原位铁氧化物载铁活性炭的制备及其对水中As(Ⅲ)的去除性能

针对水中三价砷As(Ⅲ)毒害大、难去除的问题,本研究采用FeSO4/K2FeO4组合处理方式以恒温浸润法对活性炭进行改性,制备获得原位铁氧化物载铁活性炭(AFPAC),利用负载的铁氧化物的吸附性能,耦合活性炭的吸附和有效的固液分离功能,实现了As(Ⅲ)的高效去除.结果表明,当AFPAC投加量1g·L-1时,对初始质量浓...     

零价铁渗透性反应墙原位修复含砷地下水的柱实验研究

为了解决地下水砷污染问题,设计了3根实验柱,开展了零价铁渗透性反应墙(zero valent iron permeable reactive barrier,ZVI PRB)原位修复5价砷的实验研究,调查了ZVI PRB的长期运行效果,探索了反应介质粒径、进水As浓度、渗流速度和腐殖酸(humic acid,HA)对反应墙除砷性能的影响。结果表明,PRB 1(铁粉,30~32目)的As去除率为76.2%~93.8%,出水As浓度为9.8~41.9μg·L~(-1);PRB 2(铁粉,300~325目)的去除率为84.4%~95.9%,出水As浓度为6.5~9.5μg·L~(-1)。ZVI PRB能有效地去除地下水中砷,且PRB 2比PRB 1的性能更高效更稳定并能保证出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中As限值要求(10μg·L~(-1))。在现有条件下,ZVI粒径和进水As浓度显著影响ZVI PRB的除砷性能,渗流速度基本未影响除砷性能,而HA显著抑制除砷性能。     

一步还原焙烧法制备炭载零价铁及其对水中Cr(Ⅵ)的去除

以活性炭为还原剂和载体,通过一步还原焙烧法制备出炭载零价铁(AC-ZVI)材料。电镜扫描和X射线衍射分析结果表明,零价铁以平均粒径为2μm的颗粒均匀分布在活性炭表面和孔道中。采用间歇实验考察了炭载零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果,结果显示炭载零价铁对水中的Cr(Ⅵ)具有很好的去除效果,在初始pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度为50 mg·L~(-1)、AC-ZVI投加量(铁用量)为0.6 g·L~(-1)和反应温度为25℃的条件下,反应5 h后Cr(Ⅵ)的去除率达到86.8%;降低溶液pH、增加炭载零价铁投加量和提高反应温度均有利于Cr(Ⅵ)的去除,反应过程符合准一级动力学,表观反应速率常数k为0.655 h~(-1)(30℃),反应活化能为67.6 k J·mol~(-1)。研究结果表明,通过一步还原焙烧法制得的炭载零价铁可作为一种高效吸附还原材料用于Cr(Ⅵ)污染水体的治理。     

饮用水除砷材料吸附特性及影响因素分析

采用活性氧化铝、零价铁粉和载铁沸石作为吸附剂,通过静态吸附实验,研究3种饮用水除砷材料的吸附特性及影响因素。结果表明,在pH值为6.5,砷浓度为1 mg/L,投加量为2 g/L,25℃恒温的条件下,活性氧化铝、零价铁粉和载铁沸石分别在90 min、150 min和90 min达到吸附平衡状态,均较好符合langmuir等温吸附模型,对砷的最大吸附容量依次为7.3、3.3和3.9 mg/g。pH值和竞争性阴离子对砷的去除均有显著影响。降低溶液pH值能明显提高3种材料的除砷效率;水中磷酸根离子的存在,能够明显降低活性氧化铝和零价铁粉的除砷效率;水中硅酸根离子的存在,能够明显降低零价铁粉和载铁沸石的除砷效率。     

酸碱改性活性炭吸附微污染水源水中的Ni~(2+)

通过HNO_3-KOH对活性炭进行改性,采用扫面电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、红外光谱分析(FT-IR)和Boehm滴定法对改性前后的活性炭进行表征,研究了改性前后的活性炭在不同条件下对微污染水源水中Ni~(2+)的吸附能力和动力学。结果表明:改性活性炭表面含氧酸性官能团数量增加,比表面积和总孔容均略有降低,孔径变化不明显。在Ni~(2+)浓度为0.4 mg·L~(-1),改性活性炭投加量5.0 g·L~(-1),温度30℃时,反应1 h去除率可达95.55%,剩余Ni~(2+)浓度为0.017 8 mg·L~(-1),达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的要求。相同条件下,改性前活性炭对Ni~(2+)的去除率仅为74.45%,剩余Ni~(2+)浓度达不到标准要求。活性炭对Ni~(2+)的等温吸附更符合Langmuir方程,吸附动力学数据符合准二级动力学方程。     

