基于铁锰泥的除砷吸附剂性能比较及吸附机理

为解决反冲洗铁锰泥粉末吸附剂（BSPA）使用后难以泥水分离问题,将除铁锰水厂生物滤池产生的反冲洗泥制成颗粒吸附剂（GA）和磁性粉末吸附剂（MPA）,并对BSPA、GA和MPA的除砷性能进行了比较,通过SEM、TED、XRD、BET、FTIR等技术对3种材料进行了表征,寻找3种吸附剂之间除砷性能差异的根源.结果表明,BSPA、GA和MPA对As （V）的最大吸附容量分别为40.980,5.048,8.694mg/g,改性后的吸附材料GA和MPA对砷的吸附能力下降.BSPA是一种以纤铁矿为主的无定形结构混合物,并混有针铁矿和结晶度差的水铁矿,GA的XRD图谱中出现石英晶体和少量赤铁矿晶体的衍射峰,而MPA的主要成分为结晶程度较高的磁赤铁矿.3种材料中均存在有利于吸附的含羟基官能团.BSPA、MPA和GA的比表面积分别为253.150,238.660,43.803m²/g.物相改变且结晶程度增加、表面羟基减少和比表面积降低是导致GA和MPA的砷吸附容量比BSPA低的主要因素.     

铁锰泥除砷颗粒吸附剂对As(Ⅴ)的吸附去除

以除铁除锰生物滤池反冲洗泥为主要原料制备除砷颗粒吸附剂(granular adsorbents for arsenic removal,GA),使用SEM、XRD与BET等技术对其进行表征,并考察了GA对As(Ⅴ)的吸附机制和性能.结果表明,GA表面粗糙且孔隙发达;XRD图谱中出现石英晶体和少量赤铁矿晶体衍射峰,内部结晶度差;比表面积为43.8 m~2·g~(-1),存在大量介孔.吸附动力学过程符合准二级动力学模型.Freundlich等温方程更符合其吸附行为(R2=0.994).最大吸附容量为5.05 mg·g~(-1).进一步分析表明,在pH为1.1~9.5的范围内,GA对As(Ⅴ)具有较好的吸附效果.H_2PO_4~-与SiO_3~(2-)能显著抑制As(Ⅴ)的吸附,而HCO_3~-、SO_4~(2-)对吸附效果影响相对较小.GA的可再生性好,3次再生后吸附量相当于初始吸附量的82%.     

壳聚糖海藻酸钠铁锰泥吸附剂制备与除As(V)研究

将生物除铁除锰水厂反冲洗铁锰泥包埋在壳聚糖海藻酸钠水凝胶中,成功制备了一种具有高机械强度和稳定性的复合除砷吸附剂（CAFB）.表征结果显示,其表面粗糙,铁锰元素含量为69.31%,比表面积达117.20m²/g,且具有介孔结构.吸附动力学数据更符合准二级动力学模型（R²=0.963）.Langmuir等温吸附模型能更好地描述As （V）吸附过程（R²=0.969）,25℃时最大吸附容量为15.80mg/g.酸性条件有利于As （V）的吸附,在pH=3~7范围内As （V）去除率能达到80%以上.H²PO₄^-,SiO₃^2-离子对吸附过程抑制作用明显.用0.1mol/L的NaOH溶液再生4次后吸附量能达到初始值的70.68%,具有在工程上运用的前景.     

铁锰复合氧化物/壳聚糖珠:一种环境友好型除磷吸附剂

采用两步法制备了一种环境友好型除磷基吸附剂——铁锰复合氧化物/壳聚糖珠(FMCB),对其进行了表征,并对其磷吸附行为进行了系统研究.表征结果表明,该吸附剂为多孔纤维结构,比表面积为248 m~2·g~(-1),孔容为0.37 m~3·g~(-1).吸附实验结果表明,FMCB对磷的吸附容量远高于纯的壳聚糖颗粒,且Langmuir模型能更好地拟合FMCB对磷的吸附,最大吸附量为13.3 mg·g~(-1)(pH 7.0);准二级动力学模型能更好地拟合FMCB对磷吸附的动力学实验数据;溶液pH对磷的吸附影响较大,随着pH的增大,磷的吸附量逐渐降低;共存的Ca~(2+)和Mg~(2+)对磷吸附略有促进,而共存阴离子对磷吸附具有抑制作用,影响大小顺序为:SiO_3~(2-)CO_3~(2-)SO_4~(2-)≥Cl~-.吸附磷后的FMCB可用NaOH溶液进行脱附再生,并可重复使用.在进水磷初始浓度为3 mg·L~(-1)条件下,吸附达到穿透时(出水磷浓度达0.5 mg·L~(-1)),可处理约800个柱体积的模拟含磷废水.     

