氧化锆-磁性壳聚糖对F~-的吸附性能研究

以氯化铁、壳聚糖、氧氯化锆等为原料,采用高温水热法制备了氧化锆负载的磁性壳聚糖纳米材料,并研究其对F~-的吸附行为。通过XRD对改性前后的磁性壳聚糖进行表征,发现氧化锆纳米颗粒成功包覆在磁性壳聚糖材料上且不影响磁性壳聚糖的晶型和骨架结构。吸附实验结果表明:氧化锆负载是提高F~-吸附量的关键因素,吸附机理包括离子交换和静电作用力;等温线可用Freundlich方程拟合;吸附动力学可用拟二级动力学模型拟合。适当升高温度有利于吸附的进行,吸附量随pH值的升高而降低,共存离子Cl~-、NO_3~-和SO_4~(2-)对吸附几乎没有影响。经过5次脱附再生后吸附剂仍有70.33%的吸附量,表明在实验范围内,该吸附剂再生性好,可循环使用。     

三维网状HZO@SGH对水中氟离子的吸附作用和机制

本研究采用均相沉淀法制备得到具有独特三维网状结构的水合氧化锆包覆的石墨烯水凝胶(HZO@SGH).利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)和X射线光电子能谱分析仪(XPS)对HZO@SGH进行表征,分析其形貌结构和除氟机制.通过批量吸附实验考察HZO@SGH对水中氟离子的吸附性能.结果表明,HZO@SGH对溶液中氟离子的吸附容量明显高于HZO和SGH.拟二级动力学模型能很好地拟合HZO@SGH对氟离子的吸附动力学数据,说明吸附速率主要由化学吸附控制;吸附氟离子过程可由D-R吸附等温模型描述,最大吸附量达31.79 mg·g~(-1),高于部分已报道的含锆复合材料的吸附量.HZO@SGH在较低pH(3~6.5)和含有NO_3~-、C~l-、低浓度SO_4~(2-)(≤10 mg·L~(-1))的氟离子溶液中能保持优异的吸附性能.吸附剂制备过程简单环保,易于从溶液中分离而不产生二次污染,是一种潜在的氟离子吸附剂.     

磁性纳米氢氧化锆对硫酸根吸附特性研究

以纳米四氧化三铁、氧氯化锆和氨水为原料,用溶胶凝胶法合成了磁性纳米氢氧化锆。通过静态吸附试验研究磁性纳米氢氧化锆对硫酸根的吸附性能。考察了溶液初始pH、吸附剂投加量、温度等因素对吸附效果的影响。结果表明:pH是影响吸附的重要因素,适宜的pH为1~2。吸附容量、去除率均随投加量增大而增大,之后去除率趋于平衡。磁性纳米氢氧化锆对硫酸根吸附过程符合Langmuir单分子层模型。对热力学参数ΔG0、ΔH0、ΔS0进行分析,表明磁性纳米氢氧化锆对硫酸根的吸附为吸热、熵值增加的自发过程。动力学分析表明,准二级动力学模型能更准确地拟合动力学过程。对吸附饱和的磁性纳米氢氧化锆进行脱附和再吸附,脱附率可达90%,再吸附容量为90 mg/g,表明磁性纳米氢氧化锆是一种磁分离性能良好的可以重复利用的硫酸根吸附剂。     

水合氧化铝负载的磁性核/壳结构Fe3O4@SiO2纳米颗粒对水中磷的去除及再利用

在磁铁矿纳米颗粒表面包被硅壳后再包被水合氧化铝,制备了具备核壳结构的磁性纳米颗粒除磷吸附剂(磁性氧化铝),通过XRD、TEM、VSM、BET比表面积测定进行了表征.XRD和TEM结果显示了核壳结构的存在,其饱和磁化强度达56.00 emu·g~(-1),比表面积达47.27 m~2·g~(-1).Langmuir模型计算的磷最大吸附量为12.90 mg·g~(-1),且在25℃和50℃下均保持稳定,反应快速,40min磷去除率达96%以上.磁性纳米吸附剂对磷的吸附与pH关系密切,在p H为5~9时磷去除率达90%以上.采用实际污水实验,最佳投量为1.25 kg·t~(-1).吸附-脱附-再生实验结果表明,磷吸附率随循环次数增加稍有下降,吸附的磷可以通过1 mol·L~(-1)的NaOH脱附,脱附率为90%左右,且吸附剂可以进行再生,具有反复利用和回收磷资源的潜力.     

