羟基磷灰石/蔗渣炭复合吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附机理

以甘蔗渣为原料,采用水热合成法制备羟基磷灰石/蔗渣炭复合吸附剂--HBA,通过静态吸附试验研究HBA对As（Ⅴ）的吸附特性,并采用红外光谱和X射线光电子能谱对吸附前后的HBA进行表征,探讨其吸附As（Ⅴ）的机理.结果表明:HBA的比表面积为89.52 m2/g,pH_zpc（零点电荷）=7.2,HBA上的羟基磷灰石的分子式为Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂.HBA吸附As（Ⅴ）的效果最佳pH为5.0~9.0.Langmuir等温吸附模型适合拟合HBA对As（V）的吸附等温线,25℃时Langmuir最大吸附量为6.76 mg/g,是蔗渣炭对As（Ⅴ）最大吸附量的20多倍.红外光谱分析表明,HBA含有的＝C＝O、─OH、─COOH等含氧官能团,可为化学吸附提供充足的吸附位点和提高HBA的吸附能力.XPS分析表明,HBA表面的含氧官能团[如羧基（─O─C＝O,532.2 eV）、羟基（─OH,530.6 eV）]参与了吸附反应,羟基磷灰石能提高HBA吸附As（Ⅴ）的能力,被吸附到HBA表面上的As主要以AsO₄3-和HAsO₄2-形态存在.      

中药渣生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附及机理研究

以传统中药-黄芪废渣为原料,分别在200℃、400℃、500℃、600℃和700℃的厌氧氛围下热解制备生物炭材料（BC200、BC400、BC500、BC600和BC700）,并利用BET比表面积分析、FTIR光谱分析、扫描电子显微镜等方法对其进行表征,同时考察不同投加量、吸附时间、初始浓度和pH值下生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附特征.结果表明,随制备温度的升高,生物炭的表面积及吸附性能也显著增加.相比原状黄芪渣（S_BET=0.42m²/g）,BC700的BET比表面积（S_BET=155.69m²/g）增大370倍,对磺胺甲基嘧啶的吸附容量增加185倍.BC700对磺胺甲基嘧啶的等温吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.9977）,最大吸附容量为11.96mg/g,吸附反应过程满足准二级动力学方程（R²>0.994）,且为化学吸附.同时随着溶液初始pH值和投加量的升高,生物炭的吸附容量先增大后减小,最佳吸附pH值为4.     

活性炭中孔结构对双组分染料的竞争吸附

为探讨GAC(颗粒活性炭)的V_mes(中孔孔容)对双组分染料吸附行为的影响,对GAC进行改性,得到V_mes分别为0.16、0.25、0.30、0.50 cm3/g下的中孔GAC,并对MB(亚甲基蓝)、CV(结晶紫)、MO(甲基橙)进行了单组分和双组分体系的吸附试验.结果表明:①单组分体系中,随着V_mes的增加,各染料的饱和吸附量均增大,MB从88.98 mg/g增至226.69 mg/g;CV从56.04 mg/g增至105.17 mg/g;MO从64.87 mg/g增至129.66 mg/g.②在由MB和MO组成的分子量接近的双组分体系中,两种染料表现为拮抗作用;随着V_mes的增加拮抗作用增强,并且对MB的拮抗作用大于对MO的作用.③在由MB和CV组成的分子量相差较大的双组分体系中,对于分子量较小的染料MB表现出拮抗作用,随着V_mes的增加,拮抗作用逐渐减小;对于分子量较大的染料CV来说,随着V_mes的改变吸附行为发生改变,当V_mes小于0.25 cm3/g时表现为协同作用,大于0.30 cm3/g转变为拮抗作用,并且随着V_mes的增大逐渐增强.研究显示,染料分子的物理形态对双组分物质竞争吸附的影响起到决定性作用,而吸附剂V_mes的增加促进了对单双组分染料分子的吸附容量增加.      