负载镧镁改性活性氧化铝的除氟性能

制备载镧镁改性活性氧化铝(MAA),研究其对氟的吸附性能,采用扫描电镜SEM、X射线衍射仪XRD和等离子发射光谱仪ICP-OES对改性活性氧化铝进行表征,探讨可能的除氟机理。实验结果表明:吸附时间120 min、投加量2.0 g·L~(-1),p H=7,振荡频率180 r·min-1,对10 mg·L~(-1)高氟水去除率为97.7%。与未改性活性氧化铝(AA)相比,改性活性氧化铝除氟效果提高1.0倍,最大饱和吸附量为8.56 mg·g-1。不同阴离子对除氟性能的影响力大小为:CO2-3SO2-4Cl-NO-3。吸附剂对F-的吸附符合准二级动力学。改性活性氧化铝的吸附等温线符合Langmuir模型,该吸附反应为吸热反应,温度越高,自发程度越大。     

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。     

三价铁改性活性炭对水中微量砷的吸附特性

研究了三价铁改性对不同活性炭(颗粒和粉末)对水中砷的吸附特性的影响。结果表明,三价铁改性有效提高了活性炭对不同形态砷的吸附性能。其中,对于2种活性炭,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳铁离子改性浓度分别为0.1和0.05 mol/L。此时,通过Langmuir等温线方程拟合得到:粉末和颗粒活性炭对As(Ⅲ)的最大吸附量qm分别为2.38 mg/g和9.39 mg/g;而对As(Ⅴ)的qm分别为5.12 mg/g和2.32 mg/g。此外,当溶液的p H从3升高到9的过程中,吸附量先增加后有所下降,当p H为7时,改性前后的活性炭对砷的吸附量达到最高。     

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。     

3种表面修饰活性炭对水体中磷的吸附

为克服活性炭磷吸附能力有限的问题,使用ZnCl_2、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和Fe/Al(氢)氧化物纳米颗粒分别研究了物理结构法、表面活性剂法和载体法3种表面修饰方法对活性炭磷吸附能力的影响。实验发现,载体法为3种方法中最好的修饰方法。对载体法制备吸附剂的材料用量的比较发现,在Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)摩尔比为9:1的条件下,把1.5 g活性炭加入到总浓度为1 mol·L~(-1)的200 m L Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)混合溶液中,形成的纳米Fe/Al(氢)氧化物能够较好地利用活性炭表面,该复合材料1.5AC-Fe/Al在磷平衡浓度约为50 mg·L~(-1)时吸附量达到29.3 mg·g~(-1)。该材料表征结果表明,纳米Fe/Al(氢)氧化物颗粒被成功负载在活性炭表面。在酸性条件下,复合材料表面的—H~+和—OH_2~+所引起的静电吸附和配位交换是促进吸附带负电磷酸根离子的原因。     

改性花生壳活性炭吸附-催化臭氧氧化处理反渗透浓水

考察了改性活性炭吸附-催化臭氧氧化对炼化RO浓水中有机污染物的降解效果。结果表明,花生壳经H_3PO_4活化后具有较好的比表面积及孔径结构,再经Cu~(2+)、Mn~(2+)、Fe~(3+)溶液负载改性,得到花生壳活性炭催化剂,其中Cu~(2+)改性后的活性炭具有最大的比表面积。将不同的改性活性炭与臭氧组合处理RO浓水,COD去除率显著提高,表现为CuAC≥Mn-ACFe-ACH_3PO_4-AC,偏碱性条件和提高活性炭投加量均利于活性炭吸附-催化臭氧氧化反应,且在30 min后COD去除率趋于平稳。当利用金属离子负载改性活性炭时,臭氧消耗率显著提高。其中,Cu-AC和Mn-AC吸附-催化臭氧氧化时臭氧的消耗率较高,COD去除率≥80%,出水COD60 mg·L~(-1),达到国家一级排放标准。     

锆改性铝氧化物对水中磷的吸附特性

采用共沉淀法制备锆改性铝氧化物。在研究其对水中磷吸附特性的基础上,结合SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS等表征手段,分析吸附剂的结构组成以及反应前后的表面基团变化,探讨吸附除磷的机理。结果表明:Power动力学模型和Langmuir等温线模型可以很好地描述锆改性铝氧化物对磷的吸附特征;在投加量为0.3 g·L~(-1)、溶液pH为7时,磷的饱和吸附量为76.63 mg·g~(-1);pH=4~6时,吸附剂除磷效果较好,在偏碱性环境下,磷吸附量明显降低;Cl~-和SiO_3~(2-)对磷的吸附有较强的抑制作用,且干扰效果随着阴离子浓度的升高而加强。通过材料表征结果可知,吸附剂呈无定型结构,表面含有丰富的羟基。该吸附剂的除磷机制主要为表面络合和离子交换作用。     

