聚丙烯塑料-锯末干混合制备高介孔率柱状活性炭

以聚丙烯塑料和梧桐锯末为原材料,无水K2CO3为活化剂,采用干混合法制备高介孔率柱状活性炭.通过单因素实验,探究了塑料含量、盐料比、活化温度及活化时间对活性炭吸附亚甲基蓝(MB)性能的影响.结果表明:当塑料含量为20%、盐料比为2.5、活化温度为950℃、活化时间为80 min时,所制备的活性炭具有较高的MB吸附量(322.9 mg·g-1).所制备的活性炭具有发达的微观孔隙结构,其比表面积达到1461.99m2·g-1,平均孔径为3.23 nm,总孔容为1.04 cm3·g-1,其中,介孔孔容为0.80 cm3·g-1,介孔率超过70%,充分说明该方法可制备优质高介孔率柱状活性炭.     

真菌预处理优化制备微介多级孔炭及其吸附甲苯的研究

提出采用黄孢原毛平革菌对生物质前体物进行预处理的制备策略,从而研发孔结构可调的多级孔炭材料模板.选用荷叶作为生物质原材料,探讨菌种投加量、培养时间对多级孔炭材料前驱体的影响,并采用水蒸气物理活化法,分析活化温度和活化时间对炭材料比表面积、孔径分布和表面官能团的综合作用.最后,通过Raman、XRD、BET、FTIR、TGA、SEM、EA等手段表征其物理化学性质,并考察真菌预处理对炭材料的甲苯吸附性能的影响.结果表明,在生物质荷叶质量30 g、菌种投加量4 mL、培养时间7 d、活化温度800℃、活化时间90 min条件下制备的微介多级孔炭材料,在含有较多介孔的前提下比表面积可达937 m~2·g~(-1),总孔容为0.68 cm~3·g~(-1).动态模拟吸附实验发现,经预处理的炭材料在甲苯浓度905 mg·m~(-3)下对其饱和吸附容量为304 mg·g~(-1),是未经真菌调控荷叶吸附容量的1.83倍,吸附性能的提升主要归因于比表面积、孔容及表面酸性基团增大的作用.经真菌预处理调控的炭材料对甲苯的吸附符合Langmuir吸附等温线,属于单分子层吸附.     

咖啡渣制备活性炭工艺及其吸附性能

以咖啡渣为原料,采用真空热解及磷酸溶液辅助活化方式制备出活性炭,重点研究了不同活化参数对咖啡渣制备活性炭性能的影响.结果发现,咖啡渣热解自活化的最佳温度为450℃,在活化温度为600℃、真空度为-0.02 MPa、升温速率为20℃·min-1、活化时间为30 min、浸渍比为1.6条件下制备的活性炭吸附性能最佳,此时活性炭得率为27.1%,比表面积为1250 m~2·g~(-1),碘吸附值为1398.4 mg·g~(-1),亚甲基蓝吸附值为270.32 mg·g~(-1).最佳工艺条件下制备的活性炭吸附100 mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ)试验表明,在投加量为7 g·L~(-1)、吸附时间为80 min、pH为3.0和吸附温度为15℃条件下,活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附量最大,最大去除率为87%.     

酸预处理活性炭对废水染料的吸附研究

在不同的酒石酸处理方式下,以锯末为原料,采用水热-热解法制备了高比表面积的生物质活性炭。通过扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、X射线衍射仪(XRD)、全自动比表面积和孔隙分析仪对样品进行表征,该活性炭孔隙发达,其比表面积最高可达1 614.32 m2/g。亚甲基蓝(MB)吸附实验表明,在进行热解活化之前,不同的酒石酸处理方式影响活性炭对MB的吸附性能:同没有酒石酸处理的产物和酒石酸低温常压预处理产物相比,酒石酸高温高压水热处理的产物对MB吸附性能更佳,其吸附容量最高可达312.5 mg/g;延长吸附时间,MB吸附容量逐渐增大。锯末基活性炭对MB的吸附等温线符合Langmuir模型,动力学模型符合准二级动力学模型。     