污泥基活性炭-甲醇工质对吸附/解吸特性

将市政生物污泥资源转化与吸附制冷能效提升相交叉融合,通过炭素前驱体进行复配、KOH催化炭化及磷酸催化活化相结合的压块炭改进工艺对污泥基活性炭的孔结构进行原位调控,制备了4种新型污泥基活性炭（WNC-4/3/2/1）;对比研究了以污泥炭和甲醇制冷剂为工质对的吸附制冷床的吸附/脱附循环、制冷量及制冷功率变化特性.结果表明： KOH和磷酸浸渍过程可分别促进微孔及中孔结构的发育,WNC-4的总孔、微孔及中孔容积分别达到0.6960,0.1641和0.5319cm³/g.比表面积与孔结构容积水平的同步提升与甲醇制冷剂吸附/脱附量呈良好的相关性（R²>0.90）.基于Langmuir吸附等温模型（R²=0.9939）计算的最大吸附量Q_L^*达到（552.67±23.83）mg/g;基于Sokoda-Suzuki方程计算的40min内的平衡吸附量和脱附量分别为（372.94±9.504）和（412.55±8.309）mg/g.脱附温度为100℃时,WNC-4吸附制冷系统的稳定脱附量、制冷量和制冷功率分别达到（328.81±10.74）mg/g,（300.34±9.81）kJ/kg和（600.68±19.62）kJ/（kg·h）.     

载钠硅碳羟基磷灰石的制备及其对水中As(Ⅴ)的吸附特性

由于自然和人为活动导致自然水体和土壤被As（砷）污染,严重危及生态环境并已受到广泛关注.为实现更大程度地去除含As废水的新型吸附材料,以废弃蛋壳为原材料,采用超声波法制备多孔状且较大比表面积的Na-Si-CHAP[Ca_10-xNa_x（PO₄）_6-y-z（SiO₄）_z（CO₃）_y（OH）_2-α,载钠硅碳羟基磷灰石],深入分析去除含As（Ⅴ）废水的吸附特性.通过BET比表面积、扫描电镜（SEM）、EDX（能量色散X射线光谱）、X-射线衍射（XRD）等手段对样品进行表征,并进一步探讨了pH、吸附时间、初始ρ[As（Ⅴ）]以及反应温度等因素对吸附效果的影响.结果表明:在pH为6.0、作用时间为60 min、反应温度为313 K等优化条件下,0.2 g Na-Si-CHAP对100 mL 30 mg/L含As（Ⅴ）废水的去除率和平衡吸附容量分别为96.53%和14.48 mg/g.Langmuir等温吸附模型较好地拟合了吸附试验数据,313 K下相关系数（r2）高达0.998 0,饱和吸附容量达46.73 mg/g,明显高于其他同类材料;准二级动力学模型可较好地描述该吸附行为,相关系数高达0.999 9;热力学参数△G（吉布斯自由能变）、△H（焓变）和△S（熵变）的计算值显示,该吸附过程为自发吸热过程.研究显示,Na-Si-CHAP作为一种吸附剂,对含As（Ⅴ）的去除效果明显优于同类材料.      

铁盐浸渍强化污泥活性炭-甲醇热质传递特性

针对以市政污泥为核心的炭素前驱体开展原位铁盐浸渍磁修饰,通过响应曲面试验设计优化并制备了新型原位浸渍炭IM-WNC;以成品炭的后浸渍磁修饰炭PM-WNC为参比,考察了原位浸渍与后浸渍磁修饰过程对污泥活性炭-甲醇工质对的吸附/解吸速率、吸附等温线、吸附床传热性能、制冷量及制冷功率等方面的影响。结果表明:与后浸渍过程相比,原位铁盐浸渍有利于保持污泥炭总孔容积(0.6608cm³/g)及比表面积(1122m²/g)水平,能显著提升致密化污泥炭IM-WNC的导热系数(600kg/m³,4.586W/(m·K))、甲醇Sokoda&Suzuki平衡吸附量((528.74±15.86)mg/g)和Langmuir最大吸附量((673.99±13.52)mg/g)。升温脱附与冷却吸附循环体系内,IM-WNC致密化吸附床中心温度峰谷差值可达到69.07℃。当循环时间为76min,解吸温度为100℃时,IM-WNC吸附制冷床的制冷量和制冷功率分别达到501.43kJ/kg和799.06kJ/(kg·h),较PM-WNC分别提升了15.61%和18.69%。     

