高分子树脂与介孔分子筛吸附-脱附VOCs性能对比

采用溶剂热法制备介孔聚二乙烯基苯(PDVB)树脂,并以介孔分子筛MCM-41、SBA-15为参照,从吸附-脱附甲苯、邻二甲苯、均三甲苯性能和高湿度下的疏水性能方面对其进行对比研究.结果表明,PDVB具有最大的比表面积1219.1m2/g,其对低浓度甲苯吸附量约为介孔分子筛的2倍,同时吸附性能几乎不受水汽影响.随着VOCs分子尺寸增加,3种吸附剂对VOCs的饱和吸附量均有所增加,但PDVB的穿透吸附量明显高于分子筛.热重分析表明,在200℃以下3种吸附剂上吸附的有机分子均能脱附完全,具有优良的脱附再生性能.     

两种介孔分子筛动态吸附VOCs的研究

采用模板剂法制备了孔道规整、大比表面积的2种介孔分子筛MCM-41和SBA-15,并以甲苯、二甲苯、三甲苯为吸附对象,考察了介孔分子筛动态吸附VOCs的性能.结果表明,增加VOCs分子尺寸和浓度,降低床层温度可大幅提高介孔分子筛吸附性能.SBA-15由于介孔壁上的微孔结构适合吸附低浓度、小分子VOCs;MCM-41更适合吸附高浓度、大分子VOCs.TPD脱附试验表明,VOCs在介孔材料表面150℃下就能基本脱附完全.     

MCM-41孔径对负载MnOx催化氧化甲苯性能的影响

以3种不同孔径的介孔分子筛MCM-41（2.66、4.24和4.64 nm）为载体,采用等体积浸渍法制备MnO_x/MCM-41,考察了其催化氧化甲苯的活性,并用XRD、TEM、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征.结果表明,增大载体孔径改变了锰元素的价态分布,提高了Mn³⁺和表面吸附氧的含量,使得催化剂的氧化还原性和晶格氧流动性也有所提升.因此,载体孔径从2.66 nm增大至4.64 nm后,MnO_x/MCM-41催化氧化甲苯的T90(体积空速=21200 h^-1)从369℃降至335℃.此外,还利用FTIR分析了甲苯的降解途径：甲苯先被活化脱氢,形成苯甲基,被吸附于催化剂表面;然后苯甲基被氧化为苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸,随后苯环被破坏,苯甲酸裂解为马来酸、羧酸和甲酸等物质;最后被完全氧化为水和二氧化碳.     

疏水性分子筛对焦化废水生物处理尾水的吸附过程解析

采用表面活性剂为模板剂常温一步合成疏水性介孔分子筛(MCM-41-dry)和通过煅烧去除模板剂得到亲水性介孔材料(MCM-41-cal).分别以制备的两种分子筛作为吸附剂吸附焦化废水生物出水中COD和TOC组分,考察吸附剂浓度、pH值等对吸附过程的影响,并对吸附过程进行动力学拟合.结果表明,MCM-41-dry的吸附效果远远强于MCM-41-cal,归因于含有模板剂的材料表面具有较强的疏水性及含有高吸附容量的季铵基团.在25℃、吸附剂浓度为2g·L-1时,MCM-41-dry对焦化废水中COD和TOC的去除率分别达53%和66%,吸附量分别为64mg·g-1和17mg·g-1.拟二级动力学模型能够真实反映整个吸附过程.水样吸附前后的GC/MS数据表明,焦化废水生物出水中残留了长链烷烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物,经MCM-41-dry吸附后,各种物质浓度均得到降低,MCM-41-dry尤其对疏水性烷烃类有较好的吸附效果,表明该吸附剂能够优先吸附疏水性物质.此外,吸附剂对水具有一定的润湿性能,能与废水充分接触,从而利于其吸附水中的污染物,这使其用于实际废水的处理成为可能.     

