污泥基活性炭去除水中重金属离子效能与动力学研究

以城市污泥为主要原料制备了污泥基活性炭(SAC),考察了其对重金属离子的吸附去除效能和吸附动力学规律.并选择了2种商品活性炭(煤质炭,MAC和椰壳炭,YAC)作为对比,以初始浓度为50mg/L的Cu(II),Pb(II),Cd(II),Cr(VI)4种重金属离子为去除对象,分别进行了3种活性炭的表面理化性质分析及其对4种重金属离子的吸附试验.结果表明,SAC的比表面积和微孔容积仅为YAC和MAC的1/3~1/2,吸附速率也相对较慢,但其对Cu(II),Pb(II),Cr(VI),Cd(II)的平衡吸附量却远大于2种商品活性炭,分别为9.9,8.9,8.2,5.4mg/g,说明SAC表面的高酸性基团含量对重金属离子的吸附起到了关键作用;Langmuir与Freundlich吸附等温模型均能较好地拟合SAC对Cu(II)和Pb(II)的吸附,SAC对Cr(VI)的吸附过程更符合Langmuir模型,而SAC对于Cd(II)的吸附过程用Langmuir与Freundlich两个模型均不能较好地拟合,说明SAC表面缺少能够与Cd(II)发生反应的结合位点.     

凹凸棒石/氧化锌纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附性能

采用化学沉淀法在凹凸棒石的表面负载纳米氧化锌合成了凹凸棒石/氧化锌(ATP/ZnO)纳米复合材料.同时,研究了亚甲基蓝在纳米复合材料上的吸附行为,并从热力学和动力学角度探讨了吸附作用机理.吸附实验表明:纳米复合材料对亚甲基蓝有优异的吸附能力;纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附热力学符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量可达110.50mg·g-1,吸附焓变为18.69kJ·mol-1,吸附自由能变为-33.06～-22.74kJ·mol-1,吸附熵变约为146J.mol-1.K-1,是一个自发的吸热过程;纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附动力学符合准二级动力学方程,速率常数随着溶液初始浓度的提高而下降.     

腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ)的影响机制研究

以污泥生物炭作吸附剂处理水中Cr(Ⅵ),研究了共存腐殖酸对生物炭吸附性能影响.结果表明,腐殖酸能显著促进生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附,大幅提高吸附量以及缩短吸附平衡时间,生物炭吸附过程符合准二级动力学模型.在溶液初始pH4.0,生物炭浓度20 g·L-1,Cr(Ⅵ)初始浓度在50～800 mg·L-1范围下,Langmuir模型比Freundlich模型更好地描述等温吸附行为.加入腐殖酸(20 mg·L-1)后拟合得到的理论饱和吸附量达10.10 mg·g-1,较未加入腐殖酸的吸附量5.56 mg·g-1提高近1倍.在pH 2.0～8.0范围内,吸附量随溶液初始pH值升高而减小.腐殖酸浓度上升,生物炭吸附能力进一步提高.红外光谱显示,生物炭表面的羟基、羧基、酯基、芳香环上C—H和环状结构上的CC等化学活性官能团与Cr(Ⅵ)的吸附有关.结合XPS分析结果,推断腐殖酸共存促进生物炭吸附的机制是:腐殖酸提高了Cr(Ⅵ)在生物炭表面聚集浓度,有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的直接吸附和还原,而腐殖酸本身具有的吸附能力增加了对溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的去除.     

