水铁矿及其胶体对砷的吸附与吸附形态

采用吸附实验,通过吸附动力学和吸附等温模型,研究了水铁矿及其胶体对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力.在此基础上,使用连续提取和As化学形态提取技术分别对水铁矿及其胶体固相上吸附As的结合形态和化学形态进行提取分析.吸附动力学研究以及Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型拟合结果表明,水铁矿及其胶体对As的吸附为多层吸附,且易于进行.水铁矿胶体对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量分别为194.8 g·kg~(-1)和107.3 g·kg~(-1),而水铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力分别为155.2 g·kg~(-1)和104.4 g·kg~(-1),均低于水铁矿胶体.水铁矿及其胶体吸附的As以专性吸附As、无定形铁氧化物结合As和晶型铁氧化物结合As形式存在,胶体上未形成残渣态As.因此,水铁矿胶体吸附As的牢固程度低于吸附As后形成残渣态As的水铁矿,且所吸附的As容易重新释放到环境中,增加环境风险.水铁矿单独存在时不具有将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ)的能力.     

氨化松香基交联聚合树脂对水中诺氟沙星的吸附性能

将松香基功能高分子进行胺基化得到氨化松香基交联聚合树脂(aminated rosin-based resin,ARBR),采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和比表面分析(BET)对ARBR进行了表征.利用ARBR树脂对水中诺氟沙星(NOR)吸附去除,系统研究了树脂投加量、pH值、接触时间、离子强度和温度等因素对NOR吸附性能的影响.结果表明,pH在2.0~6.0范围内,ABRA对NOR的去除效果随着溶液pH值的增加而升高,在8~10之间则呈现下降趋势;共存离子溶液的存在对ARBR去除NOR的行为总体上表现为促进作用.ARBR对水中诺氟沙星的吸附动力学过程符合准二级动力学模型.Langmuir等温吸附模型可较好地描述ARBR对水中NOR的吸附过程,理论最大吸附量为30.29 mg·g~(-1)(pH 6.0、20℃).吸附热力学分析表明,ARBR对水中诺氟沙星的吸附是自发吸热的过程,属于物理吸附,其吸附机制主要为氢键与静电作用.脱附再生实验发现,0.1 mol·L~(-1)HCl溶液效果明显优于其它脱附液,进一步确证了氢键在吸附中的主导作用;经过5次吸附-脱附循环后,对NOR仍具有稳定的吸附性能,可再生循环使用.对比了不同类型商品化树脂,ARBR具有较好的吸附效果.该研究结果拓展了松香高值化的应用研究领域,对开发松香在环境微污染控制中的应用具有理论指导意义.     

氧化镁基生物质炭高效去除水体中磷的特性

利用花生壳为前驱体,在高温限氧条件下,将氧化镁(MgO)负载于生物质炭(BC)表面制备出氧化镁基生物质炭(MgOBC)复合材料.系统研究了MgO-BC对水体中P的吸附特性,并探讨了溶液pH值、接触时间、竞争离子等因素对P的吸附效果的影响.结果表明,P的最佳吸附初始pH为7~9,过酸过碱的环境均不利于P的吸附;P的吸附过程可在540 min内达到平衡,且动力学曲线较好地符合伪一级和伪二级动力学模型,拟合系数可达97.3%和99.0%;当Cl~-、HCO_3~-、NO_3~-等共存离子的量浓度达到P的10倍时,MgO-BC对P仍具有较强的吸附能力;P的吸附过程较好地符合Langmuir等温模型,拟合系数达99%,理论最大吸附容量为138.07 mg·g~(-1),远高于其它未经改性或改性的生物质炭和几种典型P吸附剂的吸附容量.此外,吸附P后的复合材料可作为肥料施入土壤,可有效实现P的再利用.综上所述,该MgO-BC复合材料在净化实际P污染水体中有着广阔的应用前景.     

Ethanol mediated As(III) adsorption onto Zn-loaded pinecone biochar: Experimental investigation, modeling, and optimization using hybrid artificial neural network-genetic algorithm approach

Organic matters (OMs) and their oxidization products often influence the fate and transport of heavy metals in the subsurface aqueous systems through interaction with the mineral surfaces. This study investigates the ethanol (EtOH)-mediated As(III) adsorption onto Zn-loaded pinecone (PC) biochar through batch experiments conducted under Box–Behnken design. The effect of EtOH on As(III) adsorption mechanism was quantitatively elucidated by fitting the experimental data using artificial neural network and quadratic modeling approaches. The quadratic model could describe the limiting nature of EtOH and pH on As(III) adsorption, whereas neural network revealed the stronger influence of EtOH (64.5%) followed by pH (20.75%) and As(III) concentration (14.75%) on the adsorption phenomena. Besides, the interaction among process variables indicated that EtOH enhances As(III) adsorption over a pH range of 2 to 7, possibly due to facilitation of ligand–metal(Zn) binding complexation mechanism. Eventually, hybrid response surface model–genetic algorithm (RSM–GA) approach predicted a better optimal solution than RSM, i.e., the adsorptive removal of As(III) (10.47 μg/g) is facilitated at 30.22 mg C/L of EtOH with initial As(III) concentration of 196.77 μg/L at pH 5.8. The implication of this investigation might help in understanding the application of biochar for removal of various As(III) species in the presence of OM.     

