Fe2O3/PC功能化复合多孔炭材料的制备及除磷机理

采用热活化法辅以加压超声浸渍技术将硅酸盐水泥颗粒（PC）和Fe₂O₃负载于稻壳生物炭（RHC）的表面,得到了具有优异除磷效能和高选择性吸附性能的Fe₂O₃/PC功能化复合多孔炭材料（Fe-PC/RHC）.基于磷吸附容量和磷去除率,对PC和Fe³⁺负载进行量的优化;选取优化炭进行比表面积、孔径分布、物相结构、表面结构、微观形貌和零电位点表征测定.结果表明：复合炭材料表面均匀分散着硅酸钙盐、硅酸铁盐和Fe₂O₃等矿物活性颗粒,对其比表面积、孔结构和吸附性能具有增强作用;当RHC：PC=0.8：1（质量比）,Fe³⁺：RHC=2：1（2 mmol·g^-1）时制备的炭材料Fe₂-PC/RHC,投加0.2 g,处理100 mg·L^-1的磷酸盐溶液,在pH=6~8的条件下表现出了优异的吸附性能;铁盐的掺杂能有效调控介质pH值从11.09降低至7.71,zeta电位从2.82提高到7.57;准二级动力学模型和Langmiur模型更适用于描述Fe₂-PC/RHC吸附磷酸盐的过程,吸附4 h后逐渐趋于平衡,饱和吸附量为69.92 mg·g^-1;在几种常见阴离子和阳离子共存的情况下,Fe₂-PC/RHC对磷酸盐仍然表现出了优异的选择性吸附;结合吸附前后材料的表征结果,化学吸附是主要的除磷机理,此外还可能存在配体交换和静电吸引.     

胺硫改性生物炭对水溶液中不同重金属离子的吸附特性及吸附稳定性

以玉米秸秆为原料热裂解制备生物炭,利用二乙烯三胺和二硫化碳,通过酸化氧化,曼妮希反应胺基改性、二硫化碳巯基取代对生物炭进行胺硫双基团改性,研究胺硫改性生物炭（BC-SN）对Pb²⁺、Ni²⁺及Cd²⁺在单一和三元体系下的吸附特性和吸附稳定性.表征分析证实了生物炭表面胺硫双基团改性成功,且具有比表面积大、表面官能团丰富的特点.对吸附过程进行了pH值、吸附剂投加量和吸附平衡时间的研究.结果表明,单一体系下,吸附平衡时间为4 h,最佳投加量为1、0.8和1.2 g·L^-1,吸附满足准二级动力学方程;三元体系下,吸附平衡时间缩短到1.5h,最佳投加量为0.4、1.6和0.8 g·L^-1,选择吸附顺序为Pb²⁺ > Cd²⁺ > Ni²⁺,吸附总量为0.67 mmol·g^-1,均大于单个重金属离子的吸附量,说明BC-SN对3种重金属离子共存下的污染水体处理效果更好.Pb²⁺和Cd²⁺的吸附以重金属硫化物和螯合氨基形式稳定结合,Ni²⁺的为多种官能团的混合吸附;Pb²⁺和Cd²⁺竞争吸附时结合能更高,吸附稳定性强.     

壳-核结构Fe3O4/MnO2磁性吸附剂的制备、表征及铅吸附去除研究

采用共沉淀法制备了具有壳-核结构的磁性吸附剂Fe₃O₄/MnO₂,对其性质进行了系统表征,并对其铅吸附行为进行了初步研究.透射电镜(TEM)结果表明,Fe₃O₄/MnO₂为大小不规则的纳米级细小颗粒.X-射线衍射仪(XRD)表征结果表明,Fe₃O₄/MnO₂具有尖晶石的结构.振动样品磁强计(VSM)测得比饱和磁化强度为54.7 A·m²·kg^-1, 吸附剂磁性较强,易于磁分离;BET比表面积为76.5 m²·g^-1.吸附试验结果表明,Fe₃O₄/MnO₂对铅具有良好的去除效果(特别是在低平衡浓度情况下),最大吸附量为142.0 mg·g^-1(pH=5.0);Langmuir等温线能更好地拟合Fe₃O₄/MnO₂对溶液中铅的吸附(R²=0.852);吸附速率较快,在初始30 min内可达到平衡吸附量的80%,准二级动力学模型(R²=0.959)能较好地描述吸附过程;溶液pH对Fe₃O₄/MnO₂吸附铅的影响较为明显,随pH升高,吸附量增大,但离子强度变化对吸附影响不大.     

