液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

磁性竹基炭对Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附机理研究

采用微波辐照技术,以枯竹子为碳源制备了磁性竹基炭(BBMC),并将其用于对重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附去除.同时,分析了吸附时间、pH值、离子强度及初始金属离子浓度等条件对吸附的影响,讨论了BBMC对3种金属离子的吸附特性与吸附机理.结果表明,金属离子在BBMC上的吸附符合Langmuir等温模式和准二级动力学吸附方程;吸附的机理可归结为金属阳离子与BBMC上的H+之间的离子交换作用,且吸附能力可能与金属离子半径有关,呈现出Pb2+Cd2+Cu2+的趋势,重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的最大平衡吸附量分别为16.2、14.0和9.5 mg·g-1.     

经典等温吸附模型在重金属离子/硅藻土体系中的应用及存在问题

为了深入了解天然硅藻土对常见重金属离子Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Mn2+、Fe3+的吸附属性,同时也为了发现经典等温吸附模型应用于液/固体系时存在的问题,开展了系列等温吸附研究.结果表明,最适于描述天然硅藻土对Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe3+吸附的模型分别为Tenkin、Tenkin、Langmuir、Tenkin、Freundlich和Freundlich模型.各离子在天然硅藻土上的吸附以物理过程为主,吸附反应容易进行.液/固体系中,应用经典等温吸附模型对试验数据进行线性拟合时,发现平衡吸附量q e不是离子平衡浓度c e的唯一函数,而是c e与吸附剂浓度W0两个变量的函数,q e与c e/W0具有一一对应的函数关系.经典等温吸附模型存在明显的吸附剂浓度效应,参数值不稳定,模拟值与实测值差异显著,缺乏实际指导意义.试验证明新的四组分模型可用于描述天然硅藻土-水溶液体系中单一离子的吸附行为,新模型参数k与q m值也具有唯一性,可用于给定体系的实际定量计算.     

钙预处理对磁性锆铁改性膨润土吸附水中磷酸盐的影响

本研究制备了2种不同Ca2+含量的磁性锆铁改性膨润土(ZrFeBTs),即磁性锆铁改性原始膨润土(ZrFeRBT)和磁性锆铁改性钙预处理膨润土(ZrFeCaBT),并通过吸附实验考察了ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的吸附特征,以确定Ca2+预处理对ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的影响。结果发现,本研究所制备的ZrFeBTs包含Fe3O4和Zr,并且ZrFeCaBT中可交换Ca2+的含量明显高于ZrFeRBT。ZrFeBTs对水中磷酸盐吸附平衡实验数据可以很好地采用Langmuir等温吸附模型加以描述,动力学实验数据可以很好地采用准二级动力学模型和颗粒内扩散模型进行描述。根据Langmuir模型确定的ZrFeRBT和ZrFeCaBT对水中磷酸盐的最大单位吸附量(以磷计)分别为8.70mg·g-1和11.5mg·g-1。ZrFeBTs吸附水中磷酸盐的过程属于化学吸附。随着pH值的增加,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附效果逐渐降低。当溶液共存Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+等阴阳离子时,ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附具有很好的选择性,并且溶液共存的Ca2+会极大地促进了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附。采用Ca2+对膨润土进行预处理,极大地提高了ZrFeBTs对水中磷酸盐的吸附能力。     

新型钛酸钠填料对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附研究

以钛酸钠纳米纤维为原材料制备新型钛酸钠填料,对水体中常见的重金属(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+))进行竞争吸附实验研究,分析了四元、三元及双组分竞争吸附的选择性吸附特性,并探讨了4种金属离子在钛酸钠填料上的相互作用关系.结果显示,初始浓度较低时,4种离子之间的相互影响差异性不明显;随着初始浓度的升高,4种离子的竞争吸附分配系数都呈下降的趋势,竞争吸附系数大小顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),这与重金属离子的第一水解常数大小顺序一致.竞争吸附结果表明,水中存在Pb~(2+)时,其余3种离子的吸附都会被抑制,尤其对Zn~(2+)和Cd~(2+)的抑制更显著,即在钛酸钠填料上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Zn~(2+)和Cd~(2+)的竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制.     