镍改性MCM-41介孔分子筛对水中甲基蓝的吸附

通过水热法合成介孔分子筛MCM-41,采用等体积浸渍法制备了Ni负载MCM-41分子筛吸附剂(Ni/MCM-41).小角X-射线粉末衍射(XRD)表征结果显示,Ni/MCM-41保持了纯硅MCM-41有序的介孔结构,并研究了Ni/MCM-41对水中甲基蓝的吸附去除性能,考察了投加量、反应时间、p H值、温度对水中甲基蓝去除率的影响,并从吸附等温线探讨了吸附机理.在优化条件下(25℃,20 mg投加量,6.32 p H,50 mg·L-1甲基蓝),反应120 min后,Ni/MCM-41对甲基蓝吸附量为36.85 mg·g-1,是MCM-41的7.1倍.研究表明吸附等温线符合Freuulich和Dubinin-Radushkevich模型,最大吸附量随着温度的升高而升高,吸附为吸热过程.通过Zeta电位分析认为,静电作用是甲基蓝吸附的主要机理.     

CuxCe1-xO2/γ-Al2O3催化剂催化燃烧甲苯性能的研究

以γ-Al₂O₃ 为载体,以复合氧化物Cu_xCe_1-xO₂为活性组分,其中,x=0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,通过浸渍法制备了一系列Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂.在固定床反应器中评价了催化剂对甲苯的催化活性,通过XRD、SEM对催化剂进行表征,并运用ICP-MS分析并计算Cu、Ce的摩尔比以及活性组分的负载量.结果表明,在Cu_xCe_1-xO₂/γ-Al₂O₃催化剂中Cu、Ce摩尔比的实际值与理论值相近,活性组分的负载量在19%以上,而且对甲苯都有较好的低温催化活性,其中当x=0.2时,即Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂对甲苯的催化活性最高,其中T₁₀=160 ℃,T₉₀=265 ℃;当甲苯的进口浓度在700~3000 mg·m^-3时,进口浓度对Cu_0.2Ce_0.8O₂/γ-Al₂O₃催化剂的催化活性影响较小,且经过连续80 h的稳定性操作后转化率仍然保持在90%以上.     

硼掺杂介孔炭吸附四环素的效能与机制

以椰壳和硼酸为原料,通过简单的一步热解法制备出新型硼掺杂椰壳介孔炭材料（B-CSC）用于水中四环素类污染物的高效吸附去除.系统研究了关键制备条件热解温度和硼碳质量比对其吸附性能的影响,使用比表面积及孔径分析仪（BET）、场发射扫描电镜（SEM）、X射线光子能谱仪（XPS）、拉曼光谱仪（Raman）以及Zeta电位仪（Zeta）对其微观结构及物化性质进行了表征分析.系统考察了初始pH值、不同金属阳离子以及不同背景水质条件对其吸附效果的影响.结合材料表征与相关分析等对其强化吸附机制进行了深入讨论与分析.结果表明,一步热解能够将硼掺入椰壳炭的表面及晶格,导致其拥有更大的比表面积和孔体积,引入硼的形态主要是H₃BO₃、B₂O₃、B和B₄C.B-CSC对四环素的吸附量达到297.65 mg·g^-1,是原始椰壳介孔炭（CSC）的8.9倍.同时,B-CSC对于水环境中常见污染物罗丹明B（RhB）、双酚A（BPA）和亚甲基蓝（MB）的吸附量分别高达372.65、255.24和147.82 mg·g^-1.B-CSC对四环素的吸附过程是物理化学作用共同主导的,主要涉及液膜扩散、表面吸附、介孔与微孔内扩散和活性位点吸附,H₃BO₃是其主要吸附位点.吸附强化机制主要是硼掺杂降低了其碳网络的化学惰性,增强了其与四环素分子的π—π相互作用和氢键作用.     