纳米磁性磷酸二氢钙对Cd的吸附、回收与再生

以Ca（H₂PO₄）₂、铁盐与亚铁盐为原料,采用共沉淀法制备成纳米磁性材料Ca（H₂PO₄）₂@Fe₃O₄（NMCDP）,研究其对Cd²⁺的吸附、回收与再生效果.透射电镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）显示,NMCDP粒径约60 nm,稳定性良好,饱和磁化强度为30.9 emu·g^-1.吸附动力学表明,NMCDP对Cd²⁺的吸附1 h之内即可达到平衡,符合准二级动力学模型.吸附热力学表明,NMCDP对Cd²⁺的吸附符合Langmuir与Freundlich等温吸附模型,最大吸附量为142.50 mg·g^-1.在pH值由2增加到3时,吸附量随溶液初始pH值的升高而增加,当pH值大于3后,逐渐保持稳定;溶液中共存离子Na⁺、Mg²⁺、Cu²⁺对材料吸附Cd²⁺均有一定的影响,影响程度Cu²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺.采用0.01 mol·L^-1 HCl与EDTA-Na₂均可解吸出部分吸附的Cd²⁺,以EDTA-Na₂解吸率较高,达到68%,从而实现NMCDP的再生.     

超顺磁性纳米Fe3O4@SiO2功能化材料对镉的吸附机制

含镉废水的处理对于重金属镉的排放控制具有重要的意义.通过共沉淀法制备出了超顺磁性纳米Fe₃O₄@SiO₂功能化材料（MFS）,采用等温吸附实验和动力学实验方法研究了MFS对Cd²⁺的吸附热力学和动力学特征,并借助BET、XRD和SEM等结构表征研究了MFS对Cd²⁺吸附过程及机制.结果表明,MFS对Cd²⁺有较好的吸附效果,Langmuir方程能极好地描述吸附等温特征,最大吸附容量值为69.49 mg·kg^-1;吸附反应的自由能变ΔG、焓变ΔH和熵变ΔS表明MFS材料对Cd²⁺的吸附是自发、吸热和熵增的过程;反应体系最佳初始pH为7;溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-、Ca²⁺和NO₃^-这4种干扰离子对吸附反应存在一定的抑制作用;拟二级动力学模型表明MFS对Cd²⁺的吸附过程分为快速的外扩散阶段与缓慢的内扩散阶段;MFS吸附Cd²⁺后经洗脱再生,材料重复使用3次后对Cd²⁺去除率仍达73%以上.BET、XRD、FTIR和VSM结构表征表明SiO₂成功修饰在Fe₃O₄表面,MFS主要成球状,平均粒径为38.7 nm,饱和磁化强度为85.38 emu·g^-1;XRD、EDS和XPS图谱揭示Cd²⁺被成功吸附到材料上,主要机制为Cd²⁺与材料表面的—OH发生配位反应.     

生物炭吸附雨水径流难生物降解有机氮效能及机制

有机氮（ON）在雨水径流氮素污染中起关键作用,但多数研究只关注可生物降解有机氮的生物转化去除,忽略了占比较高的难生物降解有机氮.以生物炭作为吸附剂,探究其对雨水径流典型难生物降解有机氮（吲哚）的吸附效能及机制.结果表明,原始生物炭对吲哚有较高的单位吸附量（45 mg·g^-1）,生物炭投加浓度为0.4 g·L^-1时其表面平均吸附位点利用度最高.H₂O₂和NaOH改性生物炭对吲哚的吸附量是原始生物炭的1.3倍和1.6倍,吸附机制包括疏水相互作用、氢键和π-π电子供体-受体（π-π EDA）作用,以疏水相互作用为主,其中H₂O₂改性通过增加生物炭表面含氧官能团来加强氢键和π-π EDA作用,而NaOH改性生物炭通过大幅提高生物炭比表面积来加强疏水相互作用,故NaOH改性吸附效果更优.综上,生物炭对难生物降解有机氮具有较强去除作用,通过NaOH改性还能大幅提高效率,故在雨水径流氮素污染较高的地区把NaOH改性生物炭作为生物滞留池中的填料有着极大的应用潜力.     

