新型铁铜铝三元复合氧化物除磷性能与机制研究

采用共沉淀法制备了一种新型铁铜铝三元复合氧化物吸附剂,系统研究了其对磷的吸附行为,并对吸附磷前后的吸附剂进行了表征.吸附实验结果表明,铁铜铝三元复合氧化物对磷具有优异的吸附去除效能,Freundlich吸附等温线模型能更好地拟合其对磷的吸附,最大吸附量为62.6 mg·g-1(pH=7.0),显著高于多数文献报道的磷吸附剂;吸附速率较快,吸附动力学更符合Elovich模型;溶液pH对磷吸附有一定影响,随着pH的升高,磷吸附量降低,离子强度则影响不大;共存阴离子对磷吸附具有抑制作用,影响的大小顺序为SiO_3~(2-)SO_4~(2-)CO_3~(2-)Cl~-,而共存阳离子Ca2+和Mg2+则对磷吸附略有促进作用.Zeta电位、红外谱图(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征分析表明,磷在铁铜铝三元复合氧化物表面发生了特性吸附,磷酸根主要通过取代复合氧化物表面的羟基形成内表面络合物而被吸附去除.溶出实验结果表明,当pH在5.0~8.5范围内,Fe~(3+)、Cu~(2+)、Al~(3+)的溶出量均较低.由此可知,铁铜铝三元复合氧化物是一种具有良好应用前景的除磷吸附剂.     

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.     

铁锰复合氧化物吸附去除五价锑性能研究

对比研究了铁锰复合氧化物(FMBO)、羟基氧化铁(FeOOH)和二氧化锰(MnO₂)吸附去除五价锑(Sb(V))的性能.结果表明FMBO对Sb(V)具有很好的吸附性能,在pH=5.0的条件下,最大吸附容量达到1.05 mmol·g^-1,略高于FeOOH (0.82 mmol·g^-1)及远高于MnO₂ (0.43 mmol·g^-1);采用Freundlich模型可以很好地描述Sb(V)在FMBO的吸附行为(R² = 0.98).就吸附动力学而言,假二级动力学可很好地描述Sb(V)在FMBO (R² = 0.93)和MnO₂表面的吸附过程(R² = 0.96),而Sb(V)在FeOOH表面的吸附过程可用Elovich模型拟合 (R² = 0.94).Sb(V)的吸附量随着pH值的升高而降低;磷酸盐显著抑制了Sb(V)的吸附,而硫酸盐和碳酸盐影响不大.提高体系离子强度可促进Sb(V)在FMBO表面的吸附,推断Sb(V)在FMBO表面形成内层络合物后被吸附去除.     

Preparation of cross-linked magnetic chitosan with quaternary ammonium and its application for Cr(VI) and P(V) removal

Pollutants that exist in anionic species are issues of concern in water treatment. Compared to cationic pollutants, the removal of anionic pollutants by adsorption is more difficult because most adsorbents carry predominantly negative charges in neutral and alkaline environments. In this study, a cross-linked chitosan derivative with quaternary ammonium and magnetic properties（QM-chitosan） was prepared and employed to remove chromium（VI） and phosphorus（V）（Cr（VI） and P（V）） from aqueous environments. The QM-chitosan was characterized by Fourier transform infrared spectrometry（FT-IR）,thermogravimetric analysis（TGA）, energy dispersive X-ray（SEM-EDX） and zeta potential.Batch experiments show that QM-chitosan can effectively remove Cr（VI） and P（V）, and the main mechanism was believed to be electrostatic interaction. A pseudosecond-order model was fitted to describe the kinetic processes of Cr（VI） and P（V） removal. The adsorption isotherms of both Cr（VI） and P（V） on the QM-chitosan were well fitted by the Langmuir isotherm equation. The saturated adsorption capacity of P（V）（2.783 mmol/g） was found to be higher than that of Cr（VI）（2.323 mmol/g）, resulting from the size of the H2PO-4ions being smaller than that of the HCr O-4ions. However, the theoretical calculation and experimental results showed that QM-chitosan had a stronger affinity for Cr（VI） than P（V）. The adsorption–desorption of the QM-chitosan was evaluated, and high regeneration rates were demonstrated.     