磁性壳聚糖接枝聚丙烯酰胺去除水体中腐殖酸

针对水源水中天然有机物腐殖酸的高效去除,采用原位共沉淀法研发出一种磁改性壳聚糖接枝聚丙烯酰胺(MC-gPAM)的吸附剂,运用傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、比表面积测试仪(BET)等对其进行表征分析,并借助批处理试验,探讨了MC-g-PAM对水样中腐殖酸的去除效能及机制.结果表明,所制备的MC-g-PAM比表面积和比饱和磁化强度值分别为27. 065 m~2·g~(-1)和9. 63 emu·g~(-1). MC-g-PAM对腐殖酸的吸附过程是吸热过程,Langmuir等温线模型和准二级动力学方程对吸附过程的拟合度较高. 25℃时,MC-g-PAM对腐殖酸的理论饱和吸附量达到120. 77 mg·g~(-1).     

腐殖酸负载羟基磷灰石对废水中Cd2+吸附性能的影响

以硝酸钙、磷酸氢二铵和腐殖酸为原料,制备了腐殖酸负载羟基磷灰石(HA/HAP)复合吸附剂.同时,利用SEM、BET、FT-IR、XRD对复合吸附剂结构和形貌进行表征,研究了HA/HAP对废水中Cd~(2+)的吸附工艺.结果表明,腐殖酸使羟基磷灰石孔容和孔径增大、比表面积减小,从而提高了羟基磷灰石的吸附性能.在pH=6、吸附剂投加量为800 mg、接触时间为180 min时吸附率最佳,为98.3%.HA/HAP对废水中Cd~(2+)的吸附是自发的、吸热的、可持续的化学吸附,反应前120 min适合采用准一级动力学伴随着内扩散模型描述,后120 min适合采用准二级动力学伴随着内扩散模型描述,Dubinin-Radushkevich(D-R)等温线模型拟合的吸附数据在不同温度下效果最好(R~20.98),吸附量分别为259.15、266.05和264.66 mg·g~(-1).研究表明,静电吸附到腐殖酸活性位点后Cd~(2+)主要以络合反应被吸附到羟基磷灰石的表面和两个羟基中间.     

磁性高分子复合水凝胶的制备及其对水中铜离子的吸附性能

以海藻酸钠和聚乙烯醇为骨架负载磁性纳米Fe_3O_4颗粒合成了两种磁性高分子复合水凝胶材料:一种是以Ca~(2+)交联制备的磁性海藻酸钙单网络水凝胶(SAPFe),另一种是以海藻酸钙和聚乙烯醇经循环冷冻解冻制成的磁性双网络水凝胶(DAPFe).利用SEM、FTIR、BET对合成的材料进行表征,并研究了SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附性能.结果表明,DAPFe比表面积达89.01 m~2·g~(-1),平均孔径为2.2 nm,DAPFe比SAPFe具有更低的含水率、更高的交联程度、更发达的孔隙结构和更高的比表面积.DAPFe对Cu~(2+)的最大吸附量可达207.01 mg·g~(-1),远大于SAPFe(173.01 mg·g~(-1)).SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型.通过分析SAPFe和DAPFe吸附Cu~(2+)前后官能团的变化,发现磁性高分子复合水凝胶具有丰富的羧基和羟基功能性官能团,并通过与Cu~(2+)产生螯合作用实现去除.     