改性西瓜皮生物炭的制备及其对Pb (Ⅱ)的吸附特性

以西瓜皮为原料,使用硫化铵[（NH₄）₂S]对其改性制备生物炭（MBC）,用于对Pb （Ⅱ）进行吸附.探究了溶液pH、吸附时间、吸附剂添加量、Pb （Ⅱ）初始质量浓度和离子强度等因素对Pb （Ⅱ）吸附效果的影响.结果表明,饱和吸附时间为5 h,吸附反应的最佳pH为6,当Pb （Ⅱ）初始质量浓度1000 mg·L^-1,吸附剂添加量为2.0 g·L^-1时,MBC对Pb （Ⅱ）的最大吸附量可达97.63 mg·g^-1,明显高于未改性西瓜皮生物炭（BC）对Pb （Ⅱ）的吸附量.改性西瓜皮生物炭对Pb （Ⅱ）的吸附符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,证明吸附以单分子层化学吸附为主.使用氢氧化钠溶液对吸附Pb （Ⅱ）之后的MBC进行解吸来研究MBC的可重复使用性,在第六次循环中吸附量仍达64.74 mg·g^-1.采用傅立叶转换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、氮吸附（BET）、扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）和Zeta电位对吸附剂进行表征分析,发现吸附机制主要是MBC含氧和MBC含硫基团通过络合作用和沉淀作用来吸附Pb （Ⅱ）.因此,硫化铵改性西瓜皮生物炭可以作为一种高效的Pb （Ⅱ）吸附剂.     

FeCl3改性污泥生物炭对水中吡虫啉的吸附性能研究

以脱水污泥为原料,制备污泥生物炭（SBC）和FeCl₃改性污泥生物炭（Fe-SBC）处理低浓度吡虫啉（IMI）废水（浓度为10 mg·L^-1）,考察SBC和Fe-SBC对IMI的吸附性能及影响因素,并探究其吸附机理.采用SEM、XRD、FTIR、BET及元素分析等探得污泥生物炭FeCl₃改性成功.Fe-SBC对IMI的最大吸附量为4.915 mg·g^-1,是SBC的1.97倍,表现出更好的IMI吸附性能.pH和离子强度的变化对Fe-SBC的吸附性能影响较小,最大波动幅度分别为4.4%和7.8%.两种生物炭对IMI的吸附均符合准二级动力学模型,Freundlich模型可以更好地描述其等温吸附曲线.热力学研究表明,SBC吸附IMI是非自发吸附,而Fe-SBC是自发吸附.Fe-SBC对IMI的吸附机理包括静电作用力、氢键作用力及π-π键相互作用力.多次热解再生后的Fe-SBC对IMI的去除率仍可达93.088%.     

含vgb基因的重组毕赤酵母菌对重金属离子的吸附解吸特征

酵母因为其比表面积大、密度高被广泛用于水体中重金属的吸附.本文研究比较野生毕赤酵母KM71及含有vgb基因的重组毕赤酵母KM71对重金属Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附解吸特性,并研究混合金属离子对酵母菌吸附性能的影响.不同金属离子均在2 h达到吸附解吸平衡,酵母菌对不同种类金属离子的吸附具有选择性,温度和pH变化对毕赤酵母吸附重金属影响较小.重组毕赤酵母菌对重金属的抗性更强.通过对环境因素及复合剂的优化,得到对重金属镉、镍、铅具有高效吸附性能的重组酵母菌,重组酵母菌对单元素溶液中Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为10.56、17.68和20.14 mg·g^-1,对三元金属混合溶液中的Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为8.28、9.89和19.99 mg·g^-1.通过条件优化重组毕赤酵母对Ni²⁺、Cd²⁺和 Pb²⁺的吸附率分别提高了15.14%、21.04%、18.47%,吸附量分别提高了11.26、13.43、22.90 mg·g^-1.本试验为促进酵母菌在处理重金属污染废水中的广泛应用提供了科学依据.     

