污泥生物炭制备吸附陶粒

以城市污泥热解产生的生物炭(BC)与高岭土(KL)为原料制备吸附陶粒(SKC),研究其对环丙沙星(CIP)的吸脱附性能,开展吸附动力学和等温吸附特性研究,结合形貌、孔结构、物相组成、表面电位探讨其吸附机制,利用TCLP法研究重金属浸出特征.结果表明BC与KL以6∶4的质量比混合造粒,经1 050℃烧结5 min得到的SKC对CIP有明显的吸附效果,去除率达65.34%;SKC对CIP的吸附符合二级动力学模型,在不同质量浓度下的吸附特性适用于Freundlich等温吸附模型,吸附过程同时存在物理和化学吸附.SKC具有良好的孔隙结构,物相组成以硅铝氧化物、铁氧化物和金属磷酸盐为主,既能降低重金属的浸出毒性又具有良好的CIP吸附去除效果,有望为处理废水中高浓度CIP提供一种低成本可回收的吸附材料,也为BC的规模化安全利用提供了新思路.     

灼烧净水污泥对外源磷的吸附和固定作用

研究了不同投加方式下(混匀和覆盖)灼烧净水污泥对外源磷的累积吸附效果,以及吸附外源磷后底泥等温吸附效果和在厌氧条件下内源磷释放情况.结果表明,混匀和覆盖条件下,底泥对上覆水中磷的累积吸附量分别为11.496 mg和11.042 mg,明显高于对照实验(7.219 mg).通过对吸附外源磷后的底泥进行等温吸附实验,发现混匀条件和覆盖条件下磷最大吸附量(Smax)均有所增加,并且前者(7.795 mg·g~(-1))要高于后者(6.807 mg·g~(-1)),但磷平衡浓度(EPC0)前者(0.83mg·L~(-1))却明显大于后者(0.64 mg·L~(-1)),表明混匀条件下内源磷更容易释放.在厌氧环境下,混匀方式内源磷释放量仅为0.93 mg,不仅低于覆盖(1.49 mg),也明显低于对照实验(7.76 mg).覆盖条件下比释放速率的平均值(0.006 14)大于混匀(0.003 96),并均低于对照实验.这说明混匀对内源磷的持留能力更强.暗示了单纯用EPC0值来评价底泥对磷的固定能力是不妥的.     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

近海沉积物对粪固醇的等温吸附和热力学研究

采用大连湾近海表层沉积物为吸附剂,粪固醇为吸附质,通过批量平衡法,研究了近海沉积物对12种粪固醇的吸附行为.结果表明,12种粪固醇在24 h吸附达到平衡后,5种粪固醇的指纹值变化趋于稳定;用Henry、Freundlich、Langumir、Dubinin-Radushkevich(D-R模型)、Temkin这5种等温吸附模型来拟合,其中Langumir模型不适合拟合沉积物对粪固醇的吸附数据,其他4种模型均能较好地拟合.D-R模型拟合效果表明,12种粪固醇的吸附平均自由能在7 071.1～9 128.7 J.mol-1之间,12种粪固醇的吸附过程主要是物理吸附的作用.Temkin模型拟合效果表明,加氢胆固酮(Kf=8.89×106)的Kf值最大,说明沉积物吸附加氢胆固酮之间的作用最大,加氢胆固酮更容易被吸附.热力学参数吸附焓ΔH0<0,熵变ΔS0<0,ΔG0<0呈现出放热反应,自发过程的特征.     

粉末活性炭粒径对水中菲吸附动力学的影响效应研究

以菲为目标污染物,研究了粉末活性炭(PAC)在微尺度(1～ 100.Μm)下的粒径效应对多环芳烃吸附性能的影响.实验中按照中值粒径将研磨后得到的粉末活性炭划分为:PAC-1 (19 μm)、PAC-2(46μm)、PAC-3(76 μm).通过比表面积及孔隙度自动分析仪、原位拉曼光谱、扫描电镜等手段对PAC物化性质进行表征,发现粒径减小使PAC的BET比表面积和总孔容增加了10％ ～20％左右,而对PAC表面化学性质的影响较小.PAC的粒径分布对其吸附性能有显著影响,这种影响主要体现为吸附速率成倍的增加,其次是吸附容量有30％ ～36％的增幅.分别用3种动力学模型对吸附过程进行拟合,结果表明,伪二级动力学方程的拟合程度最高,PAC-1有最大的吸附速率常数k,并且随着粒径的减小,k值逐渐增大.     

