生物与化学成因施氏矿物吸附去除水中As(Ⅲ)效果的比较研究

施氏矿物作为一种具有良好应用前景的高砷吸附材料已倍受人们关注.采用静态吸附实验对生物、化学成因施氏矿物去除模拟地下水中As(Ⅲ)进行了研究.结果表明,在25℃,初始As(Ⅲ)浓度为0.2 mg·L-1,施氏矿物投加量为0.25 g·L-1时,生物成因施氏矿物吸附3 h后溶液中As(Ⅲ)含量降低到10μg·L-1以下(地...     

施氏矿物的化学合成及其对含Cr(Ⅵ)地下水吸附修复

采用简单快速的化学合成方法在实验室人工合成施氏矿物,研究了合成的施氏矿物对地下水中Cr(Ⅵ)的吸附动力学、吸附能力以及环境条件对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)的影响.结果表明,合成的施氏矿物对水溶液中Cr(Ⅵ)具有较强的吸附作用,24 h后反应达到平衡,吸附动力学过程符合Lagergren二级速率方程;而吸附等温方程符合Langmiur方程,pH值在4.5~6之间时Cr(Ⅵ)的去除效果最佳,最大吸附能力达到40.4 mg·g-1.溶液中Cr(Ⅵ)的去除率随施氏矿物投加量的增大而升高.Cl-对施氏矿物吸附地下水中Cr(Ⅵ)无明显影响,而HCO_3~-、SO_4~(2-)会对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)产生较为显著的抑制作用;有机物和Ca~(2+)、Mg~(2+)等无机阳离子对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)的影响受pH值的影响:pH=6时,有机物和无机阳离子基本对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)无影响;pH=8时有机物以及无机阳离子均会对施氏矿物吸附Cr(Ⅵ)产生明显的抑制作用.     

过氧化氢驱动亚铁氧化对施氏矿形成及其吸附As(V)行为的影响研究

酸性矿山废水(Acid mine drainage,AMD)污染区域因pH较低、硫酸盐浓度较高易形成施氏矿,所形成的施氏矿拥有较大的比表面积和丰富的活性位点,是AMD中As的重要沉积库.施氏矿形成过程通常会因亚铁氧化速率变化呈现出不同的微观形貌和理化性质,影响As的迁移和形态转化.通过调控过氧化氢(H₂O₂)滴加方式(一次性添加、0.2 h·mL^-1和1 h·mL^-1)调控Fe(II)氧化速率,形成不同的施氏矿Sch1、Sch2和Sch3,在此基础上探究合成施氏矿结构特性及对As(V)的吸附行为.结果表明：随着H₂O₂滴加速率降低,Fe(II)氧化速率降低,所形成施氏矿的微观形貌从光滑转变为毛刺状晶须表面球形,颗粒粒径增大,比表面积大小顺序为Sch1-1)高于Sch1(118.9 mg·g^-1)和Sch3(130.3 mg·g<...     

铁镧复合氧化物纳米吸附剂的制备、表征及As（Ⅲ）吸附性能研究

本研究采用共沉淀法制备了一种新型铁镧复合氧化物吸附剂(Fe-La),并对其表面特性及As(Ⅲ)吸附行为进行了系统研究.扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,铁镧复合氧化物具有纳米结构,初级粒子粒径范围为20~200 nm.X-射线衍射仪(XRD)表征结果表明,铁镧复合氧化物具有类似氢氧化镧的晶型结构.N2吸附BET法结果表明,铁镧复合氧化物的比表面积为99.3 m2·g-1.盐加入法测得吸附剂的等电点为7.8.As(Ⅲ)吸附实验结果分析表明,铁镧复合氧化物对As(Ⅲ)具有良好的吸附效果,最大吸附量(pH 7.0)为58.2 mg·g-1,Langmuir吸附等温线可较好地拟合铁镧复合氧化物对溶液中As(Ⅲ)的吸附(R2=0.95);吸附速率较快,240 min内可完成吸附容量的80%,Elovich模型能较好地描述吸附过程(R2=0.97);溶液pH对铁镧复合氧化物吸附As(Ⅲ)的影响较为明显;共存阴离子对吸附影响的大小顺序为SO2-4相似文献   

