉花茶废弃物的热解过程及温度对产物的影响,采用固定热解反应器和热重红外联用仪(TG-FTIR)对其进行了研究,结果表明,茉莉花茶废弃物解产生的固体量随温度升高而降低,气体产量随温度升高而增加,热解得到的液体量比例随热解温度不同而不同,表明茉莉花茶热解产物随热解温度不同而不同。热解产物主要有CO_2、水、醇及含C=C的有机物和生物焦固体。500℃下制得的生物焦比表面积较低,仅为0.720 9 m~2·g~(-1),经活化处理后的生物焦比表面积明显增大。经CO_2和H_2O活化后得到的生物焦的BET比表面积分别升至139.503 3 m~2·g~(-1)和122.527 6 m~2·g~(-1)。茉莉花茶热解的质量损失主要由于有机物挥发,用Coats-Redfern法对茉莉花茶废弃物热解过程进行模拟,得热解过程符合气体扩散模型,热解活化能约为60 kJ·mol~(-1);因此,气体扩散是茉莉花茶废弃物热解过程中主要的限制因素。     

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。     

响应面法优化污泥-花生壳共热解工艺条件

以乙酸钾为催化剂,采用外热式反应釜共热解制备污泥-花生壳生物炭,根据Box-Behnken中心组合实验设计原理,在单因素实验的基础上,以热解温度、花生壳添加量、催化剂添加量和热解时间为考察因素,以污泥-花生壳生物炭的碘吸附值为响应值,建立了考察因素和响应值之间的三次多项式模型。回归方程方差分析结果表明:花生壳添加量对生物炭碘吸附值的影响最显著;热解温度和热解时间、催化剂添加量和热解时间之间交互作用影响显著。调整后确定的最佳热解工艺条件为,热解温度375℃,花生壳添加量60%,催化剂添加量5%,热解时间66 min。在最优条件下,制备的生物炭碘吸附值为420.86 mg·g~(-1),比表面积(BET)为12.565 m~2·g~(-1),总孔容为0.028 28 cm~3·g~(-1),平均孔径为4.501 nm。     

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。     

城镇有机垃圾热解生物炭对水中亚甲基蓝的吸附

热解是一项极具前景的城镇垃圾资源化处理技术,对热解产物的合理利用有助于热解技术的推广应用。以1套垃圾分选、热解工程设备产生的生物炭为原料,研究生物炭对水中亚甲基蓝的吸附效果,分析吸附动力学和吸附等温线;通过红外光谱、比表面积、孔径及微观形貌的表征方法阐释其吸附机理,并进行经济性分析。结果表明,生物炭对亚甲基蓝的去除率随生物炭投加量的增加而增加,随亚甲基蓝溶液初始浓度的增加而降低,在pH为9时达到最高。生物炭对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温线方程,为单分子层吸附,最大吸附量为35.7 mg·g~(-1)。生物炭具有较强的非均质性,其对亚甲基蓝的吸附主要发生在微孔中,且亚甲基蓝与生物炭表面的O—H、NH~(3+)、NH_2、C—O等基团发生了作用,说明亚甲基蓝在生物炭表面的吸附受生物炭孔结构和化学性质2个方面的影响。生物炭的制备过程可产生446～708元·t~(-1)的经济效益,作为废水处理的吸附剂具有较好的应用前景。     

壳聚糖载纳米羟基氧化铁对水中磷的吸附

低浓度的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。采用溶胶-凝胶法,以壳聚糖和FeCl_3·6H_2O为原料,通过原位水解-浸渍法制备出壳聚糖载纳米羟基氧化铁(CNFeOOH),对其进行了场发射透射电镜(HRTEM)、比表面积和孔径、X射线衍射仪(XRD)分析的表征。结果表明,CNFeOOH中含有类似正方针铁矿(β-FeOOH)的晶体结构,呈纳米棒状分布,长约10 nm,宽约2~3 nm,比表面积为76.240 m~2·g~(-1)。磷吸附实验结果表明:Freundlich吸附等温式能更好地描述CNFeOOH对磷的吸附特征,其实际最大吸附量为24.50 mg·g~(-1)(pH=6,T=(20±1)?C);动力学吸附平衡时间约为24 h,其吸附过程符合准二级动力学模式和颗粒内扩散模式,证明吸附过程中同时发生了物理吸附和化学吸附;溶液的p H对CNFeOOH吸附磷的影响较为明显,随pH升高,吸附量降低;离子强度(0.01~0.5 mol·L~(-1))则影响不大;共存阴离子(SO_4~(2-)、NO_3~-、HCO_3~-)对磷的吸附影响较小。因此,推断CNFeOOH对磷的吸附机理是以静电引力和配位作用为主的特性吸附。