Adsorption thermodynamics and kinetic investigation of aromatic amphoteric compounds onto different polymeric adsorbents

The adsorption behavior of p-aminobenzoic acid and o-aminobenzoic acid onto the different polymeric adsorbents was systematically investigated as a function of the solution concentration and temperature.Experimental results indicated that the equilibrium adsorption data of the four polymeric adsorbents fitted well in the Freundlich isotherm.The adsorption capacity of multi-functional polymeric adsorbent NJ-99 was the highest,which might be attributed to the strong hydrogen-bonding interaction between the amino groups on the resin and the carboxyl group of aminobenzoic acid.The adsorption capacity of o-aminobenzoic acid onto any adsorbent was higher than p-aminobenzoic acid.Thermodynamic studies suggested the exothermic,spontaneous physical adsorption process.Adsorption kinetics results showed that the adsorption followed the pseudo-second-order kinetics model and the intraparticle mass transfer process was the rate-controlling step.     

涂铁砂吸附镉的动力学研究

研究了10℃,20℃,40℃的温度下,涂铁砂(Iron oxide coated sand,简称IOCS)对镉的吸附动力学。镉在IOCS表面的吸附可分为两个阶段,吸附反应的前60min为快速吸附阶段,60min后,吸附速率明显变慢。温度升高加快了镉在IOCS表面的吸附速率。用Elovich动力学模型,准一级反应模型,准二级反应模型,二级反应模型和粒内扩散动力学模型对实验数据进行回归分析,准二级反应模型能更好地描述镉在IOCS表面的吸附,各吸附模型的模拟优劣顺序为:准二级模型>二级模型>Elovich模型>准一级模型>粒内扩散模型。     

我国西北黄土对阿特拉津的吸附行为及影响因素

为了探讨ATZ(阿特拉津)在黄土中的吸附/解吸行为及主要影响因素,以我国西北黄土为供试土样,采用批量试验法研究了黄土对ATZ的吸附动力学和热力学行为特征. 结果表明:黄土对ATZ的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,吸附热力学过程更符合线性分配的Henry吸附模型(R2>0.90),吸附过程中ΔGθ(吉布斯自由能)及ΔHθ(焓变)均小于0、ΔSθ(熵变)大于0,25～45 ℃温度范围内E(吸附平均自由能)为0.86～1.30 kJ/mol,表明黄土对ATZ的吸附过程以物理吸附为主,属于自发放热过程且导致吸附体系混乱度增加. 黄土对ATZ的吸附影响因素分析结果显示,随着系统温度的升高,ATZ在黄土中的饱和吸附量下降;pH在2～10范围内变化时,ATZ在黄土中的饱和吸附量随pH的增加呈明显降低趋势;初始ρ(ATZ)从2.5 mg/L增至10.0 mg/L时,黄土对ATZ的饱和吸附量也相应地从0.082 5 mg/g增至0.621 0 mg/g. 结果显示,ATZ在黄土中的吸附速率受内部扩散、表面吸附和液膜扩散的共同影响,并且吸附过程主要受到土壤有机质疏水性分配作用的影响.      

The role of organic and inorganic substituents of roxarsone determines its binding behavior and mechanisms onto nano-ferrihydrite colloidal particles

The retention and fate of Roxarsone (ROX) onto typical reactive soil minerals were crucial for evaluating its potential environmental risk. However, the behavior and molecular-level reaction mechanism of ROX and its substituents with iron (hydr)oxides remains unclear. Herein, the binding behavior of ROX on ferrihydrite (Fh) was investigated through batch experiments and in-situ ATR-FTIR techniques. Our results demonstrated that Fh is an effective geo-sorbent for the retention of ROX. The pseudo-second-order kinetic and the Langmuir model successfully described the sorption process. The driving force for the binding of ROX on Fh was ascribed to the chemical adsorption, and the rate-limiting step is simultaneously dominated by intraparticle and film diffusion. Isotherms results revealed that the sorption of ROX onto Fh appeared in uniformly distributed monolayer adsorption sites. The two-dimensional correlation spectroscopy and XPS results implied that the nitro, hydroxyl, and arsenate moiety of ROX molecules have participated in binding ROX onto Fh, signifying that the predominated mechanisms were attributed to the hydrogen bonding and surface complexation. Our results can help to better understand the ROX-mineral interactions at the molecular level and lay the foundation for exploring the degradation, transformation, and remediation technologies of ROX and structural analog pollutants in the environment.     

