改性颗粒活性炭对水中溴酸根的吸附特性研究

采用阳离子表面活性剂氯化十六烷基吡啶(CPC)改性颗粒活性炭以提高活性炭对溴酸根的吸附能力.通过小试研究了改性颗粒活性炭(GAC-CPC)对溴酸根的吸附特性,考察了BrO-3初始浓度、pH、共存阴离子等因素对吸附过程的影响.结果表明,CPC改性能显著提高GAC对BrO-3的吸附能力,吸附量随着初始浓度升高而增大;在碱性条件下GAC-CPC对BrO-3的吸附量减小;共存阴离子与BrO-3在GAC-CPC上存在竞争吸附,其影响顺序为:NO-3SO2-4PO3-4CO2-3.用准一级、准二级和颗粒内扩散动力学模型拟合GAC-CPC吸附BrO-3的动力学过程,结果表明,准二级动力学能更好的描述吸附过程,且孔扩散可能是改性GAC吸附BrO-3初始阶段的主要速率控制因素.用Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合不同温度下BrO-3的吸附平衡过程,结果表明,Langmuir等温吸附模型能很好的描述吸附平衡过程,GAC-CPC吸附BrO-3的过程是自发且放热的,温度升高不利于吸附.     

类水滑石Mg/Zn/Al焙烧产物对高氯酸盐的吸附

利用类水滑石Mg/Zn/Al的焙烧产物对ClO-4进行吸附性能研究,通过类水滑石表面结构X射线衍射分析并探讨其吸附等温、动力学模型,并研究了焙烧温度、Mg/Zn/Al质量比、溶液pH值、吸附时间及吸附剂投加量等因素对类水滑石Mg/Zn/Al吸附ClO-4的性能影响.结果表明在500℃下焙烧4 h,Mg/Zn/Al质量比为2∶1∶1的类水滑石对ClO-4去除效果较好,吸附容量最大且对溶液pH值有较好的适用范围.经500℃焙烧的类水滑石吸附ClO-4的动力学拟合结果符合二级反应动力学模型,吸附等温线符合Langmuir及Freundlich吸附等温模型.     

柚皮基活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附作用及影响因素

利用ZnCl_2活化法制备的柚皮基活性炭(GAC)处理含Cr(Ⅵ)废水,研究了pH、投加量、吸附时间、初始浓度和温度对Cr(Ⅵ)吸附的影响。吸附等温实验数据拟合显示,与Freundlich相比,吸附等温线更符合Langmuir和Dubinin-Radushkevich(D-R)方程。25、35和45℃时,GAC的单分子层吸附量分别为119.54、132.80、和145.47 mg/g,吸附自由能分别为9.93、17.72和20.82 k J/mol。吸附动力学研究显示:准二级动力学、颗粒内扩散和Bangham模型可以描述GAC吸附Cr(Ⅵ)的反应过程,吸附以化学吸附为主,过程受膜扩散和颗粒内扩散共同控制。     

锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性

采用锆对天然沸石进行改性,并研究了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附特性.结果表明,锆改性沸石对水中磷酸盐和铵均具有很好的吸附能力.锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin–Radushkevich(D–R)等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中磷酸盐的等温吸附行为.Langmuir等温吸附模型可以很好地描述锆改性沸石对水中铵的等温吸附行为.由Langmuir等温吸附模型计算得到锆改性沸石对磷酸盐和铵的最大吸附容量分别达到26.2,7.82 mg/g.热力学参数表明锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附是自发的吸热反应过程.锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随着pH值的增加而降低.当pH4~8时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力较高;当pH低于4或高于8时,对铵的吸附能力下降.水中共存的Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-等阴离子对锆改性沸石吸附磷酸盐的影响很小,而共存的SiO32-对磷酸盐的吸附则具有较强的负面影响.水中共存的Ca2+和Mg2+对锆改性沸石吸附铵的影响较小,而共存的K+和Na+对铵的吸附则具有较强的负面影响.锆改性沸石吸附水中磷酸盐的主要机制是阴离子配位体的交换,吸附水中铵的主要机制是与沸石中可交换阳离子的离子交换.     

