响应曲面分析优化改性粉煤灰漂珠对水中氟的吸附性能及机理研究

为提升粉煤灰漂珠对水溶液中氟的吸附性能,以氧化钙为原料,采用煅烧法制备钙改性粉煤灰漂珠吸附材料.通过响应曲面分析中的Box-Behnken设计吸附氟试验,探讨各吸附因数及其交互作用对吸附效果的影响,确定最佳吸附条件.利用SEM（扫描电镜）、EDS（能量散射光谱）、XRD（X射线衍射）以及BET比表面积等手段对吸附材料进行表征,并结合吸附动力学、吸附等温试验探讨钙改性粉煤灰漂珠吸附剂的除氟机制.结果表明:①初始ρ（F-）和吸附温度对改性粉煤灰漂珠吸附水中F-的去除率有显著影响,当pH为5.0、初始ρ（F-）为125 mg/L、吸附温度为40℃时,改性粉煤灰漂珠对水中F-的吸附效果最佳.②动力学试验显示,改性粉煤灰漂珠对水中F-的吸附过程符合准二级动力学模型,说明该吸附过程主要以化学吸附为主;与Langmuir和Freundlich吸附等温模型相比,Temkin吸附等温模型更适合于描述该吸附平衡过程.③SEM、EDS和BET比表面积分析显示,改性后的粉煤灰漂珠内部生成了具有不规则表面和多孔结构的含钙团簇物质,从而增加了BET比表面积,改善了孔隙结构.XRD分析显示,钙改性粉煤灰漂珠主要通过离子交换作用吸附去除水中的F-.研究显示,以工业废物为原料制备的钙改性粉煤灰漂珠吸附剂的最大除氟率为93.59%,是一种具有应用潜力的低成本吸附材料.      

改性褐铁矿对砷吸附的强化机制和效果研究

为了提高褐铁矿对砷的吸附能力,分别采用球磨和煅烧的方式对褐铁矿进行改性处理.使用氮气吸脱附法、X射线衍射光谱（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）等方法对改性材料进行表征,探究其去除水体中As（V）的吸附机理及对土壤砷的稳定化效果.结果表明,两种改性方法制备的材料对As（V）的吸附过程均符合准二级吸附动力学模型,吸附速率由颗粒内扩散控制,等温吸附线符合Langmuir吸附模型.球磨24 h的褐铁矿对As（V）的吸附量可达到5.76 mg·g^-1;而400℃煅烧后的褐铁矿对As（V）的吸附量最大,为7.26 mg·g^-1.球磨改性后材料表面羟基和羧基含量明显升高,其对砷的吸附机理主要包括含氧官能团的络合和氢键结合等;煅烧改性处理下,As（V）的吸附量与材料比表面积和总孔容的变化一致,且表面羧基显著提升,说明主要的吸附机制为孔隙填充和化学吸附.土壤稳定化实验表明,投加10%的球磨24 h和400℃煅烧后的褐铁矿对土壤砷稳定化效率分别为66.08%和68.07%.土壤中可交换态和碳酸盐结合态砷含量降低,残渣态砷含量显著增...     

两种碳酸系Fe-LDHs负载改性沸石对Cd(Ⅱ)吸附特性对比研究

为提升以沸石为代表的天然吸附材料对重金属污染物吸附效果,并将新型功能材料层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides,LDHs）有效应用于实际工程,采用水浴-共沉淀法制备两种Fe系碳酸型LDHs即时负载于沸石填料表面,利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对改性前后的沸石表面形态、化学成分和晶体结构进行表征;通过等温吸附及解吸附、吸附动力学、吸附热力学、竞争离子吸附和不同pH吸附试验,对比原始及改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附效果及其作用机理.结果表明:①改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型.②相较于原始沸石,两种改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附性能明显提升,且MgFe-LDHs负载改性沸石理论最大饱和吸附容量更高.③沸石改性后对Cd（Ⅱ）的吸附由放热过程变为吸热过程.④吸附时间、竞争离子及pH对沸石吸附Cd（Ⅱ）的效果产生不同程度的影响.研究显示,MgFe-LDHs负载改性沸石最大饱和吸附容量显著提升,吸附能力更强,且在不同条件下均表现出优良的吸附特性,具有作为高效除镉填料的潜力.      