羟基铁覆膜膨润土对砷的吸附性能研究

本研究用Fe(NO3)3·9H2O和NaOH合成羟基铁并对膨润土进行覆膜。探索最宜覆膜方式,并考察吸附剂投加量与pH值对覆膜膨润土吸附砷的影响,并采用Langmuir、Freundlich吸附等温线模型和准一级动力学模型、准二级动力学模型对实验数据进行拟合。结果表明:当铁碱比为1∶2时以及水样pH=4.5时,吸附效果最佳;覆膜膨润土对砷的吸附符合Freundlich方程和准二级动力学模型,最大吸附量为40.69 mg/g,存在明显的化学吸附。     

N、S共掺杂活化碳球对四环素的吸附特性与机理

四环素(Tetracycline,TC)是最常见的广谱抗生素之一,滥用四环素对环境所造成的危害日渐引起人们重视.为高效去除水体中残留的四环素,本研究以葡萄糖为碳基原料,通过添加阴离子表面活性剂和硫脲,采用水热反应和KOH高温活化法制备了氮硫共掺杂活化碳球(NSC).随后进行批量吸附试验,并利用等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkim、D-R模型)和吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)探究了NSC对TC的吸附特性.同时,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、Brunauer-EmmettTeller(BET)比表面积及孔径分析、傅立叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术表征了NSC吸附TC前后结构形貌及性质的变化,结合吸附模型的拟合结果阐述了NSC对TC的吸附机理,并利用生命周期评价法估算了其制备成本.结果表明：(1)NSC的BET比表面积高达1688.14 m²·g^-1,含丰富的微孔结构、官能团和N、S掺杂的极性表面.(2)NSC对TC的等温...     

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.     

Removal of fluoride from water using titanium-based adsorbents

Three adsorbents including TiO₂, Ti-Ce, and Ti-La hybrid oxides were prepared to remove fluoride from aqueous solution. The Ti-Ce and Ti-La hybrid adsorbents obtained by the hydrolysis-precipitation method had much higher sorption capacity for fluoride than the TiO₂ adsorbent prepared through hydrolysis. Rare earth (Ce and La) oxides and TiO₂ exhibited a synergistic effect in the hybrid adsorbents for fluoride sorption. The sorption equilibrium of fluoride on the three adsorbents was achieved within 4 h, and the pseudo-second-order model described the sorption kinetics well. The sorption isotherms fitted the Langmuir model well, and the adsorption capacities of fluoride on the Ti-Ce and Ti-La adsorbents were about 9.6 and 15.1 mg·g⁻¹, respectively, at the equilibrium fluoride concentration of 1.0 mg·L⁻¹, much higher than the 1.7 mg·g⁻¹ on the TiO₂. The sorption capacities of fluoride on the three adsorbents decreased significantly when the solution pH increased from 3 to 9.5. The electrostatic interaction played an important role in fluoride removal by the three adsorbents, and Fourier transform infrared (FTIR) analysis indicated that the hydroxyl groups on the adsorbent surface were involved in fluoride adsorption.     

3种吸附剂对污水磷污染去除性能与机制比较

为探索高效利用膨润土、红壤和炉渣去除农业污水磷污染的可行性,对比分析了3种吸附剂对人工合成含磷污水的吸附去除特性,结合SEM、XDS和BET等测试结果以及等温吸附、吸附动力学及Ca2+释放量探讨了3种材料对磷的吸附机制.结果表明,炉渣对磷的吸附能力高于膨润土和红壤,吸附过程均适合Langmuir等温吸附方程(R2 0. 96),对磷的理论饱和吸附量为:炉渣(16. 87 mg·g~(-1))红壤(1. 21 mg·g~(-1))膨润土(0. 92 mg·g~(-1)).炉渣对磷的吸附动力学特征符合Elovich方程(R2=0. 966),而膨润土和红壤对磷的吸附特征则更适合准二级动力学方程(R2为0. 982和0. 959).炉渣的Ca2+释放量(10. 46 mg·g~(-1))显著大于膨润土(0. 31 mg·g~(-1))和红壤(0. 03 mg·g~(-1))(P 0. 05).红壤对磷的吸附量随着p H的升高而降低;膨润土在初始p H为7. 0时,吸附量最低;但初始p H值对炉渣去除磷的影响不大.相比红壤和炉渣,膨润土解吸较快,易于进行重复利用.综上所述,吸附材料的磷吸附能力主要与其结构、化学组成、Ca2+释放能力及溶液初始p H值等有关,炉渣较膨润土和红壤对磷酸盐有着更强的去除能力,适合处理农村污水磷污染.     