添加小麦秸秆生物炭对黄土吸附苯甲腈的影响

选择苯甲腈为目标污染物,研究添加不同热解温度制备小麦秸秆生物碳对黄土吸附苯甲腈的影响. 研究表明:不加生物炭黄土对苯甲腈的吸附约8h达到平衡,而加入生物炭后,黄土对苯甲腈的吸附时间缩短,并随着加入生物炭热解温度的升高,吸附平衡时间缩短越明显,同时,黄土对苯甲腈的饱和吸附量也显著增加;添加生物炭黄土对苯甲腈的动力学吸附数据显示较好的符合了准二级动力学方程;无论是否添加生物炭,苯甲腈在黄土上的吸附都符合Freundlich吸附的等温模型,随系统温度升高,添加生物炭黄土对苯甲腈的饱和吸附量也显著增加,表明该吸附过程为吸热反应;苯甲腈在黄土上的吸附等温线符合C-型吸附等温模式. 计算结果显示,平均吸附自由能E介于1.865~3.171kJ/mol,表明苯甲腈在黄土上的吸附,无论是否添加生物炭,都以物理吸附为主;热力学参数计算结果显示,无论是否添加生物炭,黄土对苯甲腈的吸附过程中吉布斯自由能ΔG^θ均小于0、熵变ΔS^θ和焓变ΔH^θ均大于0,表明土壤对苯甲腈的吸附为自发进行的吸热过程. 研究结果说明,添加生物炭黄土对苯甲腈的吸附过程包含表面吸附和颗粒内部扩散、外部液膜扩散等机制.     

磁性生物炭对水体中对硝基苯酚的吸附特性

为了制备同时具备磁分离和优良吸附性能的环境友好吸附材料,以棉花秸秆为生物质原料制备生物炭（CSBC）,采用共沉淀法制得磁性棉花秸秆生物炭（MCSBC）.通过元素分析、SEM、XRD、XPS、FTIR和VSM等对MCSBC进行表征,研究了CSBC和MCSBC对水中对硝基苯酚（PNP）的吸附特性.结果表明,溶液pH值对CSBC和MCSBC吸附PNP的影响较大,在酸性条件下的吸附量更大.CSBC和MCSBC对PNP的吸附动力学过程可被准二级动力学模型很好地描述,吸附过程包括液膜扩散和颗粒内扩散两个阶段.Langmuir、Freundlich和Sips模型都可以很好地描述PNP在CSBC和MCSBC上的吸附行为,最大吸附量分别为44.54和48.94mg/g,MCSBC相较于CSBC对PNP的吸附具有更好的效果.热力学研究结果表明,CSBC和MCSBC对PNP的吸附过程为熵增加的自发吸热过程.再生试验结果表明,经6次吸附-解吸循环后,MCSBC对PNP的吸附容量仍能达到初始吸附量的82%.     

改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附

通过批量实验研究了改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附特性.Langmuir和Freundlich吸附等温方程被用于分析吸附等温数据,准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒扩散模型被用于吸附动力学实验数据分析.结果表明,改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,最大吸附量达到71.43 mg·g^-1;颗粒扩散模型能够很好地描述改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附动力学过程,水溶液中染料的初始浓度、颗粒直径、颗粒量及搅拌速度对吸附速率均产生一定的影响.改性泥炭-树脂颗粒对水溶液中酸性橙Ⅱ的吸附作用主要发生在颗粒的外表面.     