两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制

为探索高效利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体和土壤中Cu~(2+)污染的可行性,本文以常见的农林废弃物苹果树枝和梧桐木锯末为原料,采用450℃限氧热裂解法制备生物炭,通过两种生物炭对Cu~(2+)的批量吸附试验,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)研究了苹果枝和锯末生物炭对Cu~(2+)的吸附行为.同时,使用FTIR红外、SEM和BET比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,研究了两种生物炭对Cu~(2+)吸附机制,分析了两种生物炭之间的吸附特性差异及其影响因素.结果表明:(1)苹果枝生物炭在3 h达到吸附平衡,理论最大吸附量为15.85 mg·g~(-1),锯末生物炭在6h达到吸附平衡,理论最大吸附量为17.44 mg·g~(-1),与其他研究相比,这两种生物炭体现了较高的Cu~(2+)吸附性能;(2)两种生物炭对Cu~(2+)的热力学吸附均较好地符合Langmuir模型,表明吸附过程主要是近似单分子层的有益吸附;动力学吸附均符合准二级吸附动力学模型,表明其对Cu~(2+)的吸附包括表面吸附、颗粒内扩散和液膜扩散等多种过程;(3)吸附机制主要包括静电吸附,配体(酚羟基)/离子(H+)交换和阳离子—π键作用.     

Ca/Mg负载改性沼渣生物炭对水中磷的吸附特性

为处理含磷废水和实现沼渣资源化利用,将农业废弃物沼渣制备成生物炭(ZZs),通过CaCL2和MgCL2溶液对其进行浸渍改性,探究改性沼渣生物炭(CMZZs)对水体中磷的吸附特征。结果表明,改性后沼渣生物炭钙镁含量分别是改性前的1.3和15.4倍;SEM-EDS、BET、FTIR和XRD等技术表明,改性未改变生物炭表面化学官能团种类,但改性后生物炭出现新的衍射峰,与标准卡片对比后可能存在Mg(OH)2、MgO等物质。当温度为303K,溶液pH为9.0时,CMZZs最大吸附量为76.92mg·g-1,是改性前的30.1倍。等温吸附实验数据符合Freundlich方程,为多层吸附。吸附动力学分析发现,改性后生物炭在100min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。上述结果说明钙镁改性沼渣生物炭对于去除水中磷具有潜在价值。     

磁性石墨烯吸附水中Cr(Ⅵ)研究

以氧化石墨和铁盐为原料,采用化学沉淀法制备出磁性石墨烯复合材料,运用静态吸附实验研究了吸附动力学、热力学、等温吸附模型以及不同因素如p H、温度、时间对Cr(Ⅵ)吸附的影响.结果表明,吸附动力学符合假二级动力学模型;与Freundlich模型相比,Langmuir模型更适合描述吸附过程.热力学参数为:ΔHθ=33.89 k J·mol-1,ΔSθ=120.15 J·(mol·K)-1,ΔGθ=-2.51 k J·mol-1(303 K),这表明吸附过程是吸热并且自发的.实验最佳p H值为2,升高温度和延长时间均有利于吸附的进行.初始Cr(Ⅵ)浓度为5 mg·L-1时,重复利用3次后吸附量由3.9 mg·g-1下降到2.1 mg·g-1.在磁铁存在的条件下吸附剂可轻易从溶液中分离出来,利用Na OH可使其再生,因此可作为去除Cr(Ⅵ)的良好吸附剂.     

焦化废水生物处理尾水中残余有机污染物的活性炭吸附及其机理

采用粉末活性炭静态吸附焦化废水生物处理尾水中的TOC成分,考察pH值、活性炭用量等因素对吸附效果的影响.从分子结构、动力学和热力学数据等方面来判断其吸附类型和吸附速率的控制步骤,并从理论上解析活性炭对尾水中残余有机污染物的吸附过程.对选定的活性炭,pH值升高对吸附有负效应;在TOC浓度为40.0-60.0 mg·L-1的水样中投加1.000 mg·L-1活性炭,吸附容量可达(37.2±7.8)mg·g-1;长链烃、苯系物、卤代物等非极性有机物和酚类等酸性有机物在pH＜8.0时吸附效果较好,胺类等碱性有机物在碱性条件下易于被吸附;TOC的吸附动力学符合拟二级动力学模型,液膜扩散和颗粒内扩散分别是吸附初期和吸附后期的主要速率控制步骤,吸附活化能Ea=38.75kJ·mol-1;吸附等温线符合linear方程,说明吸附过程主要是有机污染物在活性炭与水溶液中的分配过程;热力学参数△G0、△H0为负值,表明该吸附是一个自发的放热过程,焦化废水生物处理尾水中残留的长链烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物可以通过吸附法分离去除,酚羟基、羧基等极性基团含量少的活性炭或其它非极性有机吸附剂适合于处理该类废水.     