TiO2@酵母菌复合催化剂对刚果红的吸附特性研究

研究了TiO2@酵母复合型催化剂对阴离子染料刚果红的吸附性能,考察了pH、催化剂投加量、刚果红初始浓度、温度等因素对吸附效率的影响,并对吸附过程进行了动力学、等温模型和热力学分析.结果表明pH对吸附效率影响较大,最佳pH值为3;当刚果红浓度在10~50mg·L-1时,吸附量随着浓度的增加而增加;催化剂投加量为0.5 g·L-1,吸附效率较高;温度对吸附过程影响较小.TiO2@酵母复合催化剂吸附刚果红的过程符合准二级动力学模型;化学吸附为主要控制步骤;吸附过程符合Langmuir等温吸附方程,为单分子层吸附;ΔG为负值且ΔH为正值表明吸附是自发吸热过程.     

铁锰氧化物/生物炭复合材料对水中硝酸根的吸附特性

热解经过氯化铁和高锰酸钾浸渍的小麦秸秆,制备铁锰金属氧化物/生物炭复合材料,用以去除水中硝酸根.通过X射线光电子能谱和扫描电镜分析,发现复合材料表面形成了Fe(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)二元金属氧化物颗粒.制备优化结果表明,复合材料比表面积可达153.116 m2·g-1,零电荷点可达9.76.同时,还调查了固液比、溶液初始pH值和共存阴离子等因素的影响.研究发现,复合材料在溶液pH值1.00~9.05时对NO-3的去除率维持在75.40%~78.70%,且以配位交换为主要吸附机制.共存阴离子对吸附NO-3竞争吸附的影响顺序为:Cl-SO2-4PO3-4.等温吸附实验数据符合Langmuir方程,且最大吸附量为37.361 3 mg·g-1.吸附动力学分析发现,吸附过程遵循二级动力学方程,且以化学吸附为主.热动力学分析表明,吸附过程为自发吸热过程.上述结果说明铁锰氧化物/生物炭复合材料对于去除水中NO-3具有潜在价值.     

净水厂污泥的磷吸附特性研究

为了实现净水厂污泥的资源化利用,对净水厂污泥的磷吸附特性进行了研究。通过吸附试验考察了对照土样和净水厂污泥的磷吸附能力,研究了温度、溶液初始pH值和初始浓度对净水厂污泥磷吸附的影响。结果表明,对照土样和净水厂污泥对磷的吸附都符合Langmuir吸附等温方程,净水厂污泥的磷吸附容量是对照土样的17倍;净水厂污泥对水中磷的吸附速率随温度的升高增大,随pH的增高降低,随初始浓度的升高增大;净水厂污泥对磷的吸附过程可以采用一级动力学方程描述;净水厂污泥具有作为污水除磷材料的巨大潜力。     

ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮特性及其影响因素

为了解析ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附特性及机理,分别考察了不同初始氨氮浓度和污泥浓度下的ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮特性,以及温度、pH、盐度和金属阳离子对氨氮吸附的影响;并采用了吸附等温式、动力学和热力学对吸附过程进行解析.结果表明,ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附在20min左右基本达到吸附平衡,吸附容量随着氨氮初始浓度的增加而增加,随ANAMMOX颗粒污泥浓度的升高而减少.低温有利于ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附,其最佳pH为7.0.盐度和金属阳离子显著影响ANAMMOX颗粒污泥对氨氮的吸附,在NaCl浓度为5g/L时,吸附作用已不明显.在质量浓度相同的条件下,Fe³⁺对吸附作用抑制最强,Mg²⁺与Ca²⁺次之,而Cu²⁺相对最弱.ANAMMOX颗粒污泥吸附氨氮过程更符合Freundlich等温式,吸附过程符合准二级动力学模型,并且是由表层扩散和内部扩散共同作用的结果.热力学研究表明,该吸附过程是一个自发的放热过程.     