吸附树脂对苯甲酸的吸附动力学研究

对比超高交联吸附树脂NJ 8与AmberliteXAD 4对苯甲酸的静态吸附动力学性质 ,并深入讨论温度和起始浓度对平衡时间和吸附速率的影响。NJ 8和XAD 4两种树脂在吸附苯甲酸的过程中 ,膜扩散和颗粒内扩散均为主控步骤 ,但是前者颗粒内扩散占据优势 ,而后者膜扩散占据优势     

施加牛粪有机肥对灰钙土吸附阿特拉津的影响机制

有机肥在改良土壤的同时也会改变农药的环境行为. 为明确施加牛粪有机肥对灰钙土吸附阿特拉津(ATZ)的影响作用及机制,采用批平衡试验,分析其吸附动力学、热力学以及牛粪施加量、pH、离子强度等因素对ATZ吸附的影响. 结果表明:①ATZ在灰钙土与施加牛粪灰钙土上的吸附均可分为快吸附、慢吸附直至平衡的过程,准二级动力学模型可较好地描述其吸附过程,施加有机肥增加了ATZ在灰钙土上的平衡时间,吸附速率受颗粒内扩散和外部液膜扩散共同控制. ②施加牛粪有机肥后,灰钙土对ATZ的吸附热力学更符合Freundlich模型,1/n在0.42~0.64之间,吸附属“L型”模式,低温和高温均会抑制ATZ在灰钙土上的吸附. ③pH和共存离子是影响ATZ在灰钙土上吸附的重要因素,随pH的升高,ATZ在灰钙土与施加牛粪灰钙土上的吸附量降低,这是由于碱性情况下,ATZ以阴离子存在,与带负电的灰钙土产生静电排斥作用;灰钙土施加牛粪有机肥后,共存阳离子对ATZ的吸附抑制作用明显,增加离子强度可能导致竞争吸附的存在,从而抑制有机离子在灰钙土上的吸附,且离子浓度越高,抑制越明显. 研究显示,土壤施加牛粪有机肥后,ATZ的吸附量增加,吸附由疏水性分配转变为多分子层化学吸附为主,表明施加牛粪有机肥会改变ATZ在灰钙土上的吸附行为和机制,降低ATZ在灰钙土中的迁移风险. 研究结果将为贫瘠黄土土壤改良风险和三嗪类农药的管控提供理论依据.      

紫外辐照引入含氧官能团对生物炭吸附气体和水中苯的影响

以椰壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照增加吸附剂表面含氧官能团,探究其对生物炭吸附气体和水中苯的影响.理化表征和吸附实验结果表明,生物炭表面含氧官能团增加后,对气体中苯的吸附量提高9.25倍,而对水中苯的吸附量却降低14.64%.生物炭对气体中苯的吸附过程符合Elovich动力学模型,而对水中苯的吸附过程符合准二级动力学模型.含氧官能团的引入使生物炭对气体和水中苯的等温吸附过程从符合Freundlich模型变为符合Langmuir模型.Weber-Morris模型分析认为,增加含氧官能团,可增强生物炭对气体中苯的表面吸附速率,却阻碍了苯从水中向吸附剂颗粒内扩散的过程,水分子与苯竞争吸附是导致生物炭对水中苯吸附量降低的主要原因.     

离子交换树脂静态吸附二甲胺的研究

通过静态吸附实验,研究了二甲胺在ZGSPC106型细颗粒树脂上的吸附行为,从热力学和动力学角度对吸附过程进行了分析,并用红外光谱的方法探讨了树脂吸附二甲胺的机理.结果表明,Langmuir等温方程能够很好的拟合吸附平衡数据,热力学参数表明该吸附可自发进行,且为熵增加的吸热过程,293K温度下树脂的静态饱和吸附容量为138.89mg/g(干树脂);吸附动力学符合准二级动力学模型,颗粒扩散是树脂吸附二甲胺速率的主要控制步骤.     