Quantifying the adsorption and uptake of CuO nanoparticles by wheat root based on chemical extractions

This study screened out eluants for efficiently desorbing metal nanoparticles from plant root surface, and distinguished the proportions of CuO-nanoparticles uptake and adsorption.     

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.     

Pb（II） biosorption using chitosan and chitosan derivatives beads： Equilibrium, ion exchange and mechanism studies

The study examined the adsorption of Pb(II) ions from aqueous solution onto chitosan, chitosan-GLA and chitosan-alginate beads. Several important parameters influencing the adsorption of Pb(II) ions such as initial pH, adsorbent dosage and di erent initial concentration of Pb(II) ions were evaluated. The mechanism involved during the adsorption process was explored based on ion exchange study and using spectroscopic techniques. The adsorption capacities obtained based on non–linear Langmuir isotherm for chitosan, chitosan-GLA and chitosan-alginate beads in single metal system were 34.98, 14.24 and 60.27 mg/g, respectively. However, the adsorption capacity of Pb(II) ions were reduced in the binary metal system due to the competitive adsorption between Pb(II) and Cu(II) ions. Based on the ion exchange study, the release of Ca2+, Mg2+, K+ and Na+ ions played an important role in the adsorption of Pb(II) ions by all three adsorbents but only at lower concentrations of Pb(II) ions. Infrared spectra showed that the binding between Pb(II) ions and the adsorbents involved mostly the nitrogen and oxygen atoms. All three adsorbents showed satisfactory adsorption capacities and can be considered as an e cient adsorbent for the removal of Pb(II) ions from aqueous solutions.     

黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)对Pb~(2+)的生物吸附特性及吸附机理

研究了非活性黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)菌丝球对Pb2+的吸附特性及吸附机理.结果表明,菌丝球对Pb2+的吸附是单分子层吸附,Langmuir模型比Freundlich模型更适合于描述Pb2+在菌丝球上的吸附平衡.菌丝球吸附Pb2+的过程可以分为初始的快速吸附和随后的缓慢吸收2个阶段,并可以用二级动力学模型来描述.在菌丝球吸附Pb2+的过程中虽然存在粒内扩散,但它不是吸附过程的限速步骤.Pb2+的生物吸附过程是放热过程,其吸附活化能为-35.78kJ/mol,Pb2+的吸附热与化学反应热相近,为-44.45 kJ/mol.该生物吸附至少存在2种机理:菌体表面一些含氧基团对Pb2+的络合作用;Pb2+与细胞表面H+的离子交换.     

壳聚糖/聚乙二醇/丙烯酸吸附剂对Cu2+、Co2+和Ni2+的吸附选择性和重复利用性

采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对辉光放电电解等离子体(GDEP)技术引发制备的壳聚糖/聚乙二醇/丙烯酸(CS/PEG/AA)聚合物吸附剂的形貌和结构进行了表征.研究了该吸附剂对Cu~(2+)、Co~(2+)和Ni~(2+)的吸附选择性、重复利用性和解吸动力学行为,同时结合X射线光电子能谱(XPS)探讨了可能的吸附机理.结果表明,CS、PEG和AA发生接枝共聚形成聚合物,其表面呈现疏松、多孔的三维网络结构;吸附最佳pH为4.8;在含有Cu~(2+)、Co~(2+)和Ni~(2+)的混合溶液中,CS/PEG/AA对Cu~(2+)有较好的吸附选择性;在EDTA-4Na洗脱液中CS/PEG/AA具有优异的再生和重复利用性,解吸动力学符合解吸准二级模型;Cu~(2+)在CS/PEG/AA上的吸附是由离子交换、配位螯合等共同作用的复杂的物理化学过程.     