复合金属改性生物炭对水体中低浓度磷的吸附性能

通过FeCl_3和KMnO_4溶液对果壳生物炭进行浸渍改性,探索复合改性生物炭(Fe:Mn=1:1)对低浓度磷的吸附性能.结果表明,铁锰复合改性生物炭对低浓度磷的吸附效果远远大于铁改性及锰改性; SEM和FT-IR测定表明,铁锰复合改性后生物炭表面可能存在铁锰氧化物和铁氢氧化物.在磷浓度为0. 5 mg·L~(-1)、温度为298 K、固液比(mg∶L)为500时,吸附量为0. 96 mg·g~(-1).当溶液的pH为4～10,均具有较高的去除率和吸附量.等温吸附实验数据符合Freundlich方程,为多层吸附.吸附热力学研究表明,ΔG~θ0、ΔH~θ 0和ΔS~θ 0,说明该吸附是自发、熵增加的吸热过程.吸附动力学分析发现,改性后生物炭在60 min内基本达到吸附平衡,吸附过程符合准二级动力学方程,以化学吸附为主.可为天然水体和污水处理厂低浓度除磷提供理论数据支撑.     

两种天然矿物改性材料对模拟废水中Cd2+的吸附特性

为了提升天然非金属矿物对Cd2+的吸附性能,采用MT（蒙脱石）和HP（海泡石）为前驱材料,依次通过酸纯化和SDS（十二烷基磺酸钠）改性后合成了有机非金属矿物材料,利用扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线荧光光谱分析（XRF）等手段对2种改性材料〔SDS-MT（十二烷基磺酸钠改性蒙脱石）和SDS-HP（十二烷基磺酸钠改性海泡石）〕吸附Cd2+的机制进行探究,并对吸附过程分别进行了动力学拟合和等温吸附方程拟合.结果表明:①SDS-MT和SDS-HP吸附模拟废水中Cd2+的效果分别比未改性的MT和HP平均提升约40%和19.5%. ②改性过程没有改变2种前驱材料的基本结构,但引起其元素质量分数、阳离子交换量和比表面积的改变. ③SDS-MT、SDS-HP对模拟废水中Cd2+的吸附量受溶液的pH影响较大,最大吸附量分别达16.54、9.24 mg/g,2种改性材料对模拟废水中Cd2+的吸附过程能较好地满足准二级动力学方程,并且其平衡传质时间较短. ④SDS-MT对模拟废水Cd2+的吸附模型较满足于Freundlich吸附等温模型,推测SDS-MT是一种有限吸附位点的吸附剂,吸附过程为单分子层吸附,而SDS-HP则较好的满足Langmuir吸附等温模型.研究显示,对2种天然非金属矿物材料的有机改性能够有效提升材料对Cd2+的吸附容量,发挥材料的实际运用价值.      

改性粒状凹凸棒石对Cu、Ni、Cd离子的吸附性能研究

研究造粒改性、酸改性凹凸棒石对Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的等温吸附、动力学、热力学特征,并研究不同pH值、溶液浓度、温度条件对改性粒状凹凸棒石吸附3种重金属的影响。用Langmuir、Freundlich等温式拟合,Langmuir效果最好,吸附属于单层吸附;准二级动力学方程能较好描述吸附过程,吸附作用主要受化学控制;热力学分析结果显示,吸附3种金属离子△G|T·△S|说明反应为焓驱动。在研究范围内,不同条件和分析模型中,吸附性能均为Ni>Cu>Cd。在pH>4时,吸附重金属效果良好;吸附性能随温度的升高,先升增强后降低,在20℃出现拐点。     