载镧磁性水热生物炭的制备及其除磷性能

将小麦秸秆在水热条件下(220℃)炭化2 h得到水热生物炭(HTC),以HTC为载体,通过一步共沉淀法制备了一种吸附容量高、易于磁分离回收的载镧磁性水热生物炭复合材料(La-MHTC).通过等温线和动力学等吸附实验方法,研究了该材料对磷酸根的吸附特性,考察了载镧量、初始pH和共存离子等因素对磷酸根吸附过程的影响.结果表明La~(3+)∶Fe~(3+)为2∶1时,材料(2-La-MHTC)具有良好的吸附磷酸根的能力;在吸附剂投加量为0. 1 g·L~(-1),pH为7时,对磷酸盐吸附量达到100. 25mg·g~(-1);吸附符合Langmuir等温模型,吸附动力学过程遵循准二级动力学,并且吸附不受其它离子的影响(在Cl~-、NO_3~-和SO_4~(2-)等共存离子体系磷酸盐去除率达到98%),在较广的pH(3～10)范围都具有良好的吸磷能力.吸附的磷酸根可用NaOH溶液解吸,5次吸附-脱附循环实验中磷酸盐去除率均能达到90%以上,脱附效率为65%左右,说明该吸附剂具有良好的脱附和重复利用能力.应用其处理实际含磷污水,可将磷酸盐浓度从0. 87 mg·L~(-1)降低到0. 05 mg·L~(-1).吸附机制主要为静电吸附作用和La(OH)_3与磷酸盐通过配体交换形成内层络合物.     

Mg-Al-Me (Me=La,Ce,Zr)复合氧化物制备及其除氟性能

采用双滴共沉淀-煅烧法制备Mg-Al-Me(Me=La,Ce,Zr)金属复合氧化物吸附剂,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对制备的吸附剂进行表征.采用批实验考察了吸附时间,初始氟浓度和共存离子(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、CO_3~(2-)、HCO_3~-、PO_4~(3-))对氟吸附性能的影响.结果表明,3种吸附剂对氟吸附过程可用准二级动力学模型描述.3种吸附剂对氟吸附速率主要受液膜扩散速率、颗粒内扩散速率和吸附反应速率共同控制.等温吸附结果显示Mg-Al-La对氟吸附能力最大,MgAl-Ce次之,Mg-Al-Zr最小,3种材料对氟吸附规律均符合Langmuir等温吸附方程,其最大饱和吸附量分别为54.22、51.65、50.89 mg·g-1.共存离子对3种材料吸氟存在不同程度的竞争,其影响次序是Cl~-NO_3~-SO_4~(2-)CO_3~(2-)≈HCO_3~-PO_4~(3-).     

单层硅烷负载磁铁矿纳米颗粒的制备及除磷性能

研究了N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷在水溶液中以单层形式负载于磁铁矿纳米颗粒表面的方法,并研究了单分子层硅烷负载磁铁矿纳米颗粒吸附剂(monolayer of silane on magnetite nanoparticles,MSMNPs)的除磷性能.结果表明,在低浓度下(平衡浓度小于300 mg·L~(-1))硅烷在磁铁矿纳米颗粒表面产生单层吸附,而反应温度90℃以上或离子强度0.1 mol·L~(-1)NaCl以上可以使单层硅烷在磁铁矿纳米颗粒表面的覆盖度达到~100%.FTIR和XPS图谱显示负载的硅烷以化学键的形式与磁铁矿纳米颗粒表面相结合.单层硅烷负载不引起磁性强度的明显变化.MSMNPs对磷的吸附等温线更符合Langmuir模型,拟合得到的最大吸附量为7.59 mg·g~(-1).由于磷吸附位位于MSMNPs的最外面,磷的吸附及脱附均很快,30 min内达到90%以上,1 h内达到平衡.因此,MSMNPs是一种易分离因而可反复使用,并且可快速吸附与脱附污染物的新型吸附剂.     

