磁性羟基磷灰石/生物炭复合材料的制备及对Pb2+的吸附性能

制备了一种磁性羟基磷灰石/生物炭复合材料(HAP/γ-Fe_2O_3/BC)并对其吸附Pb~(2+)的动力学及热力学特性和固液分离回收性能进行了研究.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)等对复合前后的材料进行微观结构表征与分析,利用振动样品磁强计(VSM)研究样品的磁化性能.通过参数计算获得吸附方程与热力学性质.结果表明:羟基磷灰石和γ-Fe_2O_3微粒均负载到生物炭上.相对于BC,复合后的HAP/γ-Fe_2O_3/BC对Pb~(2+)的吸附性能明显提高,并具有良好的磁分离能力.pH值对Pb~(2+)的吸附影响较大,最佳pH值为4.0～5.0.当吸附剂投加量为1 g·L~(-1)、pH值为5、Pb~(2+)的初始浓度为100 mg·L~(-1)时,HAP/γ-Fe_2O_3/BC对Pb~(2+)的去除率达到99%.吸附等温方程和动力学方程的拟合结果分别符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,热力学参数△G0、△H0,是自发吸热的单分子层化学吸附过程.吸附机制主要包括溶解-沉淀作用、离子交换及复合材料表面含氧官能团的络合作用.HAP/γ-Fe_2O_3/BC复合材料在外加磁场的作用下具有良好的分离回收和循环利用性能,是一种潜在的Pb~(2+)高效吸附材料.     

磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

部分还原氧化石墨烯-Fe3O4对水中Cd (Ⅱ)的吸附性能及机理

当前,治理可溶性重金属污染是环境保护的迫切任务.以氧化石墨烯(GO)和铁盐为前驱体,一步合成了部分还原氧化石墨烯-Fe_3O_4复合材料(rGO-Fe_3O_4),探索其作为Cd(II)高效吸附剂的潜力.同时,采用多种手段表征吸附剂结构和特性,重点研究了吸附剂对Cd(Ⅱ)的吸附特性和动力学.结果表明,在吸附剂中,纳米Fe_3O_4颗粒均匀地锚在石墨烯片层之间,避免了片层团聚,赋予其优良的吸附性能.在中性溶液中,使用rGO-Fe_3O_4(500 mg·L~(-1))吸附200.09 mg·L~(-1)Cd(II),5 min即可达到吸附平衡,吸附率和吸附量分别为90.88%和363.99 mg·g~(-1).另外,磁分离回收吸附剂仅需10 s,且循环吸附性良好.进一步研究显示,复合材料对Cd(II)的吸附为吸热、自发的化学吸附,过程受化学吸附和液膜扩散控制.     

MgO改性莲蓬壳生物炭的制备及其磷吸附特性

为了研究生物炭作为磷吸附剂的潜在应用特性,本文通过将MgO与莲蓬壳混合物快速热解制备纳米MgO-生物炭吸附剂.采用XRD、BET、SEM和TEM对其理化特性进行表征,并进行了吸附实验.结果表明,MgO主要以薄片状和颗粒状的形态负载在炭表面,使吸附活性位点增加,MgO-生物炭MBC3吸附量是未负载MgO生物炭MBC1的14倍,热解通10%CO_2载气,MBC9的吸附量进一步增加为MBC1的16倍.准二级动力学能更好地描述吸附过程,磷酸根在MgO-生物炭上的吸附是以化学吸附为主导.MBC3和MBC9的Langmuir最大吸附量分别可达到283. 26 mg·g~(-1)和297. 96 mg·g~(-1). MgO-生物炭是一种高效的磷吸附剂,可用来治理水体富营养化问题.     