铜铈复合氧化物上石化行业典型VOCs的氧化行为与动力学

采用共沉淀法和等体积浸渍法制备了CuCeO x复合催化剂,对材料的物化性质进行了XRD、低温N2吸脱附、H2-TPR和O2-TPD表征.以石化行业典型VOCs(苯、甲苯和正己烷)为探针污染物,研究了污染物组成与浓度、反应空速、O2浓度、H2O浓度和催化剂种类对其氧化行为的影响,并对反应动力学参数进行了模型拟合.共沉淀得到的催化剂具有均匀的活性相、好的低温可还原性能和较多的活性表面氧物种.甲苯氧化率随着污染物浓度升高而降低,高转化率下苯浓度与其氧化率无相关性,正己烷的氧化率与入口浓度呈正比.苯能够显著抑制甲苯的氧化,而甲苯加入有利于苯的氧化.正己烷对苯氧化的影响较小,但能够促进甲苯的转化,苯系物对正己烷氧化有明显的抑制作用.低空速和高氧浓度都有利于污染物的氧化,氧浓度的变化对正己烷和苯的氧化影响较小.水汽对甲苯的氧化有明显的抑制作用,而对苯和正己烷氧化有明显的促进作用.共沉淀催化剂具有更好的甲苯和苯氧化性能,而无水条件下浸渍催化剂具有更好的正己烷氧化性能.拟一级动力学模型能够很好地模拟不同条件下污染物的氧化行为.     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料对水中单宁酸的吸附性能研究

通过简单方法制备出Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料,并利用XRD、FT-IR、VSM和SEM等手段对其物理化学性质进行了表征,最后对水中单宁酸进行了吸附性能研究.结果表明,所制备复合材料上的氨基基团(N—H的特征吸收峰出现在1549.53cm-1)能够与单宁酸上的酚羟基反应,使—NH2质子化形成NH+3,并利用良好的磁性(42.5emu.g-1)使单宁酸从水中分离去除;对单宁酸的吸附符合Langmuir吸附模型和拟二级吸附动力学方程;在pH=6时,基于氢键和静电吸附的协同作用,吸附能力达到最强,为85.18mg.g-1(吸附温度为25℃,吸附时间为60min).研究证实,Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料与Fe3O4@SiO2和SiO2相比,对单宁酸有更好的吸附性能,同时通过外磁场可以达到固液分离的效果.     

磷酸根和镉离子在羟基铁改性膨润土表面的协同吸附机制研究

聚合羟基金属-粘土矿物复合物广泛存在于自然环境中,对重金属阳离子和含氧酸根阴离子均有很好的吸附能力,因此对这些化合物的环境迁移过程及污染控制具有重要影响.研究采用FeCl₃和Na₂CO₃共同改性膨润土,制备了羟基铁－膨润土复合物（HyFe-Bent）.XRD和孔结构分析结果发现,HyFe-Bent的d₀₀₁由原土的1.52 nm增加到1.81 nm,比表面积由原土的52.2 m²·g^-1增大到108.4 m²·g^-1.将HyFe-Bent用于同时吸附水中磷酸根（P）和镉离子（Cd）,结果表明,在实验条件下P和Cd在HyFe-Bent上表现出明显的协同吸附效应,溶液pH升高可促进Cd的吸附但降低P的吸附.此外研究了P和Cd吸附次序对它们吸附性能的影响：在先吸附P的体系中两种物质的吸附性能与同时吸附体系相当,而在先吸附Cd的体系中吸附性能则明显低于同时吸附体系.由此提出P和Cd协同吸附的原理是多种吸附机制共存：除了配体交换和离子交换作用,它们在HyFe-Bent表面还发生了表面沉淀作用,可能形成了Fe-P-Cd三元络合产物.论文研究结果可为了解重金属和含氧酸根复合体系的环境行为及污染控制提供新信息.     

La3+掺杂对吸附相反应制备TiO2复合催化剂的结晶过程及弱紫外光下活性的影响

利用吸附相反应技术制备弱紫外光响应的高效催化剂,并通过XRD、XPS以及HRTEM探索了不同焙烧温度下La3+掺杂量对TiO2结晶过程的影响.结合弱紫外光下甲基橙的降解反应,深入研究催化剂结晶过程的变化对弱紫外光下催化剂活性的影响.结果表明,La3+掺杂会抑制TiO2的结晶过程.当焙烧温度或者掺杂量较低时,La3+不能进入TiO2的晶格结构但会轻微地抑制TiO2的结晶过程;未进入晶格结构的La3+存在会引入光生载流子的浅能级捕获中心,在弱光体系中极大提升了催化剂的活性.当La3+的掺杂量为0.05%(原子分数)时,经过900℃焙烧后催化剂降解能力最高,其活性超过商用P25的2倍多.在较高La3+掺杂量(超过0.20%)时,900℃焙烧后一定量La3+进入TiO2的晶格结构而大大抑制了TiO2结晶;这种强烈的抑制作用使得催化剂中存在大量无定形结构TiO2,无定形TiO2甚至多于700℃焙烧后的催化剂,反而大大抑制了弱光体系中催化剂活性.