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.     

3种吸附剂对污水磷污染去除性能与机制比较

为探索高效利用膨润土、红壤和炉渣去除农业污水磷污染的可行性,对比分析了3种吸附剂对人工合成含磷污水的吸附去除特性,结合SEM、XDS和BET等测试结果以及等温吸附、吸附动力学及Ca2+释放量探讨了3种材料对磷的吸附机制。结果表明,炉渣对磷的吸附能力高于膨润土和红壤,吸附过程均适合Langmuir等温吸附方程(R20.96),对磷的理论饱和吸附量为炉渣(16.87mg·g-1)红壤(1.21mg·g-1)膨润土(0.92mg·g-1)。炉渣对磷的吸附动力学特征符合Elovich方程(R2=0.966),而膨润土和红壤对磷的吸附特征则更适合准二级动力学方程(R2为0.982和0.959)。炉渣的Ca2+释放量(10.46mg·g-1)显著大于膨润土(0.31mg·g-1)和红壤(0.03mg·g-1)(P0.05)。红壤对磷的吸附量随着pH的升高而降低;膨润土在初始pH为7.0时,吸附量最低;但初始pH值对炉渣去除磷的影响不大。相比红壤和炉渣,膨润土解吸较快,易于进行重复利用。综上所述,吸附材料的磷吸附能力主要与其结构、化学组成、Ca2+释放能力及溶液初始pH值等有关,炉渣较膨润土和红壤对磷酸盐有着更强的去除能力,适合处理农村污水磷污染。     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

质子化交联壳聚糖对水中高氯酸根的吸附特性研究

通过合成质子化交联壳聚糖,采用静态试验方法对水中高氯酸根(ClO4-)的吸附效果及机制进行了研究,考察了pH、温度和初始浓度对吸附过程的影响以及吸附剂的重复使用性能.结果表明,质子化交联壳聚糖吸附ClO4-过程属放热反应;当pH在3.0~6.0之间时,对ClO4-均有较好的吸附作用;随着ClO4-初始浓度的增加,吸附容量增加,当初始浓度为100 mg.L-1时,吸附容量在34.39~37.98 mg.g-1之间;当ClO4-为400 mg.L-1时,吸附容量达128.78 mg.g-1.质子化交联壳聚糖对水中ClO4-的吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,ClO4-在质子化交联壳聚糖小球上的吸附过程中化学吸附为速率控制步骤.质子化交联壳聚糖小球可在pH为12.8的NaOH溶液中再生,反复使用10次其吸附容量无明显变化,表现出较好的吸附/解吸性能,这为有效地去除水中的ClO4-提供了新的方法.     