酸和热处理对海泡石结构及吸附Pb2+、 Cd2+性能的影响

通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱及比表面积分析等研究了酸和热处理对天然海泡石结构的影响,并考察不同处理后的海泡石样品吸附重金属Pb2+、Cd2+性能.结果表明,海泡石比表面积均随盐酸浓度、处理时间的增加而略有增大,而结构无明显变化,0.5 mol·L-1 HCl处理时,天然海泡石中的CaCO3未能被完全去除,6.0 mol·L-1 HCl处理72 h时,海泡石比表面积达到最大301.47 m2·g-1.盐酸热处理并不能提高海泡石的比表面积,也不会使海泡石结构产生明显变化.不同类型酸处理对海泡石比表面积提高顺序依次为:HCl>HNO3>H2SO4;海泡石经焙烧后比表面积迅速下降,由100℃的21.44 m2·g-1下降到900℃的0.17 m2·g-1.重金属吸附实验表明,盐酸处理浓度和时间对海泡石吸附Pb2+、Cd2+离子性能无明显影响;不同酸处理对海泡石吸附Pb2+、Cd2+离子性能存在一定影响,H2SO4处理后海泡石对Pb2+、Cd2+离子吸附量明显高于HCl和HNO3处理.海泡石焙烧处理后对Pb2+离子吸附量无明显影响,但对Cd2+离子吸附量在焙烧700℃以上时增加明显.     

高比表面积铜藻基活性炭的制备及工艺优化

以铜藻为原料,在对其进行元素含量、生化组成分析的基础上,分别采用ZnCl2活化法和H3PO4活化法制备活性炭,并以活性炭得率、碘吸附值、焦糖脱色率为指标,采用正交法考察了升温速率、活化温度、浸渍比(活化剂/铜藻质量比)等因素的影响,得到最佳工艺条件.同时,采用扫描电镜(SEM)、Brunauer-Emmet-Tller(BET)比表面积等方法分析活性炭特征.结果表明,铜藻原料粒度对制得的活性炭性能影响显著,106～180μm的颗粒较为适合.ZnCl2活化法制得的活性炭吸附性能明显优于H3PO4活化法;ZnCl2活化法的最佳工艺条件为:升温速率10℃.min-1、活化温度600℃、活化时间2h、浸渍比4,在保证活性炭得率超过30%的基础上,制备的活性炭比表面积为2314.58m2.g-1,碘吸附值为835.3mg.g-1,焦糖脱色率为110%,性能明显优于其他大型海藻原料所制备的活性炭,是陆地传统活性炭原料的有效补充.     

透析对施氏矿物微观结构及其砷吸附能力的影响

探讨透析对施氏矿物微观结构和砷吸附能力的调控,对高效合成施氏矿物,进而将其应用于含砷地下水处理具有重要意义.本研究在利用FeCl_3·6H_2O与Na_2SO_4合成施氏矿物的基础上,用截留分子量100000 Da和20000 Da透析袋分别对施氏矿物透析10 d与20 d,探究了透析过程对施氏矿物产生量、比表面积、孔体积、平均孔径等矿物特征的影响,并考察了透析前后施氏矿物对废水中砷的吸附去除效果.研究结果表明,透析过程可显著提高矿物的合成量,增加矿物比表面积及孔体积,增加矿物的平均孔径.施氏矿物在截留分子量100000 Da与20000 Da透析袋中透析20 d,矿物产生量分别增加70.70%与79.84%;比表面积分别增加68.75%与45.85%;其中微孔(2 nm)比表面积增加439.90%与395.11%,中孔(2～50 nm)比表面积增加30.63%与9.96%;孔体积分别增加332.79%与287.25%,其中微孔体积增加491.61%与419.92%,中孔体积增加了220.36%与211.95%,透析后矿物平均孔径增长了214.77%与244.31%;矿物对污水中砷的吸附去除能力提高65.60%与64.74%.本研究结果可为化学合成施氏矿物改性并将其应用于地下水除砷领域提供必要的参数支撑.     