铈改性水葫芦生物炭对磷酸盐的吸附特性

本研究通过共浸渍-热解法开发了一种铈改性水葫芦生物炭吸附剂（Ce-BC）,用以去除实际废水中的磷酸盐,考察了Ce-BC投加量、废水pH值、反应时间及共存的竞争性离子对吸附过程的影响.结果表明,当Ce-BC投加量为0.4 g·L^-1,初始磷酸盐溶液pH值介于3~10时,Ce-BC对磷酸盐的吸附性能最佳,最大吸附量达到35.00 mg·g^-1.Ce-BC对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,并能在1 h内达到98%的磷酸盐去除率,吸附速率快.此外,Ce-BC具有较高的抗阴离子干扰能力,且具有良好的再生性能,Ce-BC经过4次再生后仍能保持90%以上的初始吸附效率.场发射扫描电镜-能量色散光谱（FESEM-EDS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射光谱（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等表征结果表明,Ce-BC对磷酸盐的吸附机制主要包括配体交换和内球络合.本研究制备的Ce-BC吸附剂,可以有效去除及回收实际生活污水中的磷酸盐,在避免水体富营养化的同时实现磷资源的回收利用.     

改性生物炭对水体中头孢噻肟的吸附机制

采用液相浸渍方法制备3种改性生物炭,采用红外光谱、扫描电镜、比表面积测定仪和元素分析仪等手段表征生物炭表面结构形貌和组成.以头孢噻肟为探针分子,考察改性生物炭对头孢噻肟的吸附性能及吸附影响因素,并探究其吸附机理.结果表明,30min时碱改性生物炭（BC-NaOH）对头孢噻肟的吸附率为83%,符合伪二级动力学方程（R²>0.99）,吸附率显著大于其他几种材料.热力学研究表明,BC-NaOH吸附头孢噻肟是自发放热过程.基于反应热力学及吸附率影响因素分析,得出BC-NaOH吸附头孢噻肟的机理是疏水亲和作用和静电引力.     

改性凹凸棒石处理痕量硝基苯废水

研究了用聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）改性凹凸棒石对微污染水中痕量硝基苯的吸附性能、影响因素及其再生后吸附效果。结果表明：PDMDAAC改性凹凸棒石对微污染水中痕量苯酚具有较强的吸附能力,在pH＝8、硝基苯浓度为50μg／L、投加量为5g／L、吸附时间30min的条件下,吸附去除率达73％;改性后的凹凸棒石可用碱进行再生,再生后对硝基苯的吸附能力没有明显下降;改性凹凸棒石的等温静态吸附曲线呈线性关系。     

Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)吸附性能及其作用机理研究

采用水浴共沉淀法在碱性条件下制备两种Zn系层状双金属氢氧化物(Zn-LDHs),并对天然麦饭石进行覆膜改性得到Zn-LDHs覆膜改性麦饭石.运用能谱分析仪(EDS)配合场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)检测改性前后麦饭石,及吸附试验后ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石的形貌和元素变化;采用X射线衍射仪(XRD)对天然麦饭石和ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石的结构进行表征;通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、吸附热力学试验、不同pH值条件下的吸附试验和竞争离子吸附试验,探究Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附效果及其作用机理.结果表明,Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附性能显著提升,其中ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石饱和吸附容量(2500 mg·kg~(-1))较天然麦饭石(714.29 mg·kg~(-1))提高了3.5倍;吸附时间、pH值和温度条件均对吸附容量产生影响;Zn-LDHs覆膜改性麦饭石吸附过程更符合Langmuir等温模型、准二级动力学模型、Elovich模型,为均匀的单分子层化学吸附,而天然麦饭石吸附过程符合Freundlich等温模型和准一级动力学模型,吸附类型为非均匀多分子层物理吸附;Zn-LDHs覆膜改性麦饭石热力学参数ΔG~θ0,ΔH~θ0,ΔS~θ0,说明Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附是自发放热过程,天然麦饭石吸附则为自发的吸热过程.研究结果可为ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石有效应用于生态工程除Cd(Ⅱ)提供理论依据和技术参考.     