富含中孔与酸性基团的生物质炭的制备与吸附性能

以棉秆基生物质纤维为原料,采用磷酸一步活化法制备了同时富含中孔与含氧酸官能团的新型高比表面棉秆纤维基生物质活性炭,分析了浸渍比、炭化温度及保温时间等操作参数对活性炭纤维组成、得率、孔结构及表面官能团含量的影响,测定了制得的棉秆纤维基活性炭对水中对Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的等温吸附性能,并初步探讨了其吸附机制.结果表明,棉秆纤维基生物质炭孔结构与含氧酸基团因制备条件不同有较大变化,实验条件下制备的棉秆基活性炭纤维产率、中孔孔容与比表面的最大值分别为35.5%、0.91 cm3·g-1、1731 m2·g-1;在3∶2的浸渍比,600℃活化90 min的工艺条件下,制备的样品ACF-01的总孔孔容达1.02 cm3·g-1,比表面积为1 731 m2·g-1,微、中孔比例分别为66%与31%,中孔集中在5 nm以内,富含含氧酸官能团.样品ACF-01对水中Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为123 mg·g-1和427 mg·g-1,吸附性能远高于微孔孔容相近的商业活性炭纤维ACF-CK,这表明活性炭ACF-01的中孔和含氧酸官能团在吸附过程中发挥了重要作用.     

铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究

以一种大型海藻——铜藻为原料,Fe Cl3·6H2O为活化剂,采用超声浸渍-原位合成法制备了铜藻基载铁活性炭(Fe/SAC),并以活性炭得率和亚甲基蓝吸附值为指标,通过正交法考察了活化温度、活化时间和浸渍比的影响.同时,采用X射线衍射、扫描电镜和比表面积分析仪对最优结果进行表征,并考察了Fe/SAC吸附亚甲基蓝的热力学与动力学特性.结果表明,Fe/SAC的最优制备工艺条件为活化温度600℃、活化时间1 h、浸渍比1∶1,此时的活性炭得率为39.5%,亚甲基蓝吸附值为255.67 mg·g~(-1);最优工艺条件下制得的Fe/SAC比表面积为558.31 m2·g~(-1),其负载的铁组分主要为Fe3O4和Fe O;亚甲基蓝在Fe/SAC上的吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir等温吸附模型能够很好地描述吸附平衡过程,该吸附是熵增加的自发吸热(ΔS0、ΔG0、ΔH0)过程,升温有利于吸附.     

高比表面生物质炭的制备、表征及吸附性能

以废弃生物质互花米草与棉秆为原料,采用KOH活化制备了高比表面积微孔生物质活性炭.研究了原料类别、浸渍比、炭化温度及保温时间对炭组成与吸附性能的影响,利用氮气吸附、X-射线衍射、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了分析,并通过BET方程、DFT密度函数理论及Horvath-Kawazoe方程对比表面积与孔分布进行了表征测定.结果表明,氢氧化钾活化制备互花米草与棉秆活性炭的适宜条件为浸渍比3:1、活化温度800℃、活化时间1.5 h.在此条件下制得的互花米草活性炭与棉秆活性炭的得率为16.36%和11.22%,BET比表面积高达2 825 m2.g-1和2 135 m2·g-1,孔容积分别为1.374 mg·g-1和1.038 cm3·g-1;孔径分布狭窄,95%的孔集中在3 nm以内.该条件下制备的互花米草与棉秆活性炭吸附性能好,对碘的吸附值分别为1 797 mg·g-1和1 251 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为495 mg·g-1和478mg·g-1,均超过了国家水处理用活性炭一级品标准;2种生物质炭样品对水中2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量分别为932 mg.g-1、747 mg·g-1,均优于普通活性炭与活性炭纤维.     

活性炭/高分子复合水凝胶对水中亚甲基蓝和Cu(Ⅱ)的去除性能

采用活性炭/海藻酸钠-聚乙烯醇复合水凝胶(CAP)为吸附剂,以水溶液中的亚甲基蓝(MB)和Cu~(2+)为目标污染物,考察了固液比、p H、温度、反应时间、MB和Cu~(2+)的初始浓度等因素对吸附过程的影响.通过SEM、FTIR、BET等手段对CAP物化性质进行了表征.结果表明,CAP内部呈现互穿的三维网络多孔结构,成功复合了活性炭,具有丰富的—COOH和—OH官能团,比表面积可达112.7 m~2·g~(-1).CAP对MB和Cu~(2+)的吸附量随着固液比、温度的增大而降低,随着溶液初始p H的升高而增大;吸附属于Langmuir单层吸附,对MB和Cu~(2+)的最大吸附量分别为1 940.75 mg·g~(-1)和190.48 mg·g~(-1);反应时间在5 h内吸附量可达最大吸附量的90%,吸附动力学过程符合准二级动力学方程;活性炭/高分子复合水凝胶经过5次吸附-脱附循环再生后,仍能保持优异的吸附性能.     