树脂基纳米钛锆氧化物复合吸附剂同步去除水中磷和氟

以大孔强碱性阴离子交换树脂D201为基体,负载纳米钛、锆氧化物,制备新型树脂基纳米钛锆氧化物复合吸附剂TiZr-D201.通过吸附等温线实验、pH影响实验、竞争吸附实验、动力学实验及柱吸附实验,并结合对吸附剂的表征,探讨了复合吸附剂对水中磷和氟的吸附性能和相应的吸附机制.结果表明,当pH值为5.8,温度为308K时,Ti-Zr-D201对磷和氟的Langmuir拟合最大吸附容量分别是34.9 mg·g~(-1)和35.1 mg·g~(-1),且吸附行为是自发进行的,温度越高,吸附效果越好;与磷相比,pH值对Ti-Zr-D201吸附氟的影响更为显著;选取SO_4~(2-)、NO_3~-和Cl~-作为竞争离子,Ti-Zr-D201较基体D201表现出很好的抗干扰能力;内扩散模型拟合结果表明Ti-Zr-D201在吸附平衡前存在两个不同的吸附阶段;柱吸附实验表明Ti-Zr-D201具有稳定的结构和良好的动态吸附性能,并且可再生循环使用,具备实际应用的潜力.     

Removal of tetracycline from water by Fe-Mn binary oxide

Significant concerns have been raised over the presence of antibiotics including tetracyclines in aquatic environments. A series of Fe-Mn binary oxide with different Fe:Mn molar ratios was synthesized by a simultaneous oxidation and coprecipitation process for TC removal. Results showed that Fe-Mn binary oxide had higher removal efficiency than that of hydrous iron oxide and hydrous manganese oxide, and that the oxide with a Fe:Mn molar ratio of 5:1 was the best in removal than other molar ratios. The tetracycline removal was highly pH dependent. The removal of tetracycline decreased with the increase of initial concentration, but the absolute removal quantity was more at high concentration. The presence of cations and anions such as Ca²⁺, Mg²⁺, CO₃^2- and SO₄^2- had no significant effect on the tetracycline removal in our experimental conditions, while SiO₃^2- and PO₄^3- had hindered the adsorption of tetracycline. The mechanism investigation found that tetracycline removal was mainly achieved by the replacement of surface hydroxyl groups by the tetracycline species and formation of surface complexes at the water/oxide interface. This primary study suggests that Fe-Mn binary oxide with a proper Fe:Mn molar ratio will be a very promising material for the removal of tetracycline from aqueous solutions.     

铁锰复合氧化物包覆海砂的吸附除磷研究

利用铁锰复合氧化物包覆海砂制备了一种用于污水除磷的新型颗粒状吸附剂,并对其表面特性与磷吸附行为进行了研究.扫描电镜(SEM)分析结果表明,包覆后海砂颗粒表面凹凸不平且多孔,BET比表面积由0.06增至2.52 m2·g-1.磷吸附实验结果表明,包覆后海砂对磷的吸附能力显著提高,最大吸附容量为1.01~1.23 mg·g-1,优于多数文献报道的负载改性砂颗粒吸附剂;吸附动力学更符合准二级动力学方程,推测磷在包覆海砂表面发生了化学吸附;溶液p H对磷吸附有一定影响,离子强度则影响不大;共存阴离子对磷吸附影响的大小顺序为Si O2-3CO2-3F-SO2-4Cl-.     