La2O3纳米颗粒对水溶液中As (Ⅲ)的吸附

以十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）为表面活性剂,采用共沉淀法制得La₂O₃纳米颗粒。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和比表面积分析仪（BET）对La₂O₃纳米颗粒进行分析。采用批实验考察了溶液pH、典型阴离子和离子强度等因素对La₂O₃纳米颗粒吸附溶液中As （Ⅲ）的影响,并对吸附动力学、吸附等温模型及吸附机理进行研究。结果表明:添加质量分数为0.2%的CTMAB时制得的La₂O₃对As （Ⅲ）的吸附效果最好。当溶液pH为5~9时,As （Ⅲ）去除率较高,可达85.36%。溶液中共存的SO2-₄和CO2-₃对As （Ⅲ）的吸附影响较小,而SiO2-₃和PO₄3-增加到10 mmol/L时,As （Ⅲ）去除率从85.36%分别降低至39.14%和25.36%。离子强度对As （Ⅲ）的吸附影响较小,表明该吸附过程为内层吸附。La₂O₃纳米颗粒对As （Ⅲ）的吸附符合伪二级反应动力学和Langmuir吸附等温模型,表明该吸附为单分子层吸附,理论最大吸附量为45.5 mg/g。La₂O₃纳米颗粒吸附As （Ⅲ）的机理分析为La₂O₃表面羟基化后产生的羟基基团La—OH与As （Ⅲ）反应生成单齿或双齿络合物,从而将As （Ⅲ）从水溶液中去除。     

基于孔结构调控强化BEAC工艺生物降解效能

为进一步提升生物增强活性炭工艺（BEAC）中炭表面的功能菌载持量及生物降解活性,通过CO₂接触氧化与深度活化相结合的压块炭制备改进工艺对煤质净水炭的孔结构进行调控.结果表明：基于改进工艺制备的XHIT型炭的中孔容积（0.7041cm³/g）及中孔容积率（63.95%）显著提高,其表面复合功能菌初始固定化生物量达到9.13mmol/g（以P计）,增殖速率为2.123mmol/（g·d）（以P计）.深度活化产生的高含氧量（9.96%）显著降低了XHIT型炭表面吸附作用对水中溶解氧亲和度（（0.42±0.07）mg DO/L）,功能菌生物降解对水中溶解氧的利用效率达到91.17%.基于XHIT型炭构建的BEAC工艺（通水倍数为39.50m³/kg）对松花江水源水中的微量有机污染物（COD_Mn）的平均去除率达到（70.65±15.22）%,有机污染物累积去除量达到94655.50mg COD_Mn/kg炭.     

两种铁改性生物炭对微碱性砷镉污染土壤的修复效果

改性生物炭作为良好的重金属钝化剂,已被广泛应用于环境修复.为探究不同改性方法对生物炭钝化土壤砷-镉(As-Cd)的影响,采用共沉淀法和浸渍热解法制备铁改性生物炭,通过吸附试验和土壤培养试验,对生物炭性质、吸附As-Cd以及钝化土壤As-Cd的能力进行分析.结果表明,两种改性方法均可提高生物炭铁含量和零电荷点,且共沉淀法制备的铁改性生物炭(FeBC-1)负载的铁矿物主要为Fe₃O₄、 FeO(OH)和γ-Fe₂O₃等,而浸渍热解法制备的铁改性生物炭(FeBC-2)主要为α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃等铁氧化物.FeBC-1对As和Cd均展现出很强的吸附去除能力,去除率达21.40%～34.14%,可显著促进土壤中非专性吸附态As向残渣态As转化,而FeBC-2仅对As具有较好的吸附效果.BC、 FeBC-1和FeBC-2对Cd的吸附能力与自身的阳离子交换量(CEC)呈正比,其中,BC对Cd的吸附去除效果优于FeBC...     