还原共沉淀法制备Fe-Ti复合氧化物及其吸附水中As(Ⅴ)的研究

采用还原-共沉淀法制备了无定型纳米复合Fe-Ti氧化物(FFT)吸附剂,并研究其对水中低浓度As(Ⅴ)的去除性能.XRD表征结果表明,制备的纳米FFT物相为无定型,BET比表面积达325.3 m2·g-1,计算得到的BJH吸附平均孔径为2.46 nm(4V/A),颗粒分布均匀.同时,考察了纳米FFT吸附As(Ⅴ)的动力学、热力学、吸附等温线,以及温度、水中共存离子对其去除As(Ⅴ)的影响.结果发现,纳米FFT对As(Ⅴ)的吸附符合拟二级动力学模型,计算出的孔道扩散系数DP在10-11~10-13cm2·s-1之间,显示孔扩散是速率限速步骤.Langmuir、Freundlich和DubininRadushkevich(D-R)吸附等温式均可较好地拟合吸附行为,低浓度下Langmuir吸附模型计算出的Qm达到26.46 mg·g-1.最后,研究了地下水中常见的共存离子对吸附的影响,发现Ca2+、Mg2+能够促进吸附,H2PO-4和HCO-3则明显抑制吸附过程.     

天然含铁矿物对砷的吸附效果及机制

自然界中丰富的含铁矿物作为天然的铁氧化物,可作为一类修复材料用于砷污染水体和土壤稳定化修复.本文通过吸附-解吸附实验对比研究了天然赤铁矿、天然褐铁矿、天然菱铁矿、天然钛铁矿、天然磁铁矿、Fe_2O_3、Fe_3O_4及铁锰双金属材料(FMBO)对砷的吸附-解吸特性,结合光谱学手段研究其作用机制.吸附实验结果表明,9种含铁材料对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合准二级动力学方程和Langmuir方程,表明反应机制主要为单层化学吸附作用.其中,FMBO对As的吸附效率和吸附容量远高于其余材料,天然含铁矿物中褐铁矿对As吸附效果表现最好,对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附容量分别为3. 96 mg·g-1和2. 99 mg·g-1.光谱学手段表明天然褐铁矿中含有较为丰富的针铁矿等弱结晶态矿物成分,具有相对丰富的砷吸附位点,是一种具有潜在修复能力的天然材料.     

乙基黄药对施氏矿物吸附Cr（Ⅵ）的影响研究

选矿药剂在矿产资源开发中被大量使用,环境中残留的选矿药剂及其衍生物对重金属的迁移、转化等环境行为产生重要影响.施氏矿物是广泛存在于酸性矿山废水中的一种典型的羟基硫酸盐铁矿物,对重金属具有明显的吸附作用.然而,浮选药剂对施氏矿物富集重金属的影响有待深入研究.本研究采用快速化学法合成施氏矿物,通过批量吸附实验法系统探究典型浮选药剂乙基黄药存在条件下,反应体系pH、接触时间、浮选药剂浓度、Cr（VI）初始浓度等因素对施氏矿物吸附Cr（VI）的影响规律.结果表明：在酸性条件下,乙基黄原酸钠抑制施氏矿物对Cr（Ⅵ）的吸附作用;在碱性条件下,乙基黄原酸钠对施氏矿物吸附Cr（Ⅵ）具有明显的促进作用.在初始pH条件为8.5时,施氏矿物对Cr（VI）的最大去除容量达到56.96 mg?g^-1,与最佳条件下施氏矿物对Cr（VI）的吸附容量 （40.4 mg?g^-1） 相比,吸附容量提升了41%.乙基黄原酸钠存在条件下施氏矿物对Cr（Ⅵ）的吸附符合准二级动力学,表明该吸附过程以化学吸附机制为主.在Cr（VI）的吸附过程中,黄原酸基将Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）,从而增强了了施氏矿物在碱性条件下对Cr（VI）的去除能力.研究结果表明乙基黄药的存在能够显著影响施氏矿物对Cr（VI）的吸附过程及吸附机制.     