氨基修饰氧化石墨烯-羧甲基纤维素复合吸附剂的制备及其对Cr (VI)的吸附性能研究

为获得价格低廉、吸附性能优良的石墨烯基吸附剂,以氧化石墨烯（GO）、羧甲基纤维素（CMC）为基材,以聚乙烯亚胺（PEI）为改性试剂,通过化学修饰的方法制备了氨基修饰氧化石墨烯-羧甲基纤维素复合吸附剂（GO-PEI-CMC）.采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）及X射线光电子能谱（XPS）等表征手段证实了CMC、氧化石墨烯与PEI已成功复合.静态吸附实验表明GO-PEI-CMC对Cr （VI）表现出良好的吸附性能,由Langmuir等温吸附模型所得最大吸附量值为243.92 mg·g^-1.吸附动力学、吸附等温线研究表明GO-PEI-CMC对Cr （VI）的吸附为单分子层、化学吸附过程.GO-PEI-CMC对Cr （VI）吸附性能优良,且具有绿色环保、可生物降解的优点,是一种极具潜力的Cr （VI）吸附剂.     

不同含量硫酸根和硝酸根作为反离子对聚二甲基二烯丙基铵盐絮凝性能的影响

在实验室烧杯实验中,通过利用光散射监控技术,以及测定絮凝后上清液的残余浊度和Zeta电位,研究了硫酸根和硝酸根聚二甲基二烯丙基铵盐聚电解质（PDADMAX）的絮凝性能．以不同浊度的高岭土悬浊液为目标物,详细地讨论了反离子中不同含量的SO4^2-或NO3^-对絮凝效能的影响．为了进一步阐明PDADMAX的絮凝机理,用原子力显微镜（AFM）和比浓粘度表征了反离子对PDADMAX溶液性质和吸附形貌的影响实验结果表明：反离子明显影响了PDADMAX的絮凝性能．含有NOr的PDADMAX具有更强的“电中和作用”和更高的絮凝效率,而含有SO4^2-的PDADMAX具有更高的“吸附架桥作用”既更宽的最佳絮凝剂投量范围、更大的絮体．不同的SO4^2-或NO3^-含量的PDADMAX絮凝剂的絮凝效率不同,其中都在含量20％时效果最好．而且在高浊度条件下,SO4^2-或NO3^-对PDADMAX的絮凝效果有更明显地增强．     

废茶活性炭脱硫脱硝性能的应用研究

为探讨废茶活性炭对于SO2和NO脱除作用的制约因素,分别考察了材料孔径结构、石墨化程度及表面结构对其脱硫脱硝性能的影响,同时研究了其吸附机制及动力学过程.结果表明,较高的石墨化程度是影响材料脱硫性能的主要因素,微孔径较小且含氮碱性基团较高时有利于SO2的脱除;发达的中孔结构是制约NO脱除效率的关键因素,含氮碱性基团对NO的脱除具有一定的促进作用;烟气中SO2和NO共存时,材料的脱硫脱硝性能均有所降低,氧气和水蒸气的加入能够改善其脱硫脱硝效率;废茶活性炭在无水环境下对于SO2和NO的吸附作用均以物理吸附为主,水蒸气的存在促进了材料对SO2的化学吸附;通过动力学模型的拟合发现,Bangham吸附模型能够很好地描述材料脱硫脱硝的动力学过程,其R2均高于0.989,材料对于SO2和NO的吸附速率常数均随氧气和水蒸气的加入而减小.     

High capacity adsorption of antimony in biomass-based composite and its consequential utilization as battery anode

Antimony is more than an emerging pollutant in water but a scare resource. In this study, we report an adsorbent with the record capacity so far from the balanced view of Sb(III) and Sb(V). The composite adsorbent was fabricated by encapsulating hollow Fe₃O₄ nanosphere with the EDTA grafted chitosan, and it has superhigh adsorption capacity of for 657.1 mg/g for Sb(III) and 467.3 mg/g for Sb(V), respectively. The mechanism study reveals that the adsorption of Sb initializes from the Fe₃O₄, propagates along the chitosan with hydrogen bond, and terminates at the inner sphere complex with the EDTA moiety in the adsorbent. In view of the ultra-high adsorption capacity of the adsorbent, the recovered adsorbent that contains abundant (>36.4%) highly dispersed antimony nanoparticles (600-FCSE-Sb) is applied to Li-ion battery anode after reduction. This article provides a new idea for connecting water treatment and electric energy storage.     