亚临界水解预处理稻草秸秆制备活性炭及表征

通过以稻草秸秆的亚临界预处理中产生的残渣作为实验材料,以氯化锌作为活化剂制备具有吸附性能的活性炭,研究了活化温度,活化时间,浸渍时间以及浸渍比等4个因素对生成活性炭的性能影响,设计正交实验制备活性炭.以低温液氮吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布,以扫描电子显微镜(SEM)观测活性炭表面形貌,并以亚甲基蓝(MB)作为吸附质,研究了活性炭对亚甲基蓝的吸附动力学和吸附等温线.结果表明,活化温度900℃,活化时间60 min,浸渍比1∶5,浸渍时间12 h,当氯化锌质量分数为20%时,制得相应活性炭的碘值为1 122.79 mg.g-1,亚甲基蓝吸附值为136.50 mg.g-1.亚甲基蓝在活性炭上的吸附基本符合Langmuir方程,且准二级动力学模型能很好地描述活性炭对亚甲蓝的吸附过程;热力学研究表明,吸附吉布斯自由能(ΔG0)<0,而焓变(ΔH0)>0,说明吸附为吸热的自发反应过程,升温有利于吸附.     

磷酸活化纺织固体废弃物制备活性炭及表征

以纺织固体废弃物为原料,磷酸为活化剂,采用一步活化法制备活性炭。采用正交实验研究了磷酸浓度、浸渍时间、活化温度和活化时间对活性炭吸附性能的影响,得到最佳工艺条件,借助氮吸附等温线、BET方程、BJH方程、SEM和FTIR分析了活性炭孔结构和表面化学性质。结果表明:最佳工艺条件为磷酸浓度40%(质量分数)、浸渍时间24h、活化温度500℃、活化时间30min。最佳条件下活性炭碘值为967mg/g,亚甲基蓝值为112mL/g,BET比表面积为1107.51m2/g,总孔容积为1.239cm3/g,中孔容积为1.024cm3/g,中孔占82.65%。活性炭表面具有羟基、羰基、内酯基和多种含磷官能团。     

磁性水滑石双金属催化剂吸附-催化氢还原去除水中高氯酸盐的研究

采用化学共沉淀法制备磁性钯钴水滑石催化剂（M-Pd/Co@CHT）,用于吸附催化还原去除水中的高氯酸盐.同时,研究了不同溶液pH值、催化剂投加量、温度、共存离子和氢气流量等因素的影响,考察了吸附动力学和等温吸附过程.最后对反应前后材料进行表征,以明确吸附催化氢还原反应机理.结果表明：在较宽的pH范围（5~10）内,M-Pd/Co@CHT显示出对高氯酸盐较高、较稳定的吸附效率;伪二阶动力学模型和Langmuir模型能很好地拟合催化剂对高氯酸盐的吸附规律,说明该吸附过程是近似单层的化学吸附,最大单层吸附容量为172.65 mg·g^-1;温度、投加量和供氢气量对M-Pd/Co@CHT加氢催化还原高氯酸盐有显著的影响,当高氯酸盐初始浓度为10 mg·L^-1时,在最优实验条件下30 min可以去除约54%的高氯酸盐;利用XRD、FTIR、BET、XPS及VSM等手段对M-Pd/Co@CHT进行表征,结果表明,介孔M-Pd/Co@CHT可以有效吸附或催化高氯酸盐;高氯酸盐首先被吸附至M-Pd/Co@CHT上从而恢复其层状结构,而后在Pd/Co二元金属催化剂的作用下被氢还原去除;利用外加磁场能够实现材料的固液分离,可以有效地避免二次污染.     