水热法制备玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

以农业废弃物玉米叶和玉米秆为原材料,采用水热法制备生物炭,通过批试验方法考察了接触时间、污染物初始浓度、生物炭投加量、反应体系温度及溶液p H值等因素对2种生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附规律进行了探讨.吸附动力学拟合结果发现,准二级动力学能更好地拟合吸附过程(R~2=0.9986~0.9999);颗粒内扩散方程拟合结果表明,2种生物炭对亚甲基蓝的吸附由液膜扩散和颗粒内扩散2个过程控制.玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附可以通过Freundlich方程来进行拟合(R~2=0.9898),说明吸附在生物炭表面是多分子层吸附过程;而玉米杆基生物炭对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir方程(R~2=0.9825),说明吸附在生物炭表面是单分子层吸附过程.与玉米杆基生物炭相比,玉米叶基生物炭具有更好的吸附性能,拟合理论最大吸附量为玉米杆基生物炭的1.25倍.     

废催化剂再生后对甲基橙的吸附动力学研究

废催化剂为生产醋酸乙烯过程中产生的废弃物,经过热处理直接得到ZnO／活性炭。以ZnO／活性炭为吸附剂,进行了吸附水溶液中甲基橙（MO）实验,在优化条件下,实验浓度范围内甲基橙溶液的吸附去除率均高于97％,表明ZnO／活性炭适于吸附甲基橙。采用准二级动力学模型和粒子内扩散模型研究ZnO／活性炭对水溶液中甲基橙的吸附动力学,并计算得到动力学参数和相关系数。结果表明,两种模型较好地描述了实验数据,其吸附过程的速率控制步骤为膜扩散控制,并随溶液初始浓度的增加准二级速率常数降低,面内扩散速率常数增加。     

微塑料对泰乐菌素的吸附动力学与热力学

以泰乐菌素（TYL）为目标有机污染物,系统研究了两种微塑料聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）对泰乐菌素的吸附动力学与热力学.结果表明：PVC对泰乐菌素的吸附大于PE;吸附在36h可完全达到平衡,吸附动力学可以用二级动力学较好的拟合;颗粒扩散模型表明表面吸附和颗粒扩散是PE和PVC对TYL吸附的主要机理;吸附等温线可以用Henry模型较好拟合,说明泰乐菌素在PE和PVC上的吸附存在明显的线性分配规律,吸附热力学表明吸附过程是自发进行的;本研究可以为科学合理的评价微塑料在环境中的行为及其对环境中污染物的迁移转化的影响提供理论依据.     

干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附特性与机理

硝化好氧颗粒污泥具有孔隙率高、比表面积大、沉淀性能好等特征,为考察其在重金属废水处理中的应用效果,以干硝化好氧颗粒污泥为吸附剂,研究其对水溶液中Pb2+的吸附特性及影响因素. 结果表明,Langmuir等温吸附方程可以很好地拟合干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附过程,说明Pb2+在干硝化好氧颗粒上的吸附属于单分子层吸附,25 ℃下的饱和吸附容量为79.58 mg/g,R2为0.990 1. 吸附动力学分析结果表明,该动态吸附平衡过程遵循伪二级动力学方程,废水初始ρ(Pb2+)分别为20、40、60 mg/L时,R2分别为1.000 0、1.000 0、0.999 9,同时颗粒内扩散方程RC(关联系数,分别为30.706%、28.019%、24.188%)均低于50%,表明颗粒内扩散是控制Pb2+吸附速率的关键步骤. 红外扫描分析(FTIR)结果表明,吸附过程中Pb2+主要与干硝化好氧颗粒污泥表面的O—H、N—H、CO、CC、C—OH、C—O—C等基团发生了作用. 吸附前、后的pH_ZCP(零点电荷)由2.5升至3.1,说明Pb2+在干硝化好氧颗粒污泥上的吸附属于专性吸附,即发生了紧密层吸附. 研究显示,干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+具有较好的吸附效果,吸附机制主要包括无机微沉淀、表面络合、内层络合反应和离子交换等.      