给水厂污泥对有机磷的吸附特性分析

通过批次试验对给水厂铝污泥吸附单磷酸腺苷的动力学、热力学和吸附等温模型进行研究,分析了初始磷浓度、温度和粒径对单磷酸腺苷（AMP）吸附的影响。试验结果表明:酸性和中性pH条件有利于铝污泥对AMP的吸附,粒径越小,吸附量越大,从实际应用的角度考虑,粒径1.0~2.0 mm的污泥最适合实际应用。准二级动力学模型能够很好地模拟铝污泥对单磷酸腺苷的吸附过程,表明吸附主要以化学吸附为主。Langmuir等温吸附模型能很好地描述铝污泥对单磷酸腺苷的吸附平衡。热力学分析表明,吸附过程为自发、吸热和熵增的过程。对红外光谱的分析表明,铝污泥吸附单磷酸腺苷的过程中有与Al相连的羟基的丢失以及Al—O—P键的增加,这一现象会随着初始磷浓度的增加而加剧,表明铝污泥主要是通过配体交换吸附单磷酸腺苷。     

铁改性热处理凹凸棒颗粒对水体磷的去除效果

传统粉末态除磷材料颗粒过细,从而导致其难与水分离,这极大限制了其在实际工程中的应用。以热处理颗粒态凹凸棒黏土为载体（1~2 mm）,采用氯化铁（FeCl₃）活性负载的方法制备颗粒态吸附磷材料,并详细研究了吸附材料除磷的最佳改性条件、反应时间、影响因素及其效率。结果表明:2 mol/L氯化铁溶液改性的凹凸棒达到最佳改性条件,且磷的吸附能较好地被朗格缪尔方程模拟,其最大吸附量为4.27 mg/g,是原状黏土固磷容量的2倍左右。铁改性凹凸棒土除磷效率受pH值的影响较大,当水体pH值从4提高到11,去除率下降了10%左右。吸附动力学表明,铁改性凹凸棒土对磷的吸附符合拟二级动力学方程,24 h内可以去除84.46%的磷。0.2 mol/L的盐酸对铁改性凹凸棒的再生效果最优,再生后吸附剂对磷的吸附效率下降40%左右。以上研究结果表明,铁改性凹凸棒土可以作为低浓度水体磷去除材料,具有较大的应用前景。     

载镁生物炭对水体中磷酸盐和植酸的吸附性能及机理分析

水体中磷的大量存在引发了水体富营养化,导致水质逐步恶化、黑臭。为了有效处理水体中的磷(主要有磷酸盐和植酸类),采用成熟竹子为原料、氯化镁为改性剂,以氮气热解法制备载镁生物炭,对水体中磷进行吸附研究,同时实现对生物炭的资源化利用。通过载镁生物炭对无机、有机磷在水体中的动力学实验和解析实验,并结合X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等技术研究了载镁活性炭对磷酸盐及植酸的吸附性能及机理。结果表明:载镁生物炭对两种类型磷的吸附量较单一生物炭均显著提高,对磷酸盐和植酸的吸附平衡量分别达到105,165 mg/g。载镁生物炭对2种磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程,其对有机磷植酸的最大吸附量高于磷酸盐,吸附过程受多种机理共同作用,以化学沉淀吸附为主。此外,吸附过程中载镁生物炭分别与磷酸盐、植酸生成了针状的磷酸镁水合物和非晶态的含镁磷的复合物。     

凹凸棒石吸附氧化催化剂对甲醛的脱除研究

以酸改性凹凸棒石为载体,采用浸渍法以不同金属氧化物做活性组分进行了脱除甲醛的活性组分筛选,通过正交实验优化制备氧化锰凹凸棒吸附氧化催化剂工艺条件.结果表明,负载9%(质量分数)的锰氧化物,300℃焙烧4h制备的粒度为40～60目的凹凸棒吸附氧化催化剂在初始浓度为9.5552mg·m-3的甲醛空气中,24h时对甲醛的吸附量可达到0.188mg·g-1,甲醛脱除率达到98.35%.傅立叶变换红外光谱(FTIR)及X射线衍射(XRD)测试表明,凹凸棒吸附氧化催化剂对空气中的甲醛在室温下起到了吸附与催化氧化的作用.     