改性纳米零价铁对稻田土壤As污染的修复效能

为实现对稻田土壤As污染的高效修复,通过制备C-NZVI(壳聚糖基稳定化纳米零价铁),分析其对还原态亚砷酸〔As(Ⅲ)〕的吸附动力学和等温吸附特征,阐明典型竞争性阴离子/分子对C-NZVI吸附As(Ⅲ)效率的影响;在此基础上,重点研究淹水和拮抗性肥料对稻土As的强化溶出效应,揭示C-NZVI对稻土液相As的异位吸附去除与原位补充钝化作用.结果表明:准一级动力学和Langmuir等温吸附模型能很好地描述C-NZVI对As(Ⅲ)的吸附过程特征,该材料对As(Ⅲ)的最大吸附量为145.09 mg/g;当竞争性K₂HPO₄、H₃BO₃、Na₂SiO₃和CH₃COOH的摩尔浓度为0.05~0.50 mmol/L时,C-NZVI对As(Ⅲ)的去除率依然高达99%.在对稻田土壤进行淹水和依次施用NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂C₂O₄、Na₂SiO₃三种拮抗性肥料条件下,稻土中累积溶出w(水溶态As)(18.1 mg/kg)达到土壤w(As)的30.0%;对强化溶出反应后的淹水稻土进行排水并利用C-NZVI对各步分离获得的含As液相进行异位吸附,As去除率为91.3%~99.8%,该过程使稻土中w(As)减少43.4%~52.6%;进一步利用1%和5%的C-NZVI对强化溶出后的稻土进行补充钝化,可使稻土中w(非专性吸附态As)降低94.7%~100%.研究显示,淹水强化条件下,利用C-NZVI对稻田土壤As污染进行异位去除与原位钝化的联合修复可为有效减控稻田土壤As生物有效性提供有益途径.      

天然磁黄铁矿吸附水中As(Ⅲ)的性能及机理

砷是地下水中最常见的污染物之一,过量摄入会严重危害人体健康。含铁矿物可以高效去除水中的As。以天然磁黄铁矿为As（Ⅲ）吸附剂,研究了吸附过程中的动力学、等温线和热力学,以及pH、无机阴离子对As（Ⅲ）吸附去除的影响。结果表明:磁黄铁矿对As（Ⅲ）的吸附在48 h可达到平衡;吸附过程符合Langmuir等温模型,在As（Ⅲ）初始浓度为1~200 mg/L,23~33 ℃下,天然磁黄铁矿对As（Ⅲ）的饱和吸附量（以As计）为3.5~4.5 mg/g;吸附量随着温度升高而增大,吸附过程表现为自发吸热熵增反应;在pH为7时,吸附效果达到最佳去除率（95.51±0.30）%;PO₄3-对吸附有明显的抑制作用。X射线电子能谱分析表明,吸附过程包括物理吸附和化学吸附,即包括矿物自身缺陷结构导致的位点吸引、As和S配位离子交换及氧化还原产物羟基氧化铁的配位沉淀。表明利用磁黄铁矿吸附As（Ⅲ）,简化了传统材料和方法上将As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ）的烦琐步骤,有较好应用前景。     