建筑垃圾转化砷吸附材料的方法及其吸附性能

水环境中的砷污染问题近年来越来越突出,吸附是主要的净化途径之一。以建筑垃圾为主要原材料,合成了一种新型的廉价除砷颗粒吸附剂。首先通过烧结制备多孔陶粒,再利用水热过程将陶粒基体转变为沸石基体,最后利用铁离子对沸石基体进行表面改性,制备出具有复合多级孔结构的铁负载沸石陶粒(简称IMZC)产品。XRD图谱显示负载的铁主要以无定形体存在,显著增加了沸石基体的比表面积。吸附实验表明,老化时间和pH值对铁改性沸石颗粒的吸附能力有显著影响,该吸附过程可以用Langmuir模型表征,最大吸附量达到18.727 mg·g~(-1)。该吸附材料在面源污染和突发事件中砷的净化去除方面具有良好的应用前景     

改性活性炭对废水中铬离子的吸附

改性活性炭被广泛应用于吸附水体中重金属离子,但关于铁改性活性炭吸附性能的研究报道甚少。本研究对活性炭进行铁改性处理,并将之应用于水中的铬离子吸附,考察了吸附时间、溶液p H对改性活性炭吸附Cr(Ⅵ)效果的影响。实验结果表明,在25℃下,p H为3,吸附时间为300 min时,其对Cr(Ⅵ)的去除率为91.4%。铁改性活性炭对铬离子的吸附机理服从准二级动力学方程,该吸附剂吸附等温线服从Langmuir方程,饱和吸附量为28.82 mg/g。     

臭氧-活性炭组合工艺深度处理垃圾渗滤液MBR出水

以垃圾渗滤液MBR出水为研究对象,采用臭氧-活性炭组合工艺对其进行深度处理。相比单一臭氧处理和单一活性炭吸附,臭氧-活性炭组合工艺能提高COD及NH_3-N的去除率,并且显示出良好的协同作用。实验中利用三维荧光光谱和凝胶色谱对水质进行分析,同时考察了活性炭种类及预处理方式、活性炭用量、pH及臭氧浓度对COD及NH_3-N去除率的影响。结果表明:pH=4.54、臭氧浓度为1.34 mg·min~(-1)、活性炭投加量为10 g·L~(-1)、臭氧处理时间为30 min、活性炭吸附时间为180 min,当垃圾渗滤液MBR出水COD为1 550 mg·L~(-1),NH_3-N为75 mg·L~(-1)时,经处理后,COD浓度为93 mg·L~(-1),NH_3-N浓度为12 mg·L~(-1),COD的去除率达到94%,NH_3-N的去除率达到84%,实现了垃圾渗滤液MBR出水的达标排放。pH对污染物的去除有较为明显的影响,高pH有利于NH_3-N的去除,但是过高的pH不利于COD的去除。同时,提高臭氧和活性炭的投加量能明显提高COD及NH_3-N的去除率。     

氧化-负载铁组合工艺改性活性炭及其对Cr(Ⅵ)的去除

通过氧化-负载铁组合工艺对活性炭进行改性,对比了不同氧化剂(硝酸/磷酸)对改性效果的影响,利用Boehm、FT-IR、BET、XRD对改性活性炭(ACNF/ACPF)进行了表征,并对改性活性炭吸附水中痕量Cr(Ⅵ)的性能进行了研究。结果显示:硝酸与磷酸氧化均可显著增加活性炭表面酸性官能团数量,提高表面亲水性;改性后活性炭比表面积、孔体积和平均孔径均减小;负载的铁主要以铁(氢)氧化物形式存在于活性炭表面(ACPF)和介孔(ACNF)中;在Cr(Ⅵ)初始浓度0.5 mg/L,p H值3.0,活性炭投加量100 mg/L时,吸附12 h达到平衡,ACNF对Cr(Ⅵ)的去除率达到97.82%,出水Cr(Ⅵ)剩余浓度降至0.05 mg/L以下,满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求,改性可显著提高对Cr(Ⅵ)的吸附容量。     