New insight into adsorption characteristics and mechanisms of the biosorbent from waste activated sludge for heavy metals

The adsorption characteristics and mechanisms of the biosorbent from waste activated sludge were investigated by adsorbing Pb2+and Zn2+in aqueous single-metal solutions. A p H value of the metal solutions at 6.0 was beneficial to the high adsorption quantity of the biosorbent. The optimal mass ratio of the biosorbent to metal ions was found to be 2. A higher adsorption quantity of the biosorbent was achieved by keeping the reaction temperature below 55°C. Response surface methodology was applied to optimize the biosorption processes, and the developed mathematical equations showed high determination coefficients(above 0.99 for both metal ions) and insignificant lack of fit(p = 0.0838 and 0.0782 for Pb2+and Zn2+, respectively). Atomic force microscopy analyses suggested that the metal elements were adsorbed onto the biosorbent surface via electrostatic interaction. X-ray photoelectron spectroscopy analyses indicated the presence of complexation(between –NH2,-CN and metal ions) and ion-exchange(between –COOH and metal ions). The adsorption mechanisms could be the combined action of electrostatic interaction, complexation and ion-exchange between functional groups and metal ions.     

有机改性蛭石的特性及其对Hg~(2+)吸附性能的研究

以巯基乙胺(MEA)为改性剂制备有机改性蛭石(MEA-VER),研究其对Hg2+的吸附行为,并用XRD、FTIR、BET、Zeta potentials等技术对有机改性蛭石进行表征与分析.XRD、FTIR、BET、Zeta potentials等分析结果显示,MEA成功负载到蛭石上.吸附实验结果表明,改性蛭石对Hg2+的吸附量明显增加,吸附基本在2 h内达到平衡,在p H为5~10范围内都有较好的吸附效果.改性蛭石对Hg2+的吸附更符合Langmuir等温吸附模型和Pseudo-second-order动力学模型.改性蛭石对Hg2+的吸附机理主要为配位吸附、电荷吸附.     

农作物残体制备的生物质炭对水中亚甲基蓝的吸附作用

将稻草、稻壳、大豆秸秆和花生秸秆低温热解制备生物质炭,用平衡吸附实验和淋溶实验研究了制备的生物质炭对阳离子染料亚甲基蓝的吸附及对水体中亚甲基蓝的去除效果.结果表明,生物质炭对亚甲基蓝有很高的吸附能力,但不同生物质炭之间存在较大差异,4种生物质炭吸附亚甲基蓝能力的大小顺序为:稻草炭>大豆秸秆炭>花生秸秆炭>稻壳炭,这一顺序与生物质炭表面负电荷数量和生物质炭比表面的大小顺序基本一致.但亚甲基蓝在生物质炭表面主要发生专性吸附,因为亚甲基蓝的吸附量随介质离子强度的增加而增加,而且亚甲基蓝吸附使生物质炭颗粒的Zeta电位向正值方向位移.Langmuir方程对吸附等温线的拟合效果较好,可以用Langmuir方程描述生物质炭对亚甲基蓝的吸附.由Langmuir方程预测的亚甲基蓝在稻草炭、大豆秸秆炭、花生秸秆炭和稻壳炭表面的最大吸附量分别为196.1、169.5、129.9和89.3 mmol.kg-1.淋溶实验表明,156 g稻壳炭可以将30 L水中亚甲基蓝浓度为0.3 mmol.L-1的染料几乎全部除去,累积吸附量达57.7 mmol.kg-1.生物质炭可以用作高效吸附剂去除染料废水中的亚甲基蓝.     