KOH活化法制备牛粪活性炭的研究

以牛粪为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并考察了浸渍比、活化剂浓度、活化时间和活化温度等不同制备条件对牛粪活性炭样品性能的影响.实验结果表明,在浸渍比1∶4、KOH质量分数35%、活化时间60min、活化温度700℃条件下制备的活性炭性能最佳,制得的活性炭比表面积为979.8m2·g-1,碘吸附值可达796.37mg·g-1,亚甲基蓝吸附值可达150.30mg·g-1.最后,将制备的牛粪活性炭应用于对Cr(Ⅵ)的吸附,研究了最佳工艺条件下制备的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的适宜条件.结果表明,在投加量为8g·L-1时、吸附时间90min、pH值为5和较低温度的适宜条件下,自制牛粪活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附量最大.     

酸化蛭石的表面有机修饰及其对疏水性微污染物的吸附

插层法制备有机黏土存在比表面积低、负载不均等问题,限制了此类材料吸附性能的进一步提高.基于此,通过选择性酸浸的方法预处理天然蛭石,以三甲基氯硅烷(CTMS)和三乙基氯硅烷(CTES)对其进行表面有机修饰,利用FTIR、BET、SEM和热重等方法对材料进行表征.结果表明,改性酸化蛭石的比表面积可达361.0 m2.g-1,而有机插层蛭石的比表面积仅为6.0m2.g-1,有机基团更稳定地以共价键形式负载于酸化蛭石表面.以疏水性有机微污染物邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为测试目标,考察材料的吸附性能.在本实验条件下,测得CTES改性酸化蛭石、CTMS改性酸化蛭石和有机插层蛭石对DEP的吸附量分别为63.7、51.2和15.7 mg.g-1,证明有机修饰后的酸化蛭石具有更强的疏水性吸附能力,有机负载的均匀性是决定吸附能力的关键因子.动力学研究表明吸附行为遵循拟二级动力学方程;吸附等温线表现出线性特征,可由Henry和Freundlich模型进行描述,表明分配作用是吸附过程的主要机制.     

水厂反冲洗铁锰泥热处理产物结构及除砷变化

利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、差热重量分析法(TG)、比表面积分析仪(BET)等研究了除铁除锰水厂富含铁锰氧化物的反冲洗泥经过不同焙烧温度处理后的产物结构变化对吸附除砷的影响.结果表明:铁锰氧化物反冲洗泥原料为无定型结构,粒径小且比表面积大,能高效除砷;焙烧温度为150℃时,结晶水开始脱除,比表面积与孔容变化不大,As(Ⅲ)和As(V)的去除率均略微增加;焙烧温度为500℃时,脱羟基反应促使微孔逐渐合并成介孔,比表面积降低,As(Ⅲ)和As(V)的去除率降至70%;当焙烧温度升高到800℃后,热处理产物脱水完全,微孔和介孔随焙烧温度升高逐渐合并成大孔,比表面积和孔容分别下降至12.755m2/g和0.052cm3/g,平均孔径增长了约10nm,且产生的赤铁矿晶体颗粒间出现烧结现象,对As(Ⅲ)和As(V)的去除率大幅下降,为原来的10%左右.     