纳米刻蚀法制备氧化锰介孔材料及其降解高含盐废水中罗丹明B

为了有效去除高含盐废水中的有机染料污染物,利用有序介孔硅材料作为模板剂,通过硬模板法制备了新型锰系氧化物（MnO_x）介孔材料作为类Fenton催化剂.催化剂的结构表征结果表明,模板剂在锰前驱物溶液中浸渍和后续煅烧成型过程决定了氧化锰介孔材料的结构.浸渍-煅烧成型重复次数越多,MnO_x介孔材料中孔道结构的有序度和氧化锰的结晶度越好.浸渍-煅烧成型次数过少,MnO_x介孔材料中孔道呈现无序状态,比表面积较大但氧化锰结晶度不足;次数过多则形成更为致密的小孔径的孔道结构,从而使MnO_x介孔材料的比表面积减小.由于对罗丹明B（RhB）良好的选择性吸附能力和较多的Mn³⁺/Mn⁴⁺对,具有有序规则孔道的氧化锰介孔材料具有优异的类Fenton催化活性,对高含盐废水中RhB的5 h降解去除率最高可达90%左右.     

基于CO2气体分离的固载离子液体@介孔二氧化硅混合基质膜

为提升混合基质膜对CO₂的气体分离性能,将具有良好CO₂吸附特性能的离子液体首先固载于介孔SiO₂中,而后将该复合材料掺杂到 聚酰亚胺高分子中构建高效分离CO₂的混合基质膜.研究结果表明,固载离子液体主要进入介孔SiO₂的孔道内部,但当绝大部分介孔孔道被离子液体填满后,过多离子液体在SiO₂颗粒外围形成连接.由于离子液体对CO₂优异的吸附性能,其固载后介孔SiO₂对CO₂的吸附性能得到的显著提升,这进一步增强了固载离子液体的介孔SiO₂掺杂混合基质膜对CO₂气体的捕获,随着混合基质膜中离子液体固载量增加其CO₂渗透性能也明显提升.但当固载离子液体加入量达到1.0 g时,固载离子液体的介孔SiO₂在PI高分子中出现了团聚,其CO₂渗透性能反而下降.IL@C-SiO₂-2/PI膜的渗透性能和对CO₂的渗透选择性都达到最佳,其对CO₂/N₂理想选择性可达到30.     

5种磺胺类抗生素在土壤中的吸附和淋溶特性

分别利用振荡平衡法和柱淋溶法研究了5种磺胺类抗生素(磺胺嘧啶,磺胺甲嘧啶,磺胺二甲嘧啶,磺胺二甲氧嘧啶,磺胺甲恶唑)在5种不同土壤中的吸附和淋溶特性及其影响因素.结果表明,磺胺类抗生素在5种供试土壤上的吸附等温线较好地符合Freundlich方程,吸附常数K_d为 0.10~4.39 μg^1-1/n (cm³)^1/n g ^-1;5种磺胺类抗生素在供试土壤中吸附性大致排列顺序为:东北黑土≈无锡水稻土>江西红壤>南京黄棕壤≈陕西潮土.吸附的主要影响因素为土壤pH值和有机质含量:土壤pH值增高,磺胺类抗生素大量转变为阴离子态,吸附减弱;土壤有机质含量增加,吸附增强.5种磺胺抗生素在5种供试土壤中的吸附自由能为 -12.5~-5.3 kJ·mol^-1,表明吸附机理主要是物理吸附.磺胺类抗生素在土壤中具有较强的淋溶性, 淋溶性能从大到小依次为:陕西潮土>南京黄棕壤>江西红壤>无锡水稻土>东北黑土,与吸附试验结果相一致.畜禽养殖使用磺胺类抗生素对地下水污染具有潜在风险,应该引起足够重视.     