老化微塑料对水体中重金属铜和锌的吸附行为研究

微塑料（Microplastics,MPs）在水环境中可以作为重金属载体,对金属离子的迁移和毒性效应产生较大影响.本文开展了紫外光老化后的聚丙烯（Polypropylene,PP）和聚乙烯（Polyethylene,PE）对两种重金属离子Cu²⁺和Zn²⁺在单一和二元复合体系中的吸附行为研究.通过拟一级和拟二级动力学模型研究发现,微塑料对重金属离子的吸附过程更符合拟二级动力学过程,利用Langmuir模型和Freundlich模型对吸附等温线结果进行拟合,结果表明,在单一体系中,相同老化条件下的PP相比PE对金属离子的平衡吸附量更高,且对Cu²⁺的吸附量均大于对Zn²⁺;在二元复合体系中,由于竞争吸附作用,MPs对重金属离子的吸附量小于在单一体系中的吸附量,且MPs对重金属离子的吸附过程更符合Freundlich模型,即吸附主要以多层吸附为主.吸附热力学研究表明,老化PP和PE微塑料对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附行为属于自发吸热过程.微塑料PP和PE吸附前后对莱茵衣藻的毒性试验结果表明,微塑料存在均对藻类的生长有抑制作用,但吸附重金属后的微塑料对藻的生长抑制率有所降低.通过藻的酶活性（包括超氧化歧化酶（SOD）,丙二醛（MDA）和过氧化氢酶（CAT））的测定结果表明,微塑料对藻造成一定的氧化损伤,而吸附重金属后的微塑料的毒性作用下降.本论文可以为环境中微塑料存在下复合污染物的竞争吸附行为和联合生态效应研究提供理论依据.     

支化聚乙烯亚胺功能化磁性纳米吸附剂的制备及对Cu2+的吸附研究

为解决水体中重金属Cu²⁺污染,本研究首先采用水热法制备得到超顺磁四氧化三铁纳米粒子,然后使用对Cu²⁺具有强络合作用的含有丰富氨基官能团的支化聚乙烯亚胺接枝到纳米粒子表面,得到Fe₃O₄@BPEI磁性纳米吸附剂。采用红外光谱（FTIR）、X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等对其结构、尺寸及形貌进行表征。研究了不同吸附因素对吸附剂吸附Cu²⁺的影响,确定了最佳吸附条件,并通过吸附动力学模型和吸附等温线模型进一步探讨吸附机理。结果表明：支化聚乙烯亚胺成功接枝到四氧化三铁纳米粒子表面。最佳吸附条件为pH=6.0、吸附平衡时间为40 min、吸附剂用量为10 mg。通过实验数据拟合,Fe₃O₄@PEI吸附Cu²⁺的过程符合Langmuir等温吸附方程和拟二级动力学模型,表明吸附过程为化学吸附控制的单分子层覆盖,在303 K时,模型理论饱和吸附量为141.24 mg/g。表明支化聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米吸附剂对Cu²⁺具有较强的吸附能力,对水体中Cu²⁺的去除具有一定的应用前景。     

邻菲罗啉对蒙脱石吸附镍离子性能影响

利用镍离子能与邻菲罗啉反应生成螯合物的性质,研究了加与未加邻菲罗啉条件下,蒙脱石对金属镍离子的吸附行为,考察了镍离子浓度、吸附时间、温度和溶液pH值等因素对吸附性能的影响.结果表明:加入邻菲罗啉后,蒙脱石对镍的螯合离子的吸附量明显增大;吸附平衡时间约为120min;蒙脱石对[Ni(phen)n]2+的吸附性基本不受pH值的影响.动力学研究表明该吸附过程符合准二级反应动力学模型,吸附量随温度升高而增大.二级动力学参数证明加入邻菲罗啉可显著提高蒙脱石对Ni2+的吸附性.蒙脱石对简单Ni2+的吸附符合Langmuir的单层吸附等温式;而蒙脱石对镍的螯合离子的吸附则符合Freundlich等温式.蒙脱石对Ni2+和[Ni(phen)n]2+的吸附均为自发、吸热和更无序的;XRD及FTIR研究表明,蒙脱石对[Ni(phen)n]2+的吸附以层间的物理吸附为主.     