3种典型多孔高温改性固废材料对磺胺二甲嘧啶的吸附特性

以畜禽粪便、农作物秸秆和采煤废弃物这3种典型多孔固体废料为原料,用低氧控温炭化法制成牛粪炭和秸秆炭以及用煅烧后的煤矸石炭对磺胺二甲嘧啶(SMZ)进行批处理吸附实验.通过吸附动力学和等温吸附平衡研究牛粪炭、秸秆炭和煤矸石炭对SMZ的吸附特性,并结合FE-SEM、 FT-IR、 Boehm滴定、 BET及Zeta电位滴定分析表征手段探讨了其吸附机制.结果表明, 3种炭材料对SMZ的吸附在24 h时基本达到平衡. 3种炭材料对SMZ的吸附动力学均符合准二级动力学方程,R~2在0.996 8～0.999 9之间,吸附速率随着炭材料表面有效吸附位点的减少而减小.吸附过程主要由膜扩散、颗粒内扩散和平衡阶段这3个步骤组成,颗粒内扩散和膜扩散共同控制吸附速率.等温吸附数据更符合Freundlich模型,R~2在0.987 4～0.999 7之间,主要为物理吸附,是自发的放热反应. 3种炭材料的最大吸附量依次为牛粪炭(19.64 mg·g~(-1))煤矸石炭(12.06 mg·g~(-1))秸秆炭(9.16 mg·g~(-1)).SMZ在3种炭材料上的吸附机制主要有:分子间的氢键作用、多分子层的表面静电吸附作用和孔隙填充等.其中,静电吸附为主要吸附机制.牛粪炭吸附性能最佳可能是由于其具有较为丰富的含氧官能团、较多的负电荷和较大的比表面积和孔容.     

混合气体直接吸附分离回收过程研究

以精密陶瓷制造过程中排放的甲苯和异丙醇混合气体为目标气体,采用4段活性炭吸附柱串联吸附实验方式研究了混合组分气体直接吸附分离回收的可行性.结果表明,异丙醇和甲苯这2种物性具有一定差异的物质在吸附床的长度方向存在明显的分层吸附现象.在表观气速0.42 m·s-1、异丙醇与甲苯入口浓度分别为477 mg·m-3和746 mg·m-3、吸附柱总长为26cm条件下,通气吸附798 min时,0～10 cm长度段炭层吸附甲苯量为184.5 mg·g-1,吸附异丙醇量为0 mg·g-1,而21～26 cm长度段炭层吸附甲苯量为0.92 mg·g-1,吸附异丙醇量为91.2 mg·g-1,通过分段再生回收分别得到了纯度99%以上的甲苯和异丙醇回收液.弱吸附质异丙醇在吸附过程中存在气相浓度增浓现象,该现象导致实验条件下部分活性炭层区域对异丙醇的吸附量提高了27%以上.通过多段串联吸附、分段再生回收的方式可以实现混合气体的直接吸附分离回收.     

Removal of phenol by activated carbons prepared from palm oil mill effluent sludge

The study was attempted to produce activated carbons from palm oil mill effluent （POME） sludge. The adsorption capacity of the activated carbons produced was evaluated in aqueous solution of phenol. Two types of activation were followed, namely, thermal activation at 300, 500 and 800%, and physical activation at 150% （boiling treatment）. A control （raw POME sludge） was used to compare the adsorption capacity of the activated carbons produced. The results indicated that the activation temperature of 800℃ showed maximum absorption capacity by the activated carbon （POME 800） in aqueous solution of phenol. Batch adsorption studies showed an equilibrium time of 6 h for the activated carbon of POME 800. It was observed that the adsorption capacity was higher at lower values ofpH （2--3） and higher value of initial concentration of phenol （200--300 mg/L）, The equilibrium data were fitted by the Langmuir and Freundlich adsorption isotherms. The adsorption of phenol onto the activated carbon POME 800 was studied in terms of pseudo-first and second order kinetics to predict the rate constant and equilibrium capacity with the effect of initial phenol concentrations. The rate of adsorption was found to be better correlation for the pseudo-second order kinetics compared to the first order kinetics.     