高效除砷分子筛新型材料制备及其吸附特性研究

为提高4A分子筛(MS)对水溶液中砷的吸附性能,以MS为载体,采用浸渍法制备载铁分子筛(FMS)和铁锰分子筛(FMMS)作为除砷吸附剂,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积测试法(BET)等手段对MS和FMS微观结构特点进行表征,并开展批次试验考察FMS和FMMS对水中五价砷(As5+)和三价砷(As3+)的吸附效果,对FMS吸附As5+过程进行吸附动力学、等温吸附试验和吸附热力学等拟合.结果表明:①铁盐浸渍改性能有效提高MS比表面积、改善其表面结构,改性后FMS是一种窄孔径、尺寸均匀的介孔材料,比表面积和孔体积分别从27.38 m2/g和0.068 cm3/g增至281.25 m2/g和0.16 cm3/g,平均孔径由9.93 nm减至2.21 nm;MS微观结构由密实粗糙颗粒转变为疏松多孔隙结构.②FT-IR表明,铁盐浸渍形成的铁氧化物主要与MS结构中O—H、Al—O和Si—O结合;批次试验设定ρ(As5+)为4 mg/L,与MS相比FMS对As5+的去除率约提高70%.③吸附动力学结果显示,FMS对As5+的吸附过程符合准二级动力学模型,相关系数(R2)达0.99,反应过程中化学吸附起主要作用.④等温吸附试验表明,FMS对As5+吸附过程与Freundlich等温吸附模型拟合程度较高,相关系数(R2)达0.98,计算最大吸附容量为9.9 mg/g.⑤热力学参数ΔG、ΔH和ΔS计算表明,温度升高有利于FMS吸附砷,反应过程中FMS表面固体与溶液的混乱度上升.⑥与FMS相比,FMMS对As3+吸附性能有效提高,ρ(As3+/As5+)(As3+与As5+共存条件下溶液质量浓度)分别为2.0、4.0、6.0 mg/L下,FMMS去除率分别约提高26.34%、28.06%和28.09%.研究显示,利用铁盐浸渍法对MS改性可有效提升其对As5+和As3+的吸附容量,发挥材料的实际运用价值.      

纳米二氧化钛对三价砷在大型蚤体内累积与毒性的影响

nTiO₂（纳米二氧化钛）可作为其吸附污染物的运输载体而影响污染物在生物体内的累积与毒性,为明晰nTiO₂吸附As（Ⅲ）（三价砷）后作为As的运输载体对水生物体内As累积与毒性的影响,以大型蚤（Daphnia magna）为受试生物,通过室内培养试验,研究了不同nTiO₂浓度、As（Ⅲ）不同暴露水平相互作用下蚤体中As与Ti的累积含量、毒性及其潜在作用机制.结果表明,nTiO₂可在30 min内吸附As（Ⅲ）至平衡,其中2、20 mg/L的nTiO₂对75 μg/L As（Ⅲ）的吸附率分别可达31.38%、51.84%,蚤体内As的累积含量分别为对照组的2.9和3.8倍,表明nTiO₂可作为运输载体提高As（Ⅲ）在大型蚤体内的累积;但不同As暴露水平下蚤体As和Ti含量的相关关系表明,nTiO₂作为载体的运输作用可能会因As暴露水平的增加而减弱.另外,nTiO₂虽然作为运输载体提高了As（Ⅲ）在大型蚤体内的累积,但并未增加As（Ⅲ）对大型蚤的毒性.添加2、20 mg/L的nTiO₂后,As（Ⅲ）对大型蚤的24 h IC₅₀（半抑制浓度）分别从0.93 mg/L增至2.53和2.97 mg/L,表明nTiO₂降低了As（Ⅲ）对大型蚤的毒性.研究显示,nTiO₂虽增加了As（Ⅲ）在大型蚤体内的累积,但却降低了As（Ⅲ）对大型蚤的毒性,这有利于对nTiO₂及其复合重金属污染风险的深入认识.      

Modified activated carbon with interconnected fibrils of iron-oxyhydroxides using Mn2 + as morphology regulator, for a superior arsenic removal from water

The arsenic removal efficiency of iron-modified activated carbons depends greatly on the number of available iron oxide surface sites, which are given by the surface area of the anchored particles. In this sense, aiming the generation of an adsorbent with superior arsenic adsorption capacity, we developed a protocol to anchor interconnected fibrils of iron oxyhydroxides, using Mn^2 + as a morphology regulator. The protocol was based on a microwave-assisted hydrothermal method, using bituminous based activated carbon and both Fe^2 + and Mn^2 + ions in the hydrolysis solution. The elemental analysis of modified carbons revealed that Mn does not anchor to the carbon. However, when Mn is included in the hydrolysis solution, the iron content in the activated carbon increased up to 3.5?wt%, without considerable decreasing the adsorbent surface area. Under specific hydrothermal conditions, the Mn^2 + promoted the formation of iron oxide nanoparticles shaped as interconnected fibrils. This material showed a superior arsenic adsorption capacity in comparison to similar iron modified activated carbons (5?mg As/g carbon, at 2?mg As/L), attributed to the increase in quantity and availability of active sites located on the novel interconnected fibrils of iron oxyhydroxides nanostructures.     