双功能介孔吸附材料的制备及其同时吸附废水中Cd2+和Cr2O72-的研究

采用直接法和后嫁接法成功制备出骨架掺杂Al原子,孔道表面接枝大位阻含胺基基团的双功能介孔硅基吸附材料.采用SAXRD、TEM、FTIR、NH3-TPD等手段对合成材料进行表征,结果表明合成的双功能AN-SBA-15具有有序的二维六方介孔结构,孔道表面的Al-OH与胺基不会发生自发复合反应.对模拟废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)的同时吸附去除实验研究表明AN-SBA-15具备同时吸附废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的能力,吸附最佳pH值为5.0,吸附在40 min就达到平衡.AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层吸附.由Langmuir模型拟合出的AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的最大吸附容量分别为125.9 mg·g~(-1)和156.5 mg·g~(-1).此外AN-SBA-15具备良好的脱附再生能力.     

NaHCO3活化荞麦皮生物炭对碘帕醇的吸附

采用NaHCO₃活化荞麦皮生物炭,优化得到生物炭0.25N-BC[m（NaHCO₃）：m（荞麦皮）=0.25：1],通过SEM、BET、XRD、Raman、FTIR和XPS等方法进行表征,分析NaHCO₃对生物炭理化性质的影响,探究其对非离子型碘代X射线造影剂碘帕醇（IPM）的吸附性能和机制.结果表明,与荞麦皮生物炭相比（BC）,NaHCO₃活化生物炭的结构缺陷程度更高（比表面积和孔体积分别由480.40 m²·g^-1和0.29 cm³·g^-1增至572.83 m²·g^-1和0.40 cm³·g^-1,I_D/I_G是BC的1.22倍）,表面含碳和含氧官能团数量发生显著变化,极性增强[（N+O）/C由0.15增至0.24],能够有效吸附IPM,0.25N-BC对IPM最大吸附量达到74.94 mg·g^-1,是BC （7.88 mg·g^-1）的9.51倍.拟二级吸附动力学和Langmuir、Freundlich等温线模型可很好地拟合0.25N-BC对IPM的吸附,吸附过程主要以化学吸附和单层、非均质多层吸附为主;孔隙填充、氢键、π—π和n—π相互作用是0.25N-BC吸附IPM的主要机制.对比不同碱[KOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、KHCO₃和Ca （HCO₃）₂]活化荞麦皮生物炭对IPM的吸附,0.25N-BC吸附效率高,达到吸附平衡时间短,能有效去除实际水体（二沉池出水和湖水）中IPM的残留,并具有良好的循环使用性能,吸附-解吸3次后对IPM的去除率仍保持在74.91%.研究表明NaHCO₃活化荞麦皮生物炭是一种绿色有效,可持续去除含碘有机物的优良吸附剂.     

GAC-O3/H2O2体系去除准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物的研究

为了降低准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物浓度和提高体系可生化性,构建了GAC(粒状活性炭)-O_3/H_2O_2体系催化降解矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物.同时,考察了体系O_3、GAC和H_2O_2投加量、初始pH值对GAC-O_3/H_2O_2体系处理渗滤液尾水的影响,并使用分子量分布、紫外-可见光谱和三维荧光光谱解析了难降解有机物在GAC-O_3/H_2O_2体系的转化机制.结果表明:在GAC投加量为10 g·L-1,O_3投加量为32.16 mg·min-1,H_2O_2投加量为3 m L·L-1,初始pH值为5的条件下,反应20 min后,其渗滤液尾水的COD和UV245分别从700.08 mg·L~(-1)和0.488下降到393.85 mg·L~(-1)和0.244,COD和UV254的去除率分别为43.80%和50.00%.经GAC-O_3/H_2O_2体系处理后,得益于含芳香环有机物的有效降解,渗滤液尾水中大分子有机物(大于50 k Da)明显减少,分子量小于1 k Da的有机物比例增多.与此同时,紫外区类富里酸荧光区及可见光区类富里酸荧光区峰值也大幅降低,其去除率分别为70.20%和58.69%,B/C从0.04增加到0.35,这也使得废水可生化性大幅提高.     