γ-Fe_2O_3/膨胀石墨复合材料吸附废水中六价铬的应用研究

介绍了采用溶胶凝胶法合成新型的复合材料-磁性的γ-Fe_2O_3膨胀石墨(MEG)复合材料。通过采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X-光电子能谱仪(XPS)对该复合材料MEG进行了表征,结果表明MEG中γ一Fe_2O_3的粒径约为50nm,而且其中γ一Fe_2O_3和膨胀石墨通过C=O相互作用。复合材料MEG作为新型的六价铬吸附剂,通过吸附时间、初始溶液的pH值以及再生性对该吸附过程进行了考察。结果表明:在40 min内MEG吸附六价铬的过程基本达到平衡;在初始溶液的pH为3.5时,MEG对六价铬的最大吸附量可以达到16.4mg/g;而且该复合材料MEG重复使用3次后吸附效果基本没有下降。因此,复合材料MEG对于废水中六价铬的处理有选择性吸附作用,而且初始溶液的pH值对其吸附过程起着重要作用。     

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.     

多孔不锈钢基氧化铝膜去除水溶液中的Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)

通过悬浮粒子浸涂法将合成的γ-Al_2O_3纳米粒子固载于316L多孔不锈钢表面以吸附水溶液中的Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ).扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明,γ相的Al_2O_3纳米粒子均匀地涂在了316L多孔不锈钢基体上,膜体表面沉积厚度约为20μm.该膜对单一Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)吸附的最佳pH分别为3.0~4.0和8.0~9.0,吸附均符合动力学准二级模型和Langmuir吸附等温模型,最大吸附量分别为0.603mg·g~(-1)和0.399 mg·g~(-1).本研究可为水体中的高毒性重金属Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)去除提供一定的理论和技术参考.     

铜在壳核结构磁性颗粒上的吸附:效能与表面性质的关系

为了揭示吸附剂的吸附效能与其组成、结构及表面性质之间的关系,本研究对两种壳核结构磁性颗粒Fe_3O_4/Mn O2与Fe-Mn/Mn O2的形貌特征、表面性质进行了系统表征,并对铜在磁性颗粒表面的吸附行为与机制进行了详细研究.表征结果表明磁核Fe_3O_4与Fe-Mn具有相似的尖晶石类晶体结构,包覆Mn O2后,晶体结构均未发生明显变化.但Mn的引入,增强了磁核与外壳间的结合作用,Fe-Mn比Fe_3O_4包覆MnO_2的量更多、更均匀,进而使Fe-Mn/Mn O2具有更高的比表面积与更低的等电点.吸附实验结果表明,Fe-Mn的最大铜吸附容量33.7 mg·g-1(pH 5.5)高于Fe_3O_4的17.5 mg·g-1(pH 5.5);包覆MnO_2以后,铜吸附性能显著增强,Fe-Mn/MnO_2最大铜吸附容量升高至58.2 mg·g-1(p H 5.5),为Fe_3O_4/MnO_2的2.6倍,且优于多数文献报道的磁性吸附剂.机制研究表明铜在Fe_3O_4/Mn O2与Fe-Mn/MnO_2的表面发生了特性吸附,形成了内层表面络合物.综上所述,磁性颗粒的吸附效能与其组成成分、形貌结构及表面性质之间具有显著的相关性.     

针铁矿改性生物炭对砷吸附性能

为了提高生物炭(BC)对砷的吸附能力,本研究选取小麦秸秆作为原料,采用共沉淀方法制备了针铁矿(Goethite)改性生物炭材料(Goethite@BC).比较了BC、Goethite和Goethite@BC对As(Ⅲ)的吸附特性,同时使用SEM-EDS、BET、FT-IR、XRD和XPS等技术对改性吸附剂的理化性质和吸附机制进行表征.结果表明,扫描电子显微镜分析显示有纳米级针铁矿附着在生物炭表面,可有效提高生物炭的比表面积和总孔容; 3种吸附剂对As(Ⅲ)的吸附符合伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,Goethite@BC对As(Ⅲ)的最大吸附量为65. 20 mg·g~(-1),与BC相比吸附量提高了62. 10倍. Goethite@BC吸附机制包括非特异性吸附(静电引力)和特异性吸附(配位、络合、离子交换等),纳米针铁矿颗粒在Goethite@BC表面对污染物的吸附起到重要作用. Goethite@BC在污染物修复领域具有很好地应用前景.     

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.