钛改性锰矿的除砷效果及机理研究

天然锰矿是一种廉价、易得的除砷矿物材料,为了进一步提高天然锰矿的除砷效果和吸附容量,采用TiCl4对广西桂林天然锰矿进行改性,并对其改性的条件进行优化。实验结果表明最佳的改性条件为:TiCl4浓度为10 mg/L,浸泡时间为18 h,pH=3.05,振荡吸附时间为1 h。与天然锰矿的去除效率(82.95%和77.93%)相比,改性锰矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除率分别可达94.87%和99.31%,相应的饱和吸附量分别为3.48 mg/g和3.27 mg/g,较天然锰矿各自提高了1.25 mg/g和1.21 mg/g。改性锰矿对As(Ⅲ)的吸附符合Freundlich等温吸附模型,对As(Ⅴ)的吸附更符合Langmuir等温吸附模型。     

河口沉积物对砷的吸附性能及影响因素

对比分析了砷在辽东湾营口河口外侧近海域沉积物和河口内侧河流段沉积物上的含量和吸附行为,并探讨了主要影响因素.结果表明,海域沉积物和河流段沉积物中As含量分别为7.5和4.0 mg/kg,相对于As的效应临界浓度TEL值7.2 mg/kg,海域沉积物中有一定的As污染.河口外侧近海域沉积物由于铁锰铝等金属和有机质含量较高...     

铁硫化物对高砷地下水中As(Ⅲ)的去除效果研究

高砷地下水具有极高的毒性,人类长期饮用高砷地下水可造成砷中毒。在查明山阴地区高砷地下水污染特征的基础上,将室内批试验与PHREEQC软件数值模拟相结合,考察了投料比、pH值对铁硫化物除砷效果的影响,为原位修复高砷地下水工艺确定了最佳条件。结果表明:山阴地区砷超标地下水样的pH值为7.6~8.5,总砷浓度为17~242μg/L;反应体系的投料比和pH值是影响铁硫化物除砷效果的关键因素;仅投加Na₂S对地下水中As(Ⅲ)的去除效果极差,提高FeCl₂相对于Na₂S的投加量能有效地增大铁硫化物除砷的效果;当pH=7、投料比c[FeCl₂∶Na₂S∶As(Ⅲ)]为24∶12∶1时,铁硫化物对地下水中总砷的去除率可达99.6%,反应后的地下水中砷浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求;与弱酸性条件相比,弱碱性环境更有利于铁硫化物除砷;PHREEQC软件数值模拟结果显示,试验条件的改变会影响砷硫化物和铁硫化物的饱和指数(SI),从而影响铁硫化物对地下水中砷的去除效果。     

疏水改性分子筛在高湿度环境下对甲苯的吸附性能

工程实践中Y分子筛在高湿度环境下吸附性能大幅降低,通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)预处理后进行mesoSiO₂壳层生长得到Y@mesoSiO₂,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过化学气相沉积法接枝到Y@mesoSiO₂壳层上,可获得疏水特性优异的Y@mesoSiO₂-S核壳分子筛。采用SEM、TEM、XRD、XPS和比表面积及孔径分析仪对改性前后Y分子筛形貌和结构进行分析,通过静态和动态吸附实验评价其对水和甲苯的吸附性能。结果表明：mesoSiO₂壳相在核相Y分子筛外表面成功生长,并将PDMS成功接枝在Y@mesoSiO₂壳层后,Y@mesoSiO₂-S的BET比表面积相比Y分子筛增加了2%;静态水蒸气吸附量从298 mg/g降至79 mg/g,动态水蒸气吸附量从245 mg/g降至76 mg/g,材料表面与水接触角得到显著提升。在RH80%时,Y@mesoSiO₂-S和Y分子筛对甲苯的饱和吸附量分别为167...