改性铁覆膜砂的制备及吸附性能研究

制备了4种改性铁覆膜砂,并对其吸附性能进行了全面的实验,分析比较了4种改性剂的作用和效果.实验中发现,添加改性剂对铁覆膜砂吸附性能的促进作用各不相同,改性剂和铁氧化物的性质共同决定了改性铁覆膜砂的性质.吸附等温线和连续动态过滤实验结果表明,活性炭和硅藻土对提高铁覆膜砂吸附性能有促进作用,但膨润土和粉煤灰的作用不明显,甚至还可能降低吸附容量.活性炭改性铁覆膜砂的吸附等温式符合Langmuir模型,硅藻土改性铁覆膜砂、膨润土改性铁覆膜砂和粉煤灰改性铁覆膜砂对Langmuir模型和Freundlich模型都有较好的相关性.改性铁覆膜砂对天然有机物(NOM)的吸附属于单分子层吸附,吸附的主要机理为静电相互作用、配位交换-表面络合作用和疏水/憎水作用等.溶液pH值对改性铁覆膜砂吸附NOM有很大的影响,表现为低"pH值去除效率高,高pH值去除效率低"的特点,其变化规律取决于添加物质的性质.磷酸盐会和腐殖酸在改性铁覆膜砂表面产生竞争吸附,磷酸盐对粉煤灰改性铁覆膜砂的吸附能力影响最大.     

改性活性炭对水中铬离子(Ⅵ)的吸附性能

为了研究改性前后活性炭对水中铬离子(Ⅵ)的吸附效果,以磷酸活性炭(PAC)为原料,用10%硝酸改性得到硝酸改性活性炭(N-PAC)及直接蒸发法载铁改性得到载铁活性炭(Fe-PAC)。通过静态吸附研究表明,改性后活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附率有较大提高。在常温、自然pH条件下,0.2 g活性炭处理50 mL浓度为100 mg/L的含Cr(Ⅵ)溶液,N-PAC和Fe-PAC对Cr(Ⅵ)的吸附率分别为79.21%和90.59%,都高于原PAC对Cr(Ⅵ)的吸附率49.58%。pH从2.2升高到11.92,Fe-PAC对Cr(Ⅵ)的吸附率从99.86%降低到14.77%,N-PAC则从99.86%降低到3.23%,PAC从97.05%降低到2.53%。温度从25℃升高到70℃,3种活性炭对Cr(Ⅵ)吸附率都有较大提高,都增加到98%以上。且吸附过程较符合Langmuir等温吸附模型。     

固定化鼠尾藻Sargassum thunbergii对水中重金属锌的生物吸附效应

采用海藻酸钠-聚乙烯醇联合固定鼠尾藻与活性炭的方法对废水中重金属Zn~(2+)进行生物吸附研究。结果表明:当固定化材料配比为15 g·L~(-1)鼠尾藻粉,2%海藻酸钠溶液、6%聚乙烯醇溶液,1.5%活性炭时,固定化小球对废水中Zn~(2+)的吸附率最大。溶液在不同环境因素条件下吸附率不同,吸附率随着pH升高而升高,当pH为6时吸附率达到最大,随后开始下降;当温度为30℃,投放量为60 g·L~(-1)时吸附率上升至最大值后趋于平衡,吸附率不再随着条件的增加而增加;前30min吸附过程为快速吸附阶段,并在60 min后吸附率趋于平衡。在实验室规模的流化生物反应器中,固定化颗粒可以连续高效处理模拟矿山废水,同时经过多次吸附解吸循环后仍然具有较好的吸附效果,为固定化鼠尾藻的实际应用奠定了基础。     

改性水葫芦粉对水体中Hg~(2+)的吸附

通过二硫化碳(CS_2)对水葫芦粉进行改性,研究吸附时间、吸附剂浓度和溶液pH对改性前后水葫芦吸附溶液二价汞(Hg~(2+))的影响,并探讨其吸附动力学、热力学行为和除汞机理。结果表明:吸附剂浓度为2 g·L~(-1),溶液pH值为6,吸附时间180 min,改性水葫芦粉对Hg~(2+)浓度为2.0 mg·L~(-1)时的去除率大于93%;改性前后水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附过程均符合拟二级动力学方程,化学吸附在整个吸附过程中起重要作用。吸附过程能够很好地用Langmuir方程拟合,吸附自由能变(ΔG)0、吸附焓变(ΔH)0、吸附熵变(ΔS)0,表明改性水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附过程是自发的吸热过程;动力学拟合和热力学研究表明改性水葫芦粉对Hg~(2+)的吸附既有物理吸附又有化学吸附。