海藻酸锆/聚N-异丙基丙烯酰胺半互穿网络凝胶球的除磷性能

利用离子交联和自由基聚合反应制备了一种海藻酸锆/聚(N-异丙基丙烯酰胺)半互穿网络凝胶球(ZA/PNIPAM),用于吸附水中的磷酸盐.考察了溶液初始pH、吸附剂投加量、初始磷酸盐浓度和共存阴离子等因素对凝胶球吸附性能的影响.结果表明:ZA/PNIPAM在pH=2时可获得较大的吸附能力;随着投加量的减少、初始磷酸盐浓度的升高,凝胶球的吸附性能逐渐增大;SO_4~(2-)对吸附性能影响较Cl~-和NO_3~-明显.准二级动力学模型和颗粒内部扩散模型可以较好地拟合动力学吸附数据,表明表面吸附和颗粒内部扩散是吸附速率的主要控制步骤.吸附等温线数据可以较好地被Freundlich模型描述,表明吸附过程为非均匀多分子层吸附.FTIR、XPS、零电荷点(pH_(pzc))的结果以及相关吸附数据揭示凝胶球吸附磷酸盐的机制为静电吸附(物理吸附)以及配位交换(化学吸附)的共同作用.经过4次循环再生后,ZA/PNIPAM吸附性能保持稳定,具有良好的重复使用性.     

阴离子粘土(LDH)吸附腐殖酸的动力学研究

利用实验室制备的镁铝阴离子粘土材料,研究其吸附水中腐殖酸的动力学.研究结果表明:在初始浓度10～40 mg/L及温度298～323 K的范围内,阴离子粘土对水中腐殖酸的吸附动力学符合拟二级速率方程;阴离子粘土对腐殖酸的吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,吸附是吸热反应,吸附量随温度升高而略有增加,但吸附表观活化能只有15.36 kJ/mol,说明温度对此吸附的影响并不显著.     

溴酸根在颗粒活性炭上的还原

小试研究了溶液中溴酸根在颗粒活性炭上还原与溴离子生成的过程,考察pH、离子强度、温度和初始浓度对该过程的影响.结果表明,活性炭对溴酸根的去除性能与表面碱性官能团有一定相关性.其它阴离子对吸附/还原过程有阻碍作用,实验中影响顺序为ＮＯ^-₃>SO^２－₄ > Cl^-.溴酸根的吸附与溴离子的生成可分别用拟二级速率方程和粒子内扩散模型进行模拟,绝大部分相关系数在0.97以上.低pH和低离子强度有利于溴酸根的吸附与还原.15～42℃范围内吸附与还原速率随温度提高先降低后升高.实验中活性炭对溴酸根的最大吸附容量可达到769.23 μmol/g（98.4 mg/g）,但反应较慢且易受干扰.推测活性炭表面微孔部分对溴酸根的吸附也受到溴离子释放的阻碍.     

Ca-Al-LDH对富里酸吸附性能的研究

采用乙醇辅助液相共沉淀法制备Ca-Al-LDH(层状双金属氢氧化物),运用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变化红外光谱仪(FA-RT)对吸附前后的Ca-Al-LDH样品进行表征,并研究了Ca-Al-LDH对富里酸的吸附性能及其影响因素。结果表明:Ca-Al-LDH对富里酸吸附容量随p H的变化呈先增加后递减趋势,在p H为4时吸附容量达35.5 mg/g;吸附过程在24 h达到平衡;添加电解质Na NO3可抑制富里酸的吸附作用;吸附过程符合Langmuir模型,且吸附动力学过程符合准二级动力学方程。     