高比表面生物质炭的制备、表征及吸附性能

以废弃生物质互花米草与棉秆为原料,采用KOH活化制备了高比表面积微孔生物质活性炭.研究了原料类别、浸渍比、炭化温度及保温时间对炭组成与吸附性能的影响,利用氮气吸附、X-射线衍射、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了分析,并通过BET方程、DFT密度函数理论及Horvath-Kawazoe方程对比表面积与孔分布进行了表征测定.结果表明,氢氧化钾活化制备互花米草与棉秆活性炭的适宜条件为浸渍比3:1、活化温度800℃、活化时间1.5 h.在此条件下制得的互花米草活性炭与棉秆活性炭的得率为16.36%和11.22%,BET比表面积高达2 825 m2.g-1和2 135 m2·g-1,孔容积分别为1.374 mg·g-1和1.038 cm3·g-1;孔径分布狭窄,95%的孔集中在3 nm以内.该条件下制备的互花米草与棉秆活性炭吸附性能好,对碘的吸附值分别为1 797 mg·g-1和1 251 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为495 mg·g-1和478mg·g-1,均超过了国家水处理用活性炭一级品标准;2种生物质炭样品对水中2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量分别为932 mg.g-1、747 mg·g-1,均优于普通活性炭与活性炭纤维.     

天然菱铁矿改性及强化除砷研究

我国高砷地下水分布广泛,经济、高效地饮用水除砷技术受到广泛关注.静态批实验采用资源丰富、价格便宜的天然菱铁矿为主要原材料,考虑灼烧温度、时间及添加黏合剂等因素确定最优改性条件使除砷效果达到最佳.结果表明,在加铝量为10 mg.g-1、350℃下恒温灼烧90 min后造粒达到强度要求并除砷效果较优.25℃、固液比为0.5 g∶50 mL、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)初始浓度为5 mg.L-1时,吸附后溶液中残留As浓度均<10μg.L-1.静态吸附批实验结果表明,25℃时,接触反应时间为12 h可达到吸附平衡,吸附过程较好地符合Lagergren假二级吸附速率方程;最优改性天然菱铁矿对砷的吸附规律可用Langmuir和Freundlich等温吸附模型很好地描述,As(Ⅲ)、As(Ⅴ)饱和吸附容量分别可以达到1 039、1 026μg.g-1.结合XRD、SEM等研究方法和比表面及孔结构分析初步探讨天然菱铁矿改性以及除砷的主要机制.分析表明,改性后天然菱铁矿比表面积大幅度增大,孔径减小,且在表面活化生成一层圆球状的含Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的化合物.改性天然菱铁矿是一种值得进一步研究并实际应用的除砷材料.     

炭化温度对废旧布袋制备活性炭性能的影响及其表征

以水泥厂废旧除尘布袋为原料,KOH为活化剂制备了活性炭.利用热重分析法(TG-DTG)对废旧布袋热解过程进行分析;重点考察了不同炭化温度(400、450、500、550和600℃)对废旧布袋制备活性炭的产率及活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的影响;同时采用N2吸附等温线对最佳工艺条件制备的活性炭孔隙结构进行了表征.研究结果表明,500℃为最佳炭化温度.最佳炭化温度下制备的活性炭,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和产率分别为1350.72 mg·g-1、97.5 mg·g-1和20.16%.活性炭比表面积高达1228.51 m2·g-1,总孔容达0.7134 cm3·g-1,孔径分布以微孔居多,N2吸附等温线为I型.     

铁改性赤泥吸附剂的制备及其除砷性能研究

以氧化铝生产废渣--赤泥为原料,采用铁盐改性处理制备了新型羟基铁包覆型赤泥除砷吸附剂.研究考察了吸附剂吸附砷效能、投加量、吸附时间和pH值对吸附除砷效果的影响;采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、比表面积(BET)等仪器对吸附剂进行了表征,并探讨了吸附机制.结果表明,铁盐改性赤泥吸附剂对As(V)具有显著吸附效能,在pH为7,初始砷浓度为1 mg·L-1,铁盐改性赤泥吸附剂饱和吸附容量为50.6mg·g-1时,除砷率高达99.9%,吸附后出水砷含量可达到0.01 mg·L-1以下,吸附规律符合Langmuir等温方程式;溶液pH值显著影响砷去除效果,吸附机制主要为羟基铁的表面吸附机制;吸附后的吸附剂可通过NaOH溶液再生,脱附率达到92.1%.     