三维有序介孔Co3O4非均相活化单过硫酸氢钾降解罗丹明B

以多孔硅KIT-6为模板,采用纳米浇筑法制备三维有序介孔Co_3O_4,利用比表面积测试仪(BET)、高倍投射电子显微镜(H-TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法进行表征,并首次将其应用于催化单过硫酸盐降解罗丹明B.结果表明,三维有序介孔Co_3O_4具有丰富的空间介孔结构和巨大的比表面积,对单过硫酸盐的催化活性远强于传统纳米级Co_3O_4.较高的催化剂投加量和较高的单过硫酸盐浓度有利于罗丹明B的脱色.在反应体系中出现Cl-和H2PO-4能够加速罗丹明B的脱色,而出现NO_3~-、SO_4~(2-)和HCO_3~-则会抑制罗丹明B的去除.通过自由基鉴定实验发现,硫酸自由基是导致罗丹明B脱色的主导活性自由基.三维有序介孔Co_3O_4经过多次重复使用后仍表现出良好的催化活性.     

Friedel化合物对VO_4~(3-)的吸附及其作用机制

为了解Friedel化合物作为吸附剂去除水中VO43-的应用潜能,研究了Friedel化合物对VO34-的吸附动力学和吸附等温线,并结合吸附产物的XRD和红外光谱分析探讨了Friedel化合物的吸附作用机理.结果表明:Friedel化合物对VO34-有较高的吸附容量和吸附速率,其吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型(R20.93),理论吸附容量为72.40mg.g-1.Friedel化合物对VO34-的吸附作用机理为层间离子交换和表面吸附.     

壳聚糖/聚乙二醇/丙烯酸吸附剂对Cu2+、Co2+和Ni2+的吸附选择性和重复利用性

采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对辉光放电电解等离子体(GDEP)技术引发制备的壳聚糖/聚乙二醇/丙烯酸(CS/PEG/AA)聚合物吸附剂的形貌和结构进行了表征.研究了该吸附剂对Cu~(2+)、Co~(2+)和Ni~(2+)的吸附选择性、重复利用性和解吸动力学行为,同时结合X射线光电子能谱(XPS)探讨了可能的吸附机理.结果表明,CS、PEG和AA发生接枝共聚形成聚合物,其表面呈现疏松、多孔的三维网络结构;吸附最佳pH为4.8;在含有Cu~(2+)、Co~(2+)和Ni~(2+)的混合溶液中,CS/PEG/AA对Cu~(2+)有较好的吸附选择性;在EDTA-4Na洗脱液中CS/PEG/AA具有优异的再生和重复利用性,解吸动力学符合解吸准二级模型;Cu~(2+)在CS/PEG/AA上的吸附是由离子交换、配位螯合等共同作用的复杂的物理化学过程.     

锆-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附特性

采用锆(Zr)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对活性炭进行联合改性,考察了所制备的Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附去除作用,并探讨了相关的吸附去除机制.结果表明,Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐均具备较好的吸附去除能力.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐的等温吸附过程,Langmuir和D-R等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中磷酸盐等温吸附过程,通过Langmuir模型计算得到吸附剂对硝酸盐和磷酸盐的最大单位吸附量分别为7.58 mg·g-1和10.9 mg·g-1.高的p H会抑制Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附.水中共存的Cl-、HCO-3和SO2-4等阴离子均会抑制Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐的吸附,且对吸附硝酸盐的抑制作用较强而对吸附磷酸盐的抑制作用较弱.水中共存的磷酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附硝酸盐的抑制作用较强,而水中共存的硝酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附磷酸盐的抑制作用较弱.1 mol·L-1Na Cl溶液可以使90%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的硝酸盐解吸下来.1 mol·L-1的Na OH溶液可以使78%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的磷酸盐解吸下来.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐的吸附机制主要包括阴离子交换作用和静电吸引作用,对磷酸盐的吸附机制主要包括配位体交换作用、阴离子交换作用和静电吸引作用.上述结果说明Zr-CTAC改性活性炭适合作为一种吸附剂去除废水中的硝酸盐和磷酸盐.     