高分子固体废物基活性炭对有机染料的吸附解吸行为研究

分别以3种高分子固体废物,即轮胎橡胶、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为原料,利用KOH活化法制备高比表面积活性炭.通过吸附实验研究了活性炭对2种有机染料(亚甲基蓝和甲基橙)的吸附、解吸行为,同时探讨了溶液pH值、离子强度和表面活性剂对吸附的影响.结果表明,PVC和PET基活性炭比表面积分别为2 666和2 831 m2.g-1,中孔容积分别为1.06和1.30 cm3.g-1,15 min内对亚甲基蓝和甲基橙的去除率分别高达98.5%和97.0%、99.5%和95.0%,且Langmuir模型拟合的染料最大吸附量均超过2 mmol.g-1,显著高于商业活性炭F400.Langmuir模型比Freundlich模型能更好地描述2种染料的吸附行为,说明吸附以表面单层覆盖为主.溶液pH值、离子强度和表面活性剂对染料吸附均有较大影响.制备的高分子基活性炭对亚甲基蓝的吸附强于甲基橙,2种染料均不容易发生解吸.实验结果可为高分子固体废物的资源化利用、制备经济高效的碳质吸附材料提供科学依据.     

Behaviors and kinetics of toluene adsorption‐desorption on activated carbons with varying pore structure

This work was undertaken to investigate the behaviors and kinetics of toluene adsorption and desorption on activated carbons with varying pore structure. Five kinds of activated carbon from different raw materials were selected. Adsorption isotherms and breakthrough curves for toluene were measured. Langmuir and Freundlich equations were fitted to the equilibrium data, and the Freundlich equation was more suitable for simulating toluene adsorption. The process consisted of monolayer, multilayer and partial active site adsorption types. The effect of the pore structure of the activated carbons on toluene adsorption capacity was investigated. The quasi-first-order model was more suitable for describing the process than the quasi-second-order model. The adsorption data was also modeled by the internal particle diffusion model and it was found that the adsorption process could be divided into three stages. In the external surface adsorption process, the rate depended on the specific surface area. During the particle diffusion stage, pore structure and volume were the main factors affecting adsorption rate. In the final equilibrium stage, the rate was determined by the ratio of meso-and macro-pores to total pore volume. The rate over the whole adsorption process was dominated by the toluene concentration. The desorption behavior of toluene on activated carbons was investigated,and the process was divided into heat and mass transfer parts corresponding to emission and diffusion mechanisms, respectively. Physical adsorption played the main role during the adsorption process.     

Removal of fluoride from water using titanium-based adsorbents

Three adsorbents including TiO₂, Ti-Ce, and Ti-La hybrid oxides were prepared to remove fluoride from aqueous solution. The Ti-Ce and Ti-La hybrid adsorbents obtained by the hydrolysis-precipitation method had much higher sorption capacity for fluoride than the TiO₂ adsorbent prepared through hydrolysis. Rare earth (Ce and La) oxides and TiO₂ exhibited a synergistic effect in the hybrid adsorbents for fluoride sorption. The sorption equilibrium of fluoride on the three adsorbents was achieved within 4 h, and the pseudo-second-order model described the sorption kinetics well. The sorption isotherms fitted the Langmuir model well, and the adsorption capacities of fluoride on the Ti-Ce and Ti-La adsorbents were about 9.6 and 15.1 mg·g⁻¹, respectively, at the equilibrium fluoride concentration of 1.0 mg·L⁻¹, much higher than the 1.7 mg·g⁻¹ on the TiO₂. The sorption capacities of fluoride on the three adsorbents decreased significantly when the solution pH increased from 3 to 9.5. The electrostatic interaction played an important role in fluoride removal by the three adsorbents, and Fourier transform infrared (FTIR) analysis indicated that the hydroxyl groups on the adsorbent surface were involved in fluoride adsorption.     

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.     

活性炭吸附处理黄磷化工渗滤液研究

研究了颗粒活性炭对黄磷化工渗滤液中有机物的吸附容量、吸附热力学和动力学。结果表明:颗粒活性炭对渗滤液中有机物的吸附容量几乎不受渗滤液pH值的影响,吸附45min后基本达到平衡。吸附等温线更符合修正的Freundlich模型,表明实验中的吸附主要是多分子层的吸附。拟二级动力学模型能更好的定量描述有机物在颗粒活性炭上的吸附过程,速率常数k2=0.12128g/(mg·min),平衡吸附量qe=5.78748mg/g。