碘氧化铋/钨酸铜复合材料的制备及对氟喹诺酮类抗生素的吸附性能

为开发高效抗生素吸附剂,将钨酸铜通过静电作用负载到碘氧化铋晶体表面,制备了新型多金属氧酸盐复合材料（BiOI/CuWO₄）,并以扫描电镜、傅里叶红外光谱与X射线能谱等对其进行表征.选用环丙沙星（CIP）、恩诺沙星（ENR）、诺氟沙星（NOR）、氧氟沙星（OFL）这4种典型氟喹诺酮类抗生素（FQs）作为研究对象,在建立同时测定这4种FQs的高效液相色谱分析方法基础上,研究了BiOI/CuWO₄对FQS的吸附性能及溶液pH值和吸附剂量等对吸附的影响.结果表明,实验浓度范围内BiOI/CuWO₄对NOR、CIP、ENR和OFL的最大吸附量分别为277.8、149.3、113.6和112.4 mg·g^-1,且能够在3 h内达到吸附平衡,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型,对CIP、ENR和OFL的吸附等温线基本复合Langmuir模型,而对NOR的吸附则更加符合Freundlich模型.与其它吸附剂相比,BiOI/CuWO₄对4种典型FQs具有较高的吸附量及较好的重复利用性,更符合实际应用需求.     

老化前后轮胎磨损微粒与聚氯乙烯微粒对抗生素的吸附-解吸行为

近年来,微塑料（microplastics,MPs）作为一类新型污染物,广泛存在于水环境中而备受关注.与典型微塑料（PVC、PP、PE和PS）相比,轮胎磨损微粒（tire wear particles,TWP）在组成成分、添加剂种类和理化特性上存在显著差异.为深入比较TWP与典型MPs对有机污染物吸附-解吸行为的不同.以TWP和PVC微粒为目标MPs,土霉素（OTC）和磺胺甲唑（SMZ）为目标污染物,研究了TWP及PVC微粒老化前后对有机污染物的吸附-解吸特性,这对正确认识MPs潜在的水环境生态风险具有重要意义.结果表明,TWP及PVC在紫外线老化过程中,均表现为颗粒表面出现裂纹、凹坑和凸起,比表面积增大,含氧官能团强度增加,亲水性增强等现象.老化前后TWP及PVC的吸附模式均表现为表面吸附和液膜扩散两个阶段,其中TWP对Freundlich模型的拟合性较好,属于多层吸附;而PVC对Langmuir模型的拟合性较好,属于单层吸附.TWP对SMZ和OTC的载体能力均强于PVC,其中新制TWP与PVC对OTC的最大吸附量分别可达到5.14 mg·g^-1和1.38 mg·g^-1;而老化后TWP和PVC对OTC的最大吸附量分别增加至5.82 mg·g^-1和2.13 mg·g^-1,要大于老化前.解吸实验中,老化后TWP及PVC对抗生素的解吸量均高于老化前,而解吸率却随之降低.在同种解吸液中,老化前后TWP对抗生素的解吸量均高于PVC.而在模拟肠液环境下老化前后TWP及PVC对抗生素的解吸量均要高于在超纯水环境下.     

Effect of biomass addition on the surface and adsorption characterization of carbon-based adsorbents from sewage sludge

Sewage sludge with the additive corn cob was used as prescusor to prepare sludge-based carbon adsorbents by pyrolysis method. And then, the carbonizated products were activated with potassium hydroxide. The mixing ratio of the corn cob to sewage sludge was investigated. The surface area and pore size distribution, elemental composition, surface chemistry structure and the surface physical morphology were determined and compared. The results demonstrated that the addition of corn cob into the sewage sludge sample could effectively improve the surface area (from 287 to 591 m 2 /g) and the microporosity (from 5% to 48%) of the carbon based adsorbent, thus enhancing the adsorption behavior. The sulfur dioxide adsorption capacity was measured according to breakthrough test. It was found that the sulfur dioxide adsorption capacity of the adsorbents was obviously enhanced after the addition of the corn cob. It is presumed that not only highly porous adsorbents, but also a high metallic content of these materials are required to achieve good performances.     