Comparison of dynamic adsorption/desorption characteristics of toluene on different porous materials

Four different types of adsorbents, SBA-15, MCM-41, NaY and SiO₂, were used to study the dynamic adsorption/desorption of toluene. To further investigate the influence of pore structure on its adsorption performance, two SBA-15 samples with different microspores were also selected. It is shown that microporous material NaY has the largest adsorption capacity of 0.2873 mL/g, and the amorphous SiO₂ exhibits the least capacity of 0.1003 mL/g. MCM-41 also shows a lower break through capacity in spite of the relatively small pore diameter, because it can not provide the necessary small geometric confinement for the tiny adsorbates. However, the mesoporous SBA-15 silica with certain micropore volume shows relatively higher adsorption capacity than that of MCM-41 silica. The presence of micropores directly leads to an increase in the dynamic adsorption capacity of toluene. Although NaY has the highest adsorption capacity for toluene, its complete desorption temperature for toluene is high (>350℃), which limits its wide application. On the contrary, mesoporous silica materials exhibits a good desorption performance for volatile organic compounds at lower temperatures. Among these materials mesoporous SBA-15 samples, with a larger amount micropores and a lower desorption temperature, are a potentially interesting adsorbent for the removal of volatile organic compounds. This behavior should been related with the best synergetic effect of mesopores and micropores.     

活性炭吸附有机蒸气性能的研究

吸附法在油气回收技术中运用很广泛.吸附剂的选择对吸附分离效果起到了决定性作用.选用3种商用活性炭,以正己烷和正庚烷为吸附质,在温度为293.15 K下进行了静态和动态吸附实验,并研究了活性炭孔结构对其吸附性能和吸附能的影响,同时利用Logistic模型的回归公式对活性炭的吸附穿透曲线进行拟合.结果表明,活性炭的比表面积和孔容是其吸附性能主要影响因素;正己烷和正庚烷的吸附行均符合Langmuir吸附等温模型;3种活性炭对正己烷和正庚烷的吸附能都随其比表面积变大而变大;Logistic模型拟合曲线与实验结果具有高度相似性,可用于活性炭吸附穿透曲线的预测.     

天然沸石结构对合成分子筛吸附脱氮性能影响

针对污水厂尾水深度脱氨问题,从国内几个典型的天然沸石矿床中选取了4种天然沸石（记为A、B、C、D）,运用直接碱溶-水热晶化合成工艺制备分子筛,测定了各自的氨氮吸附性能;并采用XRF、XRD等表征方法,对比分析了4种天然沸石在元素组成及矿物含量方面的差异,结合4种合成产物的晶体结构、元素组成、表面形貌分析结果,探讨了天然沸石材料特性对合成产物吸附性能的影响.结果表明：与沸石原料相比,4种合成产物的氨氮吸附性能均得到明显提升,其中C和A沸石合成产物的氨氮吸附量较高,均达到15mg/g以上;合成产物的氨氮吸附性能与沸石原料的碱溶性硅溶出量有正相关关系;碱溶性硅主要来自于天然沸石原料中的方石英、斜发沸石、丝光沸石、透长石等矿物组分,而结构稳定的石英不易被碱溶活化利用.合成产物为含有不同类型分子筛及其它矿物成分的混合物,碱溶性硅溶出量高的C和A沸石均合成了A型、X型分子筛,氨氮吸附性能较好;而B和D沸石合成产物主要为孔径小于铵根离子粒径的方钠石分子筛,其氨氮吸附性能较差.因此,利用天然沸石合成分子筛用于污水脱氨时,应尽量选择石英矿物含量少、碱溶性矿物占比高的沸石原料.     

Modeling the influence of ethanol on the adsorption and desorption of selected BTEX compounds on bentonite and kaolin

The study investigated the effects of ethanol on the adsorption properties of bentonite and kaolin for benzene and toluene removal.     

Removal of Pb(II) from aqueous solution by hydrous manganese dioxide: Adsorption behavior and mechanism

Hydrous manganese dioxide (HMO) synthesized by redox of potassium permanganate and hydrogen peroxide was used as an adsorbent for Pb(Ⅱ) removal.The specific surface area,pore volume and BJH pore diameter of the HMO were 79.31m2/g,0.07cm3/g and 3.38 nm,respectively.The adsorption equilibrium at 298K could be well described by the Langmuir isotherm equation with q max value of 352.55mg/g.The negative values of G and the positive values of H and S indicated the adsorption process was spontaneous and endothermic.The pseudo second-order equation could best fit the adsorption data.The value of the calculated activation energy for Pb(Ⅱ) adsorption onto the HMO was 38.23 kJ/mol.The uptake of Pb(Ⅱ) by HMO was correlated with increasing surface hydroxyl group content and the main adsorbed speciation was PbOH+.The final chemical state of Pb(Ⅱ) on the surface of HMO was similar to PbO.HMO was a promising candidate for Pb(Ⅱ) removal from aqueous solution.     