稻壳基A型沸石的表征及其对NH_3-N的吸/脱附动力学研究

以稻壳的煅烧灰分为原料,采用水热合成法制得稻壳沸石,运用SEM、XRD和FTIR表征了稻壳沸石的结构特性,并通过静态平衡吸附实验研究了稻壳沸石对NH3-N的吸附特性。结果表明:实验条件下可获得结晶度高、晶型较好的A型单晶沸石,降低晶化温度有利于A型沸石的生成。初始浓度为25,50,100 mg/L时稻壳沸石的最大吸附量分别为3.36,5.16,8.39 mg/g,吸附过程遵循伪二级吸附动力学模型。碱当量MNa OH/AN对NH3-N从稻壳沸石上的脱附影响较大,MNaOH/AN为0.85、8.47和42.4时伪二级模型拟合的饱和脱附值分别为7.46,16.21,19.96 mg/g,与实测值基本接近,NH3-N从稻壳沸石上的脱附主要受化学作用控制,过程遵循伪二级脱附动力学模型。     

给水厂污泥对Hg(Ⅱ)的吸附性能

给水厂污泥具有较强的吸附能力,可作为从水溶液中去除重金属的潜在吸附剂。通过试验分析了给水厂污泥(WTR)作为吸附剂去除溶液中Hg(Ⅱ)时,pH值、Hg(Ⅱ)初始浓度、污泥粒径以及温度对Hg(Ⅱ)吸附性能的影响,确定了吸附过程的动力学及吸附等温模型,并探究了其吸附机理。结果表明：溶液pH值对给水厂污泥吸附Hg(Ⅱ)具有较大影响,当pH=8.0时吸附效果最佳。采用粒径较小的污泥有利于对Hg(Ⅱ)的吸附,污泥对Hg(Ⅱ)的吸附量随着初始浓度的增加而增加。给水厂污泥对Hg(Ⅱ)的吸附符合准二级动力学模型,平衡等温线符合Langmuir吸附等温模型,25℃条件下pH为7.0时污泥的饱和吸附量达到69.13 mg/g。升温有利于给水厂污泥对Hg(Ⅱ)的吸附。通过分析吸附前后污泥比表面积和微孔体积的变化发现,颗粒内扩散是给水厂污泥吸附Hg(Ⅱ)的限速步骤。     

铁硫改性生物炭去除水中的磷

磷元素向天然水体中的过度排放引发了严重环境问题.以吸附剂为技术核心的吸附法作为一种有效的除磷方法而受到研究人员的关注.本研究中,以壳聚糖、硫酸亚铁和硫化钠为改性剂研发的污泥生物炭对水中磷的去除效果良好.批次实验表明在最佳原料配比下,298 K时材料可吸附49.32 mg·g^-1的磷.此外,实验模拟表明材料对磷的吸附符合伪二级动力学和Langmuir模型;吸附速率主要受到孔隙内部三维扩散影响;吸附方式认定为物理化学吸附;吸附机制可概括为静电吸引、孔隙填充、表面化学沉淀、氢键结合和配位体效应.本研究证明了合成的材料是一种新型的高效除磷吸附剂,为吸附剂设计以及吸附机制的探讨提供借鉴.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

D113大孔树脂吸附Ni~(2+)的动力学与热力学研究

研究了D113大孔树脂吸附Ni2+的动力学与热力学的特性。动力学研究表明,在298K温度下,D113大孔树脂对Ni2+的吸附符合拟一级动力学方程和拟二级动力学方程,颗粒扩散过程为吸附的控速步骤。热力学研究表明,在实验温度下,D113大孔树脂对Ni2+的吸附符合Langmuir等温方程,吸附焓变ΔHθ=15.1306kJ/mol,熵变ΔSθ=0.1002kJ/mol.K,反应吉布斯自由能ΔGθ随温度升高向负方向增加。热力学参数表明吸附过程为吸热和自发的。