丁基黄药对选矿区土壤吸附铅镉的影响

选矿废水排放和尾矿库溢流等会将大量残留的选矿药剂带入选矿区周边土壤和水环境.采用批处理实验,研究了不同pH、初始丁基黄药（PBX）、Pb²⁺和Cd²⁺浓度下,PBX对某铅锌选矿区土壤吸附Pb²⁺和Cd²⁺的影响;并通过BCR连续提取,研究了不同浓度PBX处理后土壤中铅镉形态变化.结果表明,PBX明显抑制了土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附.PBX浓度为40mg·L^-1时,土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附量分别由未经PBX处理时的3540 mg·kg^-1和387mg·kg^-1降至3085 mg·kg^-1和100mg·kg^-1.无论是否添加PBX,土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学过程可用准二级动力学模型拟合,表明Pb²⁺和Cd²⁺在土壤上的吸附是以化学吸附为主.PBX与Pb²⁺、Cd²⁺形成疏水性难溶络合物以及在土壤表面存在竞争吸附是降低土壤Pb²⁺和Cd²⁺吸附量的主要原因,表明PBX能增加Pb²⁺和Cd²⁺在土壤中的迁移性.PBX对土壤Pb²⁺和Cd²⁺吸附的抑制作用随初始Pb²⁺和Cd²⁺浓度的增大而减弱,随初始PBX浓度及溶液pH值的增大而加强,Freundlich方程能较好描述其等温吸附特征.低含量PBX （100mg·kg^-1）下土壤中可交换态和可还原态镉含量有所增加,可导致土壤中镉的活化;但PBX可降低土壤中可交换态和可还原态铅含量,且随PBX含量升高,铅活性降低效果越显著,这与Pb （C₄H₉OCS₂）₂的络合能力比Cd （C₄H₉OCS₂）₂强有关.研究结果表明应加强选矿废水中残留药剂对土壤中铅镉等重金属潜在生态风险的防控.     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

紫外辐照改性生物炭对VOCs的动态吸附

采用365 nm紫外光辐照改性椰壳生物炭,以提升对挥发性有机污染物(VOCs)的吸附性能.选取苯和甲苯两种典型的VOCs为吸附质,考察了改性前后生物炭的吸附穿透曲线.结果表明,紫外辐照改性后的生物炭其吸附性能显著增加,对苯和甲苯的饱和吸附量分别由7.27 mg·g~(-1)和7.98 mg·g~(-1)提升至122.80 mg·g~(-1)和236.36 mg·g~(-1),吸附穿透时间也由1 min和2 min大大延长至390 min和620 min.生物炭表面理化特征分析表明,紫外辐照增大了生物炭表面含氧官能团的含量和外比表面积,这可能是改性生物炭吸附性能提升的关键因素.Yoon-Nelson、Thomas和BDST模型均能很好地模拟改性生物炭对不同浓度苯和甲苯的吸附过程,其相关系数大于0.992.热重分析结果表明,紫外辐射对生物炭的热稳定性影响甚微.改性生物炭吸附饱和后,可经热再生后重复利用,对甲苯的吸附重复利用5次后仍有较高的吸附能力.     