不同孔径HZSM-5协同低温等离子体催化降解甲苯性能研究

研究了HZSM-5分子筛孔径对其在等离子体场内催化降解甲苯的影响.采用化学液相沉积法对HZSM-5分子筛进行改性,利用XRD、氮气吸附脱附等方法表征样品的骨架结构和表面性质,并用择形吸附实验对样品孔径进行表征.同时,评价了HZSM-5分子筛体系中降解甲苯的性能,研究了分子筛吸附甲苯性能及臭氧的产量,并采用飞行时间质谱(TOF-MS)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析了反应产生的有机副产物.结果表明:液相沉积法成功调控了HZSM-5孔径,样品孔径随沉积剂用量增加而减小;同时,样品均具有相同的MFI骨架结构,比表面积和孔容相差不大.HZSM-5的孔径尺寸对甲苯去除率影响不大,但对碳平衡有影响,孔径越大,碳平衡越好.孔径较大的HZSM-5分子筛对甲苯具有更大的吸附速率和吸附容量,同时更多臭氧参与反应,生成·OH和O·,促进甲苯深度氧化,减少副产物,提高碳平衡.     

萘在炭质吸附剂上的静态吸附机理

通过分析考察试验吸附等温线与Langmuir,BET和Freundlich模型的拟合结果,以及吸附剂的结构参数(比表面积、总孔容积、平均孔径),对萘(Nap)在3种活性炭吸附剂上的静态吸附行为进行了研究.结果表明:3种活性炭吸附剂对萘均表现出良好的吸附能力(吸附量最高可达0.231 1 g/g),改性后活性炭颗粒吸附性能要明显优于原活性炭;萘在活性炭颗粒(AC-a,AC-c)和活性炭粉末(AC-b)上的吸附行为存在差异,在活性炭颗粒上表现为单分子层吸附的过程,而在具有突出比表面积的活性炭粉末上,吸附过程表现出多分子层吸附的特征.Langmuir和BET模型可以分别对萘在活性炭颗粒和粉末上的静态吸附行为进行合理的预测.      

Complex interplay between formation routes and natural organic matter modification controls capabilities of C60 nanoparticles (nC60) to accumulate organic contaminants

Accumulation of organic contaminants on fullerene nanoparticles (nC₆₀) may significantly affect the risks of C₆₀ in the environment. The objective of this study was to further understand how the interplay of nC₆₀ formation routes and humic acid modification affects contaminant adsorption of nC₆₀. Specifically, adsorption of 1,2,4,5-tetrachlorobenzene (a model nonionic, hydrophobic organic contaminant) on nC₆₀ was greatly affected by nC₆₀ formation route – the formation route significantly affected the aggregation properties of nC₆₀, thus affecting the available surface area and the extent of adsorption via the pore-filling mechanism. Depending on whether nC₆₀ was formed via the “top-down” route (i.e., sonicating C₆₀ powder in aqueous solution) or “bottom-up” route (i.e., phase transfer from an organic solvent) and the type of solvent involved (toluene versus tetrahydrofuran), modification of nC₆₀ with Suwannee River humic acid (SRHA) could either enhance or inhibit the adsorption affinity of nC₆₀. The net effect depended on the specific way in which SRHA interacted with C₆₀ monomers and/or C₆₀ aggregates of different sizes and morphology, which determined the relative importance of enhanced adsorption from SRHA modification via preventing C₆₀ aggregation and inhibited adsorption through blocking available adsorption sites. The findings further demonstrate the complex mechanisms controlling interactions between nC₆₀ and organic contaminants, and may have significant implications for the life-cycle analysis and risk assessment of C₆₀.