铁锰复合氧化物包覆海砂的吸附除磷研究

利用铁锰复合氧化物包覆海砂制备了一种用于污水除磷的新型颗粒状吸附剂,并对其表面特性与磷吸附行为进行了研究.扫描电镜(SEM)分析结果表明,包覆后海砂颗粒表面凹凸不平且多孔,BET比表面积由0.06增至2.52 m2·g-1.磷吸附实验结果表明,包覆后海砂对磷的吸附能力显著提高,最大吸附容量为1.01~1.23 mg·g-1,优于多数文献报道的负载改性砂颗粒吸附剂;吸附动力学更符合准二级动力学方程,推测磷在包覆海砂表面发生了化学吸附;溶液p H对磷吸附有一定影响,离子强度则影响不大;共存阴离子对磷吸附影响的大小顺序为Si O2-3CO2-3F-SO2-4Cl-.     

PAAm/HACC半互穿网络水凝胶的制备及其对水中腐殖酸的吸附性能

采用原位聚合热合成法成功制备了聚丙烯酰胺-壳聚糖季铵盐半互穿网络水凝胶(PAAm/HACC semi-IPN)新型吸附剂(s-IPN 1.5)和(s-IPN 3),并用于吸附水体中的腐殖酸.利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)等方法对吸附剂的结构进行表征.考察了溶液pH、离子强度、接触时间、腐殖酸初始浓度及温度等对吸附剂吸附腐殖酸的影响.结果表明s-IPN 3的吸附效果要优于s-IPN 1.5.吸附剂对腐殖酸的吸附量随着pH的增大而减小,随温度的升高而增大,且一定的离子强度有助于吸附剂对腐殖酸的吸附.吸附过程能较好地用准二级动力学模型及Sips等温模型进行拟合.吸附剂在pH 7.0,离子强度0.01 mol·L-1,温度为298 K条件下的最大吸附量可高达238.08 mg·g-1,吸附效果显著,能有效去除水体中的腐殖酸.     

新型铁铜铝三元复合氧化物除磷性能与机制研究

采用共沉淀法制备了一种新型铁铜铝三元复合氧化物吸附剂,系统研究了其对磷的吸附行为,并对吸附磷前后的吸附剂进行了表征.吸附实验结果表明,铁铜铝三元复合氧化物对磷具有优异的吸附去除效能,Freundlich吸附等温线模型能更好地拟合其对磷的吸附,最大吸附量为62.6 mg·g-1(pH=7.0),显著高于多数文献报道的磷吸附剂;吸附速率较快,吸附动力学更符合Elovich模型;溶液pH对磷吸附有一定影响,随着pH的升高,磷吸附量降低,离子强度则影响不大;共存阴离子对磷吸附具有抑制作用,影响的大小顺序为SiO_3~(2-)SO_4~(2-)CO_3~(2-)Cl~-,而共存阳离子Ca2+和Mg2+则对磷吸附略有促进作用.Zeta电位、红外谱图(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征分析表明,磷在铁铜铝三元复合氧化物表面发生了特性吸附,磷酸根主要通过取代复合氧化物表面的羟基形成内表面络合物而被吸附去除.溶出实验结果表明,当pH在5.0~8.5范围内,Fe~(3+)、Cu~(2+)、Al~(3+)的溶出量均较低.由此可知,铁铜铝三元复合氧化物是一种具有良好应用前景的除磷吸附剂.     

壳聚糖和FeS改性生物炭吸附四环素:吸附机制与位能分布

实验以市政污泥为生物质炭原料,并以硫化亚铁和壳聚糖对其改性,制得一种新型环保的吸附材料（SB-FeS）.以四环素（TC）为目标污染物,通过批次实验、大量表征分析、数学模型分析对SB-FeS吸附TC的机制进行了详述.实验结果表明,SB-FeS对TC的最大吸附量为183.01 mg·g^-1;SB-FeS对TC的吸附为物理吸附和化学吸附共同作用.SB-FeS对TC的吸附机制主要为静电吸引、孔隙填充、螯合、离子交换、硅酸盐键结合和氢键结合.此外,位点能量分布的研究表明,TC会优先占据高能吸附位点,随后逐渐占据低能位点;且溶液温度升高,SB-FeS表面会愈发不均匀.实验证明SB-FeS对TC吸附是有效的,并且对于吸附机理的探讨可以为后续研究提供帮助.