天然磁黄铁矿吸附水中As(Ⅲ)的性能及机理

砷是地下水中最常见的污染物之一,过量摄入会严重危害人体健康。含铁矿物可以高效去除水中的As。以天然磁黄铁矿为As（Ⅲ）吸附剂,研究了吸附过程中的动力学、等温线和热力学,以及pH、无机阴离子对As（Ⅲ）吸附去除的影响。结果表明:磁黄铁矿对As（Ⅲ）的吸附在48 h可达到平衡;吸附过程符合Langmuir等温模型,在As（Ⅲ）初始浓度为1~200 mg/L,23~33 ℃下,天然磁黄铁矿对As（Ⅲ）的饱和吸附量（以As计）为3.5~4.5 mg/g;吸附量随着温度升高而增大,吸附过程表现为自发吸热熵增反应;在pH为7时,吸附效果达到最佳去除率（95.51±0.30）%;PO₄3-对吸附有明显的抑制作用。X射线电子能谱分析表明,吸附过程包括物理吸附和化学吸附,即包括矿物自身缺陷结构导致的位点吸引、As和S配位离子交换及氧化还原产物羟基氧化铁的配位沉淀。表明利用磁黄铁矿吸附As（Ⅲ）,简化了传统材料和方法上将As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ）的烦琐步骤,有较好应用前景。     

改性颗粒活性炭吸附低浓度甲醛的试验研究

通过试验研究了表面改性方法、焙烧气氛和气相水分对颗粒活性炭(GAC)吸附低浓度甲醛性能的影响。结果表明:3%HNO3浸泡改性可增加GAC表面的含氧官能团,显著改善GAC对甲醛的吸附性能,并延长吸附穿透时间;O2气氛下焙烧所得GAC的吸附效果优于N2气氛下焙烧的GAC;反应气体含水1.5%时,GAC对甲醛的吸附性能明显降低。另外,分别采用低温N2吸附法和傅立叶红外光谱法表征了3%NHO3浸泡改性前、后GAC的孔结构和孔表面化学性质的差别,从而揭示了GAC的吸附性能与孔结构、孔表面化学性质之间的关系。     

植酸掺杂聚苯胺对水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为实现对废水中Cr（Ⅵ）的高效去除,利用PA（植酸）掺杂PANI（聚苯胺）制备了一种新型三维多孔吸附剂PANI/PA,探究PA的掺杂浓度、pH、反应时间、反应温度、共存金属离子和无机阴离子对Cr（Ⅵ）去除率的影响.首先,采用SEM、FTIR、XPS等表征手段证实PA成功掺杂到PANI上形成三维多孔结构,并进一步利用吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学模型分析PANI/PA对Cr（Ⅵ）的吸附特性.结果表明:①0.05 mol/L PA掺杂的吸附材料具有最优吸附效果.当pH为4.0时,吸附剂可以实现对Cr（Ⅵ）最有效的去除.②吸附动力学符合准二级动力学模型,表明化学吸附是控制反应速率的主要因素.Langmuir等温吸附模型对等温吸附过程实现较准确拟合,在318 K时达最大吸附容量（99.0 mg/g）,优于普通PANI吸附剂.③吸附机理主要是表面静电吸附、络合作用和还原作用.④在其他金属离子和无机阴离子共存下,PANI/PA对Cr（Ⅵ）具有较强的选择吸附性.研究显示,PANI/PA吸附材料成功制备并具有稳定结构,能够对水中Cr（Ⅵ）实现有效去除,并具有较强的选择吸附性,因此对废水中Cr（Ⅵ）的去除具有潜在的应用价值.      