用于除氟的羟基氧化锆粉末的制备与表征

采用共沉淀法制备用于除氟的羟基氧化锆吸附剂,研究碱的滴加速度、沉淀终点pH值、烘干时间和焙烧温度4个制备条件对吸附剂除氟性能的影响.结果表明,制备羟基氧化锆吸附剂的优选工艺参数为:碱的滴加速度2mL/min,沉淀终点pH值7.0,烘干时间72h和焙烧温度低于100℃.对所制备的羟基氧化锆进行表征,SEM结果表明它是由一些小颗粒团聚而成,粒径为20～30μm左右的粉末材料,XRD和TG/DTA说明羟基氧化锆具有无定形结构,并在焙烧温度达到600℃时转化为四方相结构,同时氮气吸附脱附法测定其具有高比表面积约138.4m2/g,孔隙结构以中孔为主,平均孔径2nm左右.本研究还对羟基氧化锆的再生性能进行了分析,结果显示吸附剂吸附饱和后,经过再生技术处理,可基本恢复原有除氟性能.     

单层硅烷负载磁铁矿纳米颗粒的制备及除磷性能

研究了N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷在水溶液中以单层形式负载于磁铁矿纳米颗粒表面的方法,并研究了单分子层硅烷负载磁铁矿纳米颗粒吸附剂(monolayer of silane on magnetite nanoparticles,MSMNPs)的除磷性能。结果表明,在低浓度下(平衡浓度小于300mg·L-1)硅烷在磁铁矿纳米颗粒表面产生单层吸附,而反应温度90℃以上或离子强度0.1mol·L-1 NaCl以上可以使单层硅烷在磁铁矿纳米颗粒表面的覆盖度达到~100%。FTIR和XPS图谱显示负载的硅烷以化学键的形式与磁铁矿纳米颗粒表面相结合。单层硅烷负载不引起磁性强度的明显变化。MSMNPs对磷的吸附等温线更符合Langmuir模型,拟合得到的最大吸附量为7.59mg·g-1。由于磷吸附位位于MSMNPs的最外面,磷的吸附及脱附均很快,30min内达到90%以上,1h内达到平衡。因此,MSMNPs是一种易分离因而可反复使用,并且可快速吸附与脱附污染物的新型吸附剂。     

氧化锆负载树脂处理含氟废水的研究

以火力发电厂废树脂为载体 ,制备了负载锆的水合氧化物氟离子吸附树脂 ,并探讨了该树脂对氟离子的吸附性能 .该树脂对氟离子的吸附和脱附与溶液的pH值有关 ,溶液 pH =3 .0时吸附效果较好 ,而溶液pH≥ 12 .0时脱附效果较好 .进行了该树脂对氟离子的吸附等温线试验 ,该吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等温线 ,通过Langmuir型吸附等温得出的饱和吸附量Q0 为 714mg/g .利用该树脂对模拟火力发电厂含氟废水进行了处理 ,处理效果较好     

La-腐殖酸/Al_2O_3凝胶复合物的制备及其氟吸附性能

以腐殖酸钠为原料,采用凝胶聚合法制备La-腐殖酸/Al2O3凝胶复合物(标记为LHAGC).用N2吸附-脱附试验,XRD,SEM,IR表征吸附剂的结构和形貌,并通过静态吸附试验探讨了LHAGC对水中F-的吸附性能以及吸附饱和LHAGC的再生方法.试验结果表明,LHAGC对F-等温吸附数据与Langmuir吸附等温方程拟合较好,最大吸附容量为219.30 mg·g-1,吸附过程符合准2级动力学方程,液膜扩散和颗粒内扩散过程控制着吸附速率;在p H值为5~11时,F-吸附率较高;当水中Cl-、NO-3、SO2-4、HCO-3或PO3-4以F-质量浓度的15倍存在时,F-吸附率仍能达到94%以上,LHAGC表现出较强的抗干扰能力.将F-吸附饱和的LHAGC用浓度为10-1mol·L-1的Na OH溶液进行脱氟,再用Al Cl3溶液将脱氟后LHAGC表面中和至p H值为5时所获得的再生吸附剂,再生率可达96.08%,由此表明LHAGC的潜在应用前景.     