TiO2@酵母复合微球固定床吸附荧光增白剂-VBL的研究

研究了Ti O2@酵母复合微球在固定床中吸附阴离子型荧光增白剂-VBL(FWA-VBL)的特性,考察了溶液p H(2.0~8.0)、床层高度(1~3 cm)、进水浓度(20~80 mg·L-1)和进水流速(5~11 m L·min-1)等因素对固定床吸附特性的影响.结果表明在溶液p H为2.0,床层高度为1 cm,进水浓度为80 mg·L-1和进水流速为5 m L·min-1时,吸附剂的最大吸附量为223.80 mg·g-1.BDST、Thomas和Yoon-Nelson模型均能很好地描述不同条件下动态吸附行为,相关系数均大于0.980.同时,Ti O2@酵母复合微球具有很好的再生性能,可以重复利用4次.     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

淀粉稳定Fe3O4纳米粒子对水中As(V)的吸附特性研究

以可溶性淀粉作为稳定剂制备纳米Fe_3O_4粒子,探讨了反应时间、p H值、初始砷浓度和腐殖酸对Fe_3O_4纳米粒子吸附水体中As(V)的吸附效果影响.实验结果表明,淀粉稳定的Fe_3O_4纳米粒子对水体中As(V)的吸附动力学过程符合准二级动力学,吸附等温线符合Langmuir吸附模型;吸附容量随着溶液p H的增加逐渐降低,在p H为8.0的弱碱性水体中对As(V)的最大吸附容量可达202.56 mg·g~(-1);此外,腐殖酸(HA)能降低纳米粒子对As(V)的吸附能力.     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

多种材料对水中氨氮的吸附特性

针对黑臭水体中氨氮难以去除的问题,选取沸石、麦饭石、硅藻土、膨润土和活性炭这5种材料,通过实验考察所选材料对水中氨氮的吸附性能.结果表明,准二级动力学方程更加适用于5种材料的数据拟合,得出最大吸附量分别为2. 067 3、0. 998 2、0. 758 0、1. 748 6和1. 016 0 mg·g~(-1),且接近实验值,因此化学吸附是主要的吸附方式;采用Langmuir和Freundlich等温方程对数据进行拟合,得出硅藻土更适合Langmuir等温方程,属于单层吸附,其他4种材料则更加适合Freundlich等温方程为多层分子吸附,且5种材料的吸附都为有利吸附;通过投加量实验得知,沸石、硅藻土、膨润土和活性炭对氨氮去除率随投加量增加而升高,最大去除率分别为100%、10. 46%、49. 25%和16. 87%,而麦饭石先升高后降低,投加量为0. 4g时,取得最大值为48. 85%;在p H为4～10,沸石和麦饭石吸附量先增加后减少,而硅藻土、膨润土和活性炭的吸附量缓慢升高; 5种材料氨氮解吸量随初始浓度升高而升高.     

外加微量N2H4下SBR中硝化微生物特性

运行实验室规模单级硝化序批式反应器(SBR),研究长期外加微量N_2H_4(约3 mg·L~(-1))对硝化污泥中功能微生物好氧氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)的影响.结果表明,外加微量N_2H_4的硝化污泥中,AOB主要属于亚硝化球菌(Nitrosococcu)属和亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)属,另有少部分属于亚硝化螺旋菌(Nitrosospira)属,NOB属于硝化杆菌(Nitrobacter)属.外加微量N_2H_4前后,AOB amoA基因拷贝数(以干污泥计)由1.0×10~9copies·g~(-1)减少为2.09×10~4copies·g~(-1),NOB nxrB基因拷贝数由1.28×10~7copies·g~(-1)减少为2.56×10~5copies·g~(-1).AOB对环境因素较NOB相比更为敏感,N_2H_4对硝化微生物的抑制与毒性作用使外加微量N_2H_4的硝化污泥中AOB流失幅度大于NOB,但定量PCR方法无法准确比较N_2H_4对AOB与NOB活性抑制的强弱.长期外加微量N_2H_4破坏硝化微生物活性,使反应器崩溃.因此在没有厌氧氨氧化菌(AnAOB)消耗N_2H_4的亚硝化系统中,企图通过调控外加N_2H_4浓度水平抑制NOB活性,从而进一步洗脱NOB提高脱氮性能可能无法实现.