不同{021}/{110}晶面暴露比针铁矿对As(Ⅴ)吸附特性的研究

为探究针铁矿不同晶面对As(Ⅴ)的吸附能力,该研究制备两种具有不同比例{021}/{110}晶面的针铁矿,利用XRD、FTIR、N₂吸附脱附等温线、SEM、TEM等技术表征材料的晶体结构、比表面积和表面形貌等情况. 通过等温吸附和吸附动力学试验,研究不同初始As(Ⅴ)浓度、pH和竞争阴离子影响下,两种针铁矿吸附As(Ⅴ)的差异性. 结果表明:①制备的针铁矿Goe-A和Goe-B均为高纯针铁矿,Goe-A和Goe-B的比表面积分别为92.76和46.78 m2/g. ②As(Ⅴ)在针铁矿表面的吸附更符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,表明吸附是以多层吸附和化学吸附为主;经比表面积归一化后,发现含有更高比例{021}/{110}晶面的Goe-B表面拥有更好的吸附性能,在pH=4时吸附量达到0.304 mg/m2,是Goe-A的1.57倍. ③pH会影响针铁矿的吸附,吸附量随着pH的增加而降低,而在碱性条件下Goe-B表现出更强的吸附能力. 随As(Ⅴ)浓度的增加,大量配体吸附引起的点位竞争效应大于pH变化引起的静电力作用. ④吸附前后XRD的变化表明,As(Ⅴ)主要吸附在针铁矿表面,而不是结合到针铁矿的晶体结构中;而FTIR和XPS分析发现,As(Ⅴ)通过与Fe—OH配体交换形成了新的络合物(Fe—O—As)吸附在针铁矿表面. 研究显示,含有更高比例{021}/{110}晶面的针铁矿表现出更强的吸附性能,是修复环境砷污染的理想吸附剂.      

Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

为高效利用生物质能源,以常见农林废弃物柠条为原料,在650℃、3h条件下,采用限氧热裂解法制备生物炭,通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭,进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型）和4种吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型）以及pH值、添加量影响试验,探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时,使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理,并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明：柠条生物炭（NB）对P的吸附量很低,Al改性柠条生物炭（Al-NB）最佳改性比例为0.2：1,对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程;Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型,说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g,平衡时间为24h.随着添加量的增大,Al-NB对P的吸附量不断减小,去除率逐渐增加,2.5g/L为最佳添加量;最适pH为4～10,当pH=7时,达到最大;吸附P后,溶液的pH值向中性范围倾靠,有一定缓冲作用.吸附机理包括：静电吸附作用,配体交换（羟基）,P与阴离子（NO₃^-）交换,颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.     

城市污水处理厂污泥对水中硫化物的吸附特性

为研究城市污水厂污泥对水中硫化物的吸附特性,从3座城市污水处理厂采集回流污泥,考察了硫化物浓度、温度、pH值和其他离子对污泥吸附硫化物的影响.结果表明,污水厂回流污泥对硫化物的吸附等温线可以用Langmuir方程很好地描述,其最大硫化物吸附量为15~27mg/g-干污泥.在温度为5~35℃条件下,吸附量随温度上升而增加,表明该吸附为吸热过程.pH值在2~7范围内,pH值对污泥吸附硫化物的影响不大,当pH值低于2时,污泥对硫化物的吸附量随pH降低显著减小.硫化物可能以离子形式被污泥吸附,该过程为化学吸附过程.水中存在0~25mg/L Cl-或0~12mg/L SO2- 4不影响污泥对硫化物的吸附量.     

阴离子型聚丙烯酰胺在离子交换膜上的吸附规律

研究了阴离子交换膜对阴离子型聚丙烯酰胺的吸附规律和影响因素.采用静态吸附的方法,测定了不同温度、不同浓度的阴离子型部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液在阴离子交换膜上的吸附量、吸附平衡时间,考察了初始HPAM溶液浓度、pH值以及溶液中其他离子浓度对其在离子交换膜上吸附的影响,目的是阐明阴离子交换膜对HPAM分子的吸附动力学过程、探讨各影响因素对吸附过程的影响.结果表明,阴离子型部分水解聚丙烯酰胺在阴离子交换膜上有明显的吸附作用,但在阳离子交换膜上吸附量几乎为0;阴离子交换膜对聚合物的吸附平衡时间随聚合物溶液初始浓度的增大而延长,且不同浓度、不同温度下的吸附过程动力学特征都能很好地遵循准二级动力学模型;303、308和313 K温度下,阴离子交换膜对聚合物的等温吸附可用Freundlich等温吸附模型很好地拟合,相关系数R2均达到0.99以上,温度越高,吸附量越大;聚合物溶液pH值和离子浓度对吸附效果有显著影响:pH=6时,吸附量达到最大值;吸附量随着离子浓度的增加而增大.