Removal of Cs from water and soil by ammonium-pillared montmorillonite/Fe3O4 composite

To remove cesium ions from water and soil, a novel adsorbent was synthesized by following a one-step co-precipitation method and using non-toxic raw materials. By combining ammonium-pillared montmorillonite (MMT) and magnetic nanoparticles (Fe₃O₄), an MMT/Fe₃O₄ composite was prepared and characterized. The adsorbent exhibited high selectivity of Cs⁺ and could be rapidly separated from the mixed solution under an external magnetic field. Above all, the adsorbent had high removal efficiency in cesium-contaminated samples (water and soil) and also showed good recycling performance, indicating that the MMT/Fe₃O₄ composite could be widely applied to the remediation of cesium-contaminated environments. It was observed that the pH, solid/liquid ratio and initial concentration affected adsorption capacity. In the presence of coexisting ions, the adsorption capacity decreased in the order of Ca^2 + > Mg^2 + > K⁺ > Na⁺, which is consistent with our theoretical prediction. The adsorption behavior of this new adsorbent could be expressed by the pseudo-second-order model and Freundlich isotherm. In addition, the adsorption mechanism of Cs⁺ was NH₄⁺ ion exchange and surface hydroxyl group coordination, with the former being more predominant.     

超滤膜负载UiO-66@Fe3O4@UiO-66强化PPCPs去除和膜污染控制

本研究通过聚偏氟乙烯（PVDF）膜内负载具有协同吸附和催化作用的金属有机骨架（MOFs）,吸附去除水中药品及个人护理品（PPCPs）,并且达到膜滤过程中多功能材料吸附能力再生和膜污染控制的双重目的.在膜吸附方面,共混基质膜（MMMs）内MOFs材料UiO-66@Fe₃O₄@UiO-66能够有效吸附以水杨酸（SA）和邻-苯二甲酸二甲酯（DMP）为模板化合物的两种常见PPCPs.在膜催化再生方面,UiO-66@Fe₃O₄@UiO-66中的Fe₃O₄能够催化H₂O₂生成强氧化性的羟基自由基（HO·）,实现对MOFs/PVDF膜吸附能力再生和膜内污染控制的耦合.结果表明,pH=7±0.1条件下,10% MOFs/PVDF膜对0.1 mmol·L^-1 SA和DMP吸附去除率最高,它们的去除率可分别达到64.2%和46.1%.除此之外,膜内UiO-66@Fe₃O₄@UiO-66催化5 mmol·L^-1 H₂O₂,能够使膜通量和膜吸附性能恢复率分别达到91.8%和94.2%.实验设计的这种负载多功能MOFs共混基质膜的特点是它对膜吸附能力再生和膜污染控制过程的耦合.这为生化尾水深度净化过程中PPCPs去除和膜抗污染性能改善提供了新的思路.     

Rapid degradation of dyes in water by magnetic Fe/Fe3O4/graphene composites

Magnetic Fe⁰/Fe₃O₄/graphene has been successfully synthesized by a one-step reduction method and investigated in rapid degradation of dyes in this work. The material was characterized by N₂ sorption–desorption, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), vibrating-sample magnetometer (VSM) measurements and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results indicated that Fe⁰/Fe₃O₄/graphene had a layered structure with Fe crystals highly dispersed in the interlayers of graphene, which could enhance the mass transfer process between Fe⁰/Fe₃O₄/graphene and pollutants. Fe⁰/Fe₃O₄/graphene exhibited ferromagnetism and could be easily separated and re-dispersed for reuse in water. Typical dyes, such as Methyl Orange, Methylene Blue and Crystal Violet, could be decolorized by Fe⁰/Fe₃O₄/graphene rapidly. After 20 min, the decolorization efficiencies of methyl orange, methylene blue and crystal violet were 94.78%, 91.60% and 89.07%, respectively. The reaction mechanism of Fe⁰/Fe₃O₄/graphene with dyes mainly included adsorption and enhanced reduction by the composite. Thus, Fe⁰/Fe₃O₄/graphene prepared by the one-step reduction method has excellent performance in removal of dyes in water.     