Mg-La-Fe/沸石复合材料的制备及其处理低浓度含磷废水的性能

以沸石为载体,选用镁、镧和铁为改性剂,采用水热法制备了一种新型高效且易于磁性分离回用的载镧磁性沸石吸附剂（MLFZ）.等温吸附和动力学研究结果表明,其吸附行为符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型,MLFZ饱和吸附量为13.46 mg·g^-1; MLFZ在pH为3～9范围内均表现出良好的吸附性能,共存离子条件下对磷酸根具有特异吸附能力,通过磁性吸附重复使用5次后,MLFZ对磷酸盐去除率维持在90%左右,突显了其易于回收再利用的优点;FTIR、 XPS和Zeta电位表征显示,表面沉积、静电吸附作用和镧与磷酸盐通过配体交换形成内层络合物在吸附过程中为主要作用.将MLFZ用于处理自然池塘污水,结果显示磷酸盐浓度由0.86 mg·L^-1降低到0.013 mg·L^-1,表明该吸附剂具有良好的实际应用前景.     

改性凹凸棒土覆盖抑制底泥磷释放的影响和效果

采用等温吸附实验和动力学实验,考察了改性凹土对磷酸盐的吸附特性.研究了无覆盖层、沙土覆盖和改性凹土覆盖对底泥总磷释放的抑制效果,并分析了不同覆盖层厚度、温度和粒径等因素对改性凹土抑制底泥总磷释放的影响.研究结果表明：Freundlich方程式能较好地描述改性凹土对磷酸盐的等温吸附行为,可决系数R2在0.98以上;改性凹...     

镁盐改性生物质炭的合成及其在废水氮磷资源化中的应用研究

通过直接沉淀-热改性法将纳米氢氧化镁晶体(Mg(OH)_2)负载在生物质炭(BC)上,系统研究了该改性材料(Mg(OH)_2-BC)对模拟废水中氮、磷的固定特性,并探讨了投加量、反应溶液pH、接触时间对吸附过程的影响.结果表明,Mg(OH)_2-BC在投加量为0.3 g·L~(-1),反应溶液初始pH为7,反应时间≥40 min时对氮、磷的固定效果最佳,最大吸附量分别达到58.8、130.0 mg·g~(-1).Mg(OH)_2-BC对氮、磷的吸附过程均符合准二级动力学模型,吸附过程受化学吸附机理的控制.通过SEM、XRD、FTIR等对反应产物进行表征分析,结果表明,Mg(OH)_2-BC对氮、磷的固定机制主要为鸟粪石结晶沉淀,也即化学沉淀.     

硅改性花生壳生物炭对水中磷的吸附特性

为实现花生壳资源化利用,通过硅酸钠溶液对花生壳进行浸渍改性,再热解制备成硅改性花生壳生物炭（Si-PSBs）,探究Si-PSBs对水中磷的吸附特性.结果表明,相比于未改性花生壳生物炭（PSB）,Si-PSBs对磷的吸附量明显增大,8%硅酸钠溶液改性的生物炭（8% Si-PSB）对磷的吸附量是改性前的3.9倍.SEM、FTIR和XRD等结果表明8% Si-PSB上有二氧化硅生成,二氧化硅影响吸附过程中源于生物炭的碳酸钙形态,提高了生物炭自身所含金属离子Ca²⁺的反应活性.强酸强碱环境中,8% Si-PSB对磷均具有良好的吸附效果.反应平衡后,8% Si-PSB和PSB对磷的吸附量分别在2.79 mg ·g^-1和0.71 mg ·g^-1上下浮动,对磷的吸附均更符合准二级动力学模型,说明反应以化学吸附为主.等温吸附实验数据采用Langmuir模型拟合度更高,说明8% Si-PSB和PSB对磷的吸附均以单层吸附为主.溶液中腐殖酸（HA）的存在抑制8% Si-PSB和PSB对磷的吸附.8% Si-PSB是一种低成本的新型除磷材料,可提高花生壳自身金属钙离子的利用程度.     

MgO改性赤泥复合材料对废水中氮磷的同步回收

为处理高浓度氮磷废水同时实现赤泥资源化利用,通过赤泥负载氧化镁制备高效氮磷回收材料(MgO-RM),用以对废水进行氮磷同步回收.考察了废水初始pH值、废水氮磷比和MgO-RM投加量对氮磷同步回收效果的影响.采用动力学模型和等温吸附模型对回收特性进行了描述,在此基础上利用FTIR、XRD、SEM、BET测试手段对MgO-...