不同粒径铁铝泥对砷(Ⅲ)的吸附效果

以给水处理厂废弃铁铝泥(ferric and alum water treatment residuals,FARs)为载体,考察了不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附效果.不同粒径FARs的有效铁铝含量、比表面积和孔体积分别为523.72～1 861.72 mmol.kg-1、28.15～265.59 m2.g-1和0.03～0.09 cm3.g-1,总有机质、富里酸、胡敏酸和胡敏素分别为46.97～91.58、0.02～32.27、22.27～34.09和10.76～34.22 mg.kg-1.SEM和XRD检测表明,不同粒径FARs均以无定形结构存在.批量实验结果表明,准一级和准二级动力学方程均能较好地反映FARs吸附砷(Ⅲ)的动力学过程.不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附量随着浓度的增加而增高,用Langmuir等温线方程拟合获得理论饱和吸附量在6.72～21.79 mg.g-1之间.pH值对FARs吸附砷(Ⅲ)的作用影响不大.砷(Ⅲ)吸附量大小与不同粒径FARs的理化性质的变化趋势基本一致,由相关性分析可得,有效铁铝含量和孔体积大小是影响FARs对砷(Ⅲ)吸附的主要因素.     

温度与pH对生物合成施氏矿物在酸性环境中溶解行为及对Cu2+吸附效果的影响

探析施氏矿物在不同温度、pH下的溶解行为,对其在酸性煤矿废水(ACMD)重金属去除领域的应用具有重要的工程指导意义.本研究通过摇瓶实验,在0.16mol·L-1FeSO4·7H2O,初始pH为2.5的酸性体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans催化合成施氏矿物.考察了15℃与30℃,pH为2.0$6.0环境条件下矿物的溶解行为,及生物合成施氏矿物对酸性体系Cu2+的吸附去除效果.研究结果表明,经过24h反应,施氏矿物合成体系pH从原始2.50降低至2.18,体系Fe2+氧化完全,27.3%的铁离子参与矿物的合成,矿物分子式可表示为Fe8O8(OH)4.22(SO4)1.89.生物合成施氏矿物在温度为15℃,pH分别为3.2、3.0、2.8、2.6、2.4、2.2与2.0液态体系中振荡72h,矿物溶解率分别为1.92%、3.34%、5.90%、13.09%、28.74%、44.53%与61.46%.在温度为30℃的上述酸度体系中,矿物溶解率在相应时间却达到2.04%、3.98%、8.34%、20.53%、43.50%、96.74%与99.92%.在pH≥3.5的不同温度液态体系中该矿物无溶解迹象.在15℃,pH为6.0、5.0、4.5、4.0与3.5,Cu2+浓度为40mg·g-1的液态体系中,生物合成施氏矿物对Cu2+的吸附量为(50.9±2.2)、(47.3±13.3)、(40.5±4.7)、(31.1±5.0)及(16.9±6.5)mg·g-1.体系酸度一定,施氏矿物在15℃与30℃条件下对Cu2+的吸附效果无显著差异.本研究结果对生物合成施氏矿物在ACMD重金属去除工程应用提供必要的参数支撑.     

铁锰复合氧化物的制备及其吸附除砷性能

采用共沉淀法制备了新型铁锰复合氧化物吸附剂,并对其表面特性及除砷性能进行了初步研究.ξ电位测试表明,铁锰复合氧化物pHzpc在6.0附近,SEM/EDX表征证明吸附剂表面Fe和Mn的相对摩尔比为3∶1;铁锰复合氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均表现出很强的吸附能力,并且吸附速度快,在60min内即可达到平衡吸附容量的80%;该吸附剂在天然水环境pH范围内均有良好吸附除砷能力,磷酸根、硅酸根、碳酸根等阴离子对除砷效果有不同程度的影响,其余共存阴、阳离子及天然有机物在中性水环境中对除砷效果影响不大;采用Langmuir吸附等温线能较好地描述铁锰复合氧化物吸附As(Ⅴ)的过程(R2=0.997),而Freundlich方程能较好地拟合As(Ⅲ)的吸附过程(R2=0.989),对As(Ⅴ)与As(Ⅲ)的饱和吸附容量分别达到227mg·g-1和312 mg·g-1.