巯基树脂的合成及对Hg2+的吸附特征

使用聚苯乙烯交联微球为前驱体,经一系列反应合成了一种苯环上含巯基的离子交换树脂(巯基树脂),研究了其对水中Hg2+的吸附特征. 巯基树脂的红外与元素分析结果表明,巯基官能团成功地嫁接到树脂表面,树脂中b(巯基)为2.89 mmol/g. pH对吸附的影响较大,当pH为1时,巯基树脂对Hg2+的吸附量很低,因此,可以用酸洗树脂使其再生. 当pH为2～7时,巯基树脂对Hg2+的吸附量相差不大. 巯基树脂对水中Hg2+的吸附等温线结果表明,温度的升高有利于吸附,吸附量高达14.500 mg/g,且符合Langmuir模型. Hg2+在巯基树脂上的吸附符合准二级动力学方程,对于初始ρ(Hg2+)为1 mg/L的溶液,吸附后最终ρ(Hg2+)可降到0.003 mg/L.      

Mn2+、Mo6+和Zn2+对活性污泥内胞外聚合物组分的影响

通过测定不同浓度的金属离子对活性污泥比耗氧率的影响, 确定了Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度, 并研究了在各自促进浓度范围内3种金属离子对活性污泥内胞外聚合物(EPS)组分(蛋白质、糖类和核酸)含量变化的影响.结果发现, Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度均为1mg·L^-1. Mn²⁺和Zn²⁺对EPS各组分的影响较大, 而Mo⁶⁺基本没有产生影响. 试验同时发现, 经低温贮存的污泥, 其EPS含量下降, 其中多糖含量下降最为明显.     

功能化凹凸棒吸附材料的制备及其对重金属废水中Pb2+的吸附行为

重金属离子废水会对人体健康和环境造成严重威胁,吸附法是去除重金属废水中重金属离子的重要方法.对凹凸棒土（ATP）接枝磁性Fe₃O₄纳米粒子,再使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）进行改性,制备了具有良好吸附性能的凹凸棒复合纳米材料吸附剂（ATP-Fe₃O₄-APTES）,并将其用于重金属离子废水的处理.利用FT-IR、XRD、SEM及TEM、BET吸脱附法、Zeta电位和VSM分析等方法对材料的结构和表面性质进行了分析表征.研究了所制备材料对重金属离子Pb²⁺的吸附行为,考察了溶液pH、吸附时间、吸附温度和Pb²⁺初始浓度等因素对材料吸附性能的影响作用,探讨了吸附过程的吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学行为.结果表明,材料对Pb²⁺的最大吸附容量为129.32 mg·g^-1.吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式,表明材料对Pb²⁺的吸附是单分子层化学吸附;吸附热力学分析表明,吸附过程是一个自发的吸热过程,吸附驱动力主要来自吸附材料表面-NH₂与Pb²⁺之间的配位作用.综上,所制备功能化磁性凹凸棒吸附材料对重金属离子具有良好的吸附性能,有望用于重金属离子废水的处理.     

红纺锤水蚤(Acartia erythraea)对Cu2+和Ag+的吸收

通过对桡足类动物红纺锤水蚤(Acartia erythraea)分别在Cu2 、Ag 、Cu2 Ag 混合溶液中的暴露实验,测定了其对Cu2 、Ag 的吸收速率常数、排出速率常数,并对Cu2 和Ag 在动物体内的分布状况进行了分析.结果表明,在单金属暴露的条件下,红纺锤水蚤对Cu2 、Ag 的吸收速度分别为1.09×104L·g-1·d-1、3.31×104L·g-1·d-1,排出速率常数分别为0.096 d-1、0.1056 d-1.而在Cu2 Ag 的混合暴露体系中,红纺锤水蚤对Cu2 、Ag 的吸收速率分别下降到9.17×103 L·g-1·d-1、2.87×104L·g-1-d-1,Cu2 和Ag 的排出速度常数则分别降到0.084 d-1和0.1008 d-1.动态模型的模拟结果表明,Cu2 和Ag 存在一定程度的拮抗作用.与暴露在单金属溶液中的红纺锤水蚤相比较,在暴露于Cu2 、Ag 混合体系中动物体内的非极性部分所占的比重明显增加,说明其在食物链中对于上一营养级的生物有效性将明显增加.