不同锆负载量锆改性膨润土对水中磷酸盐吸附作用的对比

通过实验对比考察了不同锆负载量的锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附作用.结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散所控制.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温实验数据可以采用Langmuir、Freundlich、Sips和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型进行拟合.实验条件下,磷酸盐吸附性能随pH增加而降低.溶液共存的Na~+、K~+和Ca~(2+)促进了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附,并且Ca~(2+)的促进作用远远大于Na~+和K+,而溶液共存的HCO-3和SO2-4一定程度上抑制了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附.锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随着锆负载量的增加而增加,而锆改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附量则随着锆负载量的增加而降低.当ZrO_2负载量由3.61%增加到13.15%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量(以P计)显著地由3.83 mg·g~(-1)增加到9.03 mg·g~(-1),而继续增加ZrO_2负载量至19.63%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量则缓慢地提高到9.66 mg·g~(-1)(以P计).当ZrO_2负载量由3.61%逐渐增加到19.63%时,锆改性膨润土中单位质量ZrO_2的磷酸盐最大吸附量[m(P)/m(ZrO_2)]由106 mg·g~(-1)逐渐下降到49.2 mg·g~(-1).综合考虑吸附剂的经济成本和吸附容量,ZrO_2负载量为13.15%锆改性膨润土更为适合作为吸附剂去除水中磷酸盐.     

污泥基生物炭对垃圾渗滤液的吸附性能研究

以城镇污水处理厂剩余污泥为原料制备生物炭,研究了其对垃圾渗滤液中污染物吸附性能,旨在探索市政污泥综合利用方法和"以废治废"的治理技术途径。结果表明:当生物炭投加量为20 g/L时,垃圾渗滤液的COD和TP去除效果最佳,去除率分别为36.76%和78.36%,NH_4~+-N去除率随生物炭投加量增加而增加;上述三者不同污染物去除的最佳反应接触时间分别为50 min、30 min和≥2 h;生物炭对重金属离子的吸附机理主要表现为离子交换作用。     

热活化镁砂的表征、吸附性能及其对含油废水的处理效果研究

通过对镁砂进行改性试图提高其吸附性能,并用于处理含油废水。对镁砂进行热活化处理,并对处理前后的镁砂进行了X射线衍射分析、TG-DSC热分析及扫描电镜分析。再将热活化后的镁砂用于处理模拟含油废水,考察了焙烧温度、吸附剂用量、pH、温度等因素对模拟含油废水中COD去除效果的影响。根据实验结果,确定镁砂的热活化温度为500℃,利用热活化后的镁砂吸附去除模拟含油废水中的COD,处理后出水COD浓度可满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。     

碳酸钙改性硅藻土处理电解锌漂洗废水实验研究

铅锌矿在我国储存量大,电解法生产锌过程中可产生含Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、As5+和Cu~(2+)等重金属离子的漂洗废水。以硅藻土精土为基体,用碳酸钙作为改性剂制备改性硅藻土,对电解锌漂洗废水进行吸附实验研究。结果表明:在反应时间为150 min,碳酸钙改性硅藻土用量为3 g/L,pH为5.46,温度为25℃条件下,对废水进行吸附实验,吸附后废水中的Cu~(2+)和As5+离子浓度低于仪器检测线(0.01 mg/L和0.09 mg/L),Pb~(2+)浓度为0.16 mg/L,吸附后废水中Cu~(2+)、As5+和Pb~(2+)离子浓度均满足GB 25466—2010《铅锌工业污染物排放标准》的排放要求。同时,采用SEM、FTIR、XRD等对碳酸钙改性硅藻土进行表征,进一步探讨了碳酸钙改性硅藻土对重金属的吸附机理。     

地下水循环井技术处理土壤和地下水中甲基叔丁基醚研究

研究了MTBE在砂土中的静态吸附以及采用地下水循环井技术(GCW)去除砂土和地下水中MTBE的衰减规律。结果表明:MTBE在砂土中的吸附动力学符合准二级动力学方程,相关系数R2为0.99618,在砂土中的吸附平衡时间为24 h;吸附热力学符合Linear平衡吸附,吸附系数为0.00306 m3/kg。GCW运行30 h后,地下水饱和含水层中MTBE浓度由500 mg/L降至72.5 mg/L,去除率为85.5%;砂土中MTBE的吸附量由0.93 mg/g降至0.03 mg/g,去除率达96.4%。水平方向距GCW越近,MTBE的去除效率越快,垂直方向位于GCW上部的MTBE优先会被去除,最佳修复时间为运行15 h。GCW对砂土和地下水中高浓度MTBE具有良好的修复效果。     

碳素纤维在近岸海洋污染物磷酸盐、硅酸盐处理中的应用

对碳素纤维进行氧化改性,利用改性后的碳素纤维处理近岸污染海水,重点研究了改性碳素纤维对海水中活性磷酸盐和活性硅酸盐的吸附作用。考察了碳素纤维液相改性时间、碳素纤维投加量、活性磷酸盐初始浓度、活性硅酸盐初始浓度、吸附时间、海况、pH值等单因素对近岸海洋污染物磷酸盐、硅酸盐吸附效果的影响。研究结果表明:改性碳素纤维对硅酸盐的吸附效果较好,去除率可达70%,对活性磷酸盐的去除率为31%左右。通过正交实验确定改性碳素纤维材料修复模拟近岸海水的优化条件为:碳素纤维改性时间为1.5 h,投加量为0.01 g,硅酸盐初始浓度为3mg/L,磷酸盐初始浓度为20 mg/L,海况为3级,pH值为8,吸附时间为3 h。在此条件下,碳素纤维对磷酸盐的去除率可达31.06%,硅酸盐去除率可达70.88%。