核-壳表面磁性印迹聚合物的制备及其对水中双酚A的特异性去除

采用表面印迹技术制备了核-壳结构的磁性分子印迹聚合物(Fe3O4@SiO2-MIPs),在外磁场作用下该吸附剂很容易实现固-液分离.采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对产物的结构进行了表征.通过平衡吸附实验与斯卡查德(Scatchard)分析证实了Fe3O4@SiO2-MIPs对双酚A的吸附选择性.Freundlich模型拟合吸附等温线的相关系数R2=0.995 2;准二级动力学模型很好地拟合了吸附动力学,相关系数R2达到了0.999 9.在弱酸性条件下,制备的印迹材料表现出高吸附效率和快速的吸附动力学,达到90%的去除率仅需40 min;各种离子的存在不影响双酚A的吸附率;与非印迹聚合物(Fe3O4@SiO2-NIPs)比较,Fe3O4@SiO2-MIPs对湖水中加标的双酚A表现出显著的亲和性;7次的重复使用而性能没有明显下降证明了Fe3O4@SiO2-MIPs的可重复使用性.     

缺钙型羟基磷灰石对溶液中氟离子的吸附作用研究

利用一种含磷废水处理副产物--缺钙型羟基磷灰石(d-HAp)作为吸附剂,研究了其对氟离子的去除分离性能,探讨了溶液pH值、d-HAp投加量、共存钙镁离子及氯离子等因素对吸附作用的影响.结果表明,该缺钙型羟基磷灰石能够在较宽的pH范围(4～7)内有效吸附氟离子,并保持85%以上的去除率.高达200倍的Ca2+、Mg2+离子及Cl-离子的存在并未对氟离子的吸附产生明显影响,可适用于广大高氟水地区.该缺钙型羟基磷灰石对氟离子的吸附动力学符合Lagergren拟二级反应动力学方程,吸附速率快.吸附氟离子的过程可用Langmuir吸附等温模型描述,静态吸附容量可达26.11 mg·g-1.在实验条件下的吸附体系中,吸附机制主要为离子交换作用.     

羟基磷灰石-四氧化三铁-沸石复合材料制备及去除水中刚果红研究

采用可溶性磷酸盐、钙离子、二价铁离子、三价铁离子和天然沸石等材料制备了羟基磷灰石-四氧化三铁-沸石(HAPFe3O4-沸石)复合材料,对该复合材料进行了表征,并考察了该复合材料对水中刚果红的吸附作用.结果表明,HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中的刚果红具备良好的吸附能力.当pH由3增加到4或由7增加到11时,HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的去除能力下降;当pH由4增加到7时,对刚果红的吸附能力基本保持不变.HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的去除率随吸附剂投加量的增加而增加,而对水中刚果红的单位吸附量则随吸附剂投加量的增加而降低.HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的吸附动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型加以描述,对刚果红的吸附平衡数据可以采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型加以描述.根据Langmuir模型确定的最大吸附容量为117 mg·g-1.(pH 7和303 K).HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的吸附是自发吸热并伴随熵增加的过程.当pH为7时,HAP-Fe3O4-沸石复合材料吸附水中刚果红的主要机制包括表面配位作用、氢键作用以及路易斯酸碱反应.采用热再生的方法可以使吸附刚果红后的HAP-Fe3O4-沸石复合材料得到再生,热再生后的复合材料可以循环使用并且对水中刚果红的吸附性能良好.X射线衍射分析结果表明HAP-Fe3O4-沸石复合材料含Fe3O4,磁滞回线结果表明HAP-Fe3O4-沸石复合材料具备较高的磁饱和强度,复合材料吸附刚果红后可以很容易地通过外加磁场的作用快速地与水溶液分离.结果表明,HAP-Fe3O4-沸石复合材料适合作为一种吸附剂去除废水中的刚果红.     

碘化阶层孔氧化硅纳米球对水中典型有机氯污染物的吸附性能研究

采用共缩聚法,成功地原位合成了碘改性的阶层多孔氧化硅纳米球（SiO₂-I）,研究了其基于卤键作用对典型有机氯污染物六六六的吸附性能,并考察了改性剂I-硅烷含量和pH值对吸附效果的影响.实验结果表明,该纳米材料对六六六表现出优异的吸附富集性能,吸附速率快,60 min内对六六六的去除率为71.6%,240 min内达到吸附平衡,去除率可达98.3%,最大吸附量为178.6 mg·g^-1;吸附动力学符合拟二级动力学模型;碘物种的加入提高了阶层多孔氧化硅的吸附速率和吸附效率.另外,为了便于纳米吸附材料的分离,本研究对SiO₂-I纳米球进行了磁性化.研究发现,磁性化修饰后,SiO₂-I纳米材料仍然保留对六六六优异的吸附富集性能,240 min时的吸附去除率达90.3%.     

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.