磁性生物炭对重金属污染废水处理条件优化及机理

将水稻谷壳经改性和负磁后制得磁性谷壳生物炭(BC-Fe),通过正交实验研究了pH、生物炭添加量、吸附时间和转速对磁性谷壳生物炭吸附实际污染废水中Cd~(2+)和Zn~(2+)的影响,提出了磁性谷壳生物炭作为实际污染废水处理材料的最佳操作条件,并应用于多步骤废水处理系统中,同时进行了BC-Fe的再生吸附实验.正交实验结果表明,在pH为6.0、固液比为6.0 g·L~(-1)、吸附时间为1.0 h、转速为160 r·min~(-1)的条件下,磁性谷壳生物炭对Cd~(2+)和Zn~(2+)的去除率最高,分别达到61.1%和60.4%,吸附量分别为8.6 mg·g~(-1)和21.3 mg·g~(-1).在实验所设条件下,Cd~(2+)和Zn~(2+)的综合去除效果随着pH和生物炭添加量的增加而显著升高,吸附时间和转速的影响未达显著水平.在多步骤废水处理系统中,使用CaO和Na_2S作为前处理,利用磁性谷壳生物炭二次处理,可使实际污染废水中Cd~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Mn~(2+)、Fe~(2+)的去除率分别达到100%、99.8%、99.3%、97.8%、100%,SS降为1.0 mg·L~(-1),此时系统pH为7.5,色度为2倍,出水各项指标均达到硫酸工业污染物排放标准(GB 26132—2010)和污水综合排放标准(GB 8978—1996)的要求.再生实验表明,BC-Fe第3次吸附Cd~(2+)和Zn~(2+)的去除率分别为50.6%和49.1%,吸附材料再生性能良好.     

鸟粪石-沸石复合材料对水中镉的吸附性能研究

研究以氧化镁负载沸石回收污水中氮磷得到的鸟粪石-沸石复合材料(STR-NZ)为吸附剂,用于对水体中重金属镉的吸附去除.实验采用SEM-EDS、XRD和FTIR等手段对STR-NZ材料进行表征,并考察了投加量、初始pH和反应时间等对STR-NZ材料去除水中Cd~(2+)的影响.结果表明:氧化镁负载沸石材料主要以鸟粪石沉淀的方式实现对水中磷酸盐和氨氮的回收;STR-NZ对水溶液中Cd~(2+)的吸附量随pH的增大呈先增加后趋于平衡的趋势,当Cd~(2+)的初始浓度为50 mg·L~(-1)时,STR-NZ的最佳投加量为0.2 g·L~(-1),Cd~(2+)最大吸附量为249.35 mg·g~(-1), STR-NZ对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,对Cd~(2+)的等温吸附符合Langmuir等温吸附模型,STR-NZ主要通过Cd_5(PO_4)_3(OH)沉淀的方式实现对水中Cd~(2+)的去除.     

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.      

改性生物炭特性表征及对冶炼厂周边农田土壤铜镉形态的影响

生物炭及其改性材料由于具有较发达的比表面积和孔隙结构、丰富的表面官能团及较强的吸附能力等特性,被作为良好的环境修复材料而成为农田土壤重金属污染修复领域的研究热点.选取稻壳生物炭,采用K₃PO₄、KMnO₄和NaOH进行改性处理,利用扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）等对生物炭表面微观形态与结构进行表征分析,并开展了90 d土壤培养试验,比较分析3种改性生物炭对冶炼厂周边农田复合重金属污染土壤中Cd和Cu的有效性和形态的影响.结果表明,改性后生物炭表面粗糙,比表面积和孔容均有不同程度的增大,其中,NaOH改性生物炭变化最为明显,分别由改性前的4.96 m²·g^-1和0.02 cm³·g^-1增至60.79 m²·g^-1和0.12 cm³·g^-1,孔径变化则与之相反;改性生物炭的官能团吸收特征峰值均发生改变,其中K₃PO₄改性生物炭的变化最为明显.添加不同改性生物炭均能显著提高土壤pH值（P<0.05）,K₃PO₄改性生物炭对土壤pH的增幅最大,为20.5%;K₃PO₄改性生物炭对土壤中Cu和Cd的有效态含量的影响也最为明显,分别降低了75.44%和67.70%;土壤中Cu和Cd的水溶态、可交换态和碳酸盐结合态比例均降低,其中K₃PO₄改性生物炭对Cu和Cd的钝化效果最好,添加量为2%时,钝化效率分别为61.06%和4.12%,Cu的钝化效率远高于Cd.综上所述,K₃PO₄改性生物炭对复合污染土壤中Cu和Cd具有较强的钝化效果.