微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

Investigation on mechanism of phosphate removal on carbonized sludge adsorbent

For the removal of phosphate (PO₄^3 -) from water, an adsorbent was prepared via carbonization of sewage sludge from a wastewater treatment plant: carbonized sludge adsorbent (CSA). The mechanism of phosphate removal was determined after studying the structure and chemical properties of the CSA and its influence on phosphate removal. The results demonstrate that phosphate adsorption by the CSA can be fitted with the pseudo second-order kinetics and Langmuir isotherm models, indicating that the adsorption is single molecular layer adsorption dominated by chemical reaction. The active sites binding phosphate on the surface are composed of mineral particles containing Si/Ca/Al/Fe. The mineral containing Ca, calcite, is the main factor responsible for phosphate removal. The phosphate removal mechanism is a complex process including crystallization via the interaction between Ca^2 + and PO₄^3 -; formation of precipitates of Ca^2 +, Al^3 +, and PO₄^3 -; and adsorption of PO₄^3 - on some recalcitrant oxides composed of Si/Al/Fe.     

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.     

单宁酸铁吸附去除水中无机氮的性能与机制研究

通过批量吸附实验,研究了一种新型吸附材料——单宁酸铁吸附去除水中无机氮(NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N)的效果及其吸附机制.结果表明,单宁酸铁对NH+4-N和NO-2-N具有优先选择性,当单宁酸铁与NH+4-N和NO-2-N的质量比为200时,NH+4-N和NO-2-N去除率均大于95%.运用吸附动力学模型、Weber-Morris方程、Langmuir和Freundlich方程进行实验数据拟合的结果表明,NH+4-N和NO-2-N在单宁酸铁表面分别进行单分子层和多分子层的吸附,其吸附过程符合二级动力学模型,并且颗粒外部扩散和表面吸附起主要的作用.NH+4-N与分布于单宁酸铁外表面的氧负离子通过静电作用结合,NO-2-N则与单宁酸铁中的铁离子通过静电作用和配位作用结合.本研究为单宁酸铁作为吸附剂的发展与应用提供了科学依据.     

镧铁羟基氧化物修饰还原氧化石墨烯复合电极材料电吸附除磷效能及机理研究

污水处理厂尾水中低浓度PO₄^3-的排放是水体中总磷的主要来源,是导致水体富营养化的重要原因之一,对其开展深度去除的应用基础性研究具有重要的理论意义和实践价值.复合金属氧化物材料表现出较好PO₄^3-吸附能力,但仍然存在吸附速率较慢的问题.本研究采用溶剂热、复合薄膜压片法制备了镧铁羟基氧化物（LaFeO_xH_y）修饰还原氧化石墨烯（rGO）复合电极材料（LaFe-rGO）,LaFe-rGO复合电极材料显著提高了对PO₄^3-的吸附速率,5 min可达到吸附平衡,在1.2 V电压下对PO₄^3-的最大吸附量为108.69 mg·g^-1.提出了基于晶格氧提供活性位点及LaFe-rGO双电层电容电促吸附除磷机理,LaFe-rGO复合电极材料中晶格氧La-O与Fe-O同时对PO₄^3-吸附提供吸附位点,PO₄^3-与材料中的La/Fe键合以形成内球表面复合物La/Fe-PO₄,掺杂在rGO表面上的LaFeO_xH_y增加了电极材料电容并提高了其电化学活性,促进了LaFe-rGO复合电极材料对PO₄^3-的吸附.