氨水活化的活性炭纤维的脱硫作用

通过使用氨水作活化剂对沥青基炭纤维进行活化，制香了表面富含氮元素的活性纤维，元素分析和XPS均证实此种活化方法可在活性炭纤维上引入停含炭纤维上引入含氮宫能团，所得活性炭纤维在H2O和O2存在下脱除模拟烟气中SO2的活性显著高于用常规方法化（如水蒸汽）制香的活性炭纤维，也高于含氮的聚丙烯腈基活性炭纤维，对引入到ACF表面的含氮官能团的种类及其在脱硫过程中所起的作用进行了分析。  

芦苇基和污泥基生物炭对水体中诺氟沙星的吸附性能

以芦苇秸秆和市政污水处理厂污泥为原料,在500℃ 的条件下制备了芦苇基和污泥基生物炭. 利用比表面积测定法(BET)、 扫描电镜(SEM)、 能谱分析(EDS)和红外光谱(FTIR)研究了生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究pH、 吸附时间、 温度、 诺氟沙星(NOR)初始浓度对吸附效果的影响,初步讨论了吸附机制. 结果表明,NOR在芦苇基和污泥基生物炭上的吸附在12 h分别达到总吸附量的70%、 60%以上; 芦苇基和污泥基生物炭对NOR的饱和吸附量分别为2.13 mg ·g^-1和2.09mg ·g^-1; 降低溶液pH有利于NOR的吸附; 生物炭对NOR的吸附行为符合准二级动力学方程, 其等温吸附曲线符合Langmuir方程. 对吸附过程吉布斯自由能(ΔG)、 焓(ΔH)以及熵(ΔS)的计算证明生物炭对NOR的吸附是自发的吸热反应; 红外光谱分析表明,生物炭上较多含氧官能团为NOR的吸附提供了吸附点,有利于NOR分子与生物炭间形成作用力较强的氢键,氢键为NOR吸附在生物炭上的主导作用力.  

炭纤维生物膜载体在反硝化脱氮中的应用

 通过对反硝化微生物在炭纤维与聚丙烯、泡沫聚氨酯塑料类载体上的固着化实验,发现反硝化微生物在炭纤维载体上附着强度较大,而且每克炭纤维上的生物膜干重及对硝态氮处理能力是每克塑料类载体的200倍以上.PAN基高强度炭纤维比活性炭纤维能固着更多的反硝化微生物,这与高强度炭纤维载体与微生物的有效接触面积大、传质好及表面官能团有关.适量的表面含氧官能团能使较多的反硝化菌较牢固地吸附在炭纤维载体上.PAN基高强度炭纤维是一种生物相容性好、固着强度高、耐微生物分解及化学腐蚀的优异的反硝化菌新型固着化载体.  

不同裂解条件对生物炭稳定性的影响

在300~500℃温度下热裂解水稻秸秆、玉米秸秆制备生物炭,并采用红外光谱(FTIR)和元素分析的方法,以生物炭表面官能团和元素组成为主要考察指标,研究了不同裂解温度、不同保留时间对生物炭稳定性的影响。生物炭红外光谱图结果显示,生物质原材料经过裂解炭化过程,原材料分子结构中所含醚键(C-O-C)、羰基(C=O)等基团消失。随着裂解温度升高,生物炭中甲基(-CH3)和亚甲基(-CH2)也逐渐消失,而芳环结构增加,生物炭芳香化程度增强。延长生物炭制备过程中的保留时间亦有相同结果。生物炭元素组成的结果显示,裂解温度升高及保留时间延长均能使生物炭的H/C比下降,同时裂解温度对生物炭H/C的影响更加显著。相比水稻秸秆生物炭,玉米秸秆生物炭的芳环骨架更加明显,芳香化程度更高。  

长期施肥措施下稻田土壤有机质稳定性研究

采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对典型稻田生态系统长期定位试验的土壤有机质(SOM)结构进行分析,探讨不同施肥处理下表层与深层土壤有机质的分布差异及其稳定性机制.结果表明,长期不同施肥措施下稻田表层土壤有机碳(SOC)含量以有机-无机肥配施处理最高,其中高量有机肥(HOM)、低量有机肥(LOM)和秸秆还田(STW)处理较对照(CK)处理分别增加了18.5%、12.9%和18.4%.土壤有机质的化学结构也存在一定的差异性,与CK相比,施肥处理均增加了土壤中化学抗性化合物(脂族性、芳香族)、碳水化合物以及有机硅化合物的官能团吸收强度,其中HOM、LOM和STW处理最为明显.以烷烃类化合物为例,HOM、LOM和STW处理下其吸收强度为0.30、0.25和0.29,较CK分别增加了87%、56%和81%.表层土壤有机质各官能团的吸收峰强度皆高于深层土壤,同样以HOM、LOM和STW处理的差异最显著.本研究结果揭示了长期有机-无机肥配施下对亚热带稻田土壤有机质较丰富的化学抗性官能团结构的影响,贡献于其较高的有机质含量,这也从一方面揭示了稻田土壤有机质积累的化学稳定机制.  

壳聚糖衍生物对重金属离子的吸附性能

研究了具有线性硫脲基和羧基双官能团的改性交联壳聚糖颗粒树脂 (CNCTS)对Cu2 、Ni2 和Co2 的吸附特性及机理 .结果表明 ,该化合物对Cu2 的吸附量为 2 4 0mmol/ g ,Ni2 为 1 6 0mmol/ g和Co2 为 3 10mmol/ g .它们的差异可能与离子的构型和络合体的配位相关 .在 3种离子混合溶液选择性吸附中 ,对 3种离子的吸附性与对单种离子的吸附性是一致的 ,该化合物对Co2 具有优良的选择吸附性 .经用 0 1mol/L的盐酸洗脱再生 3次后 ,该颗粒状树脂的吸附性能下降率极小  

玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能

为探明玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能,研究了其对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N的吸附动力学过程;并用等温吸附模型对NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程进行拟合,探讨制得生物炭对无机氮的吸附机理.结果表明,400℃和600℃制得玉米秸秆和玉米芯生物炭均呈碱性,表现为400℃ < 600℃;同种原材料,与400℃制得生物炭相比,600℃制得生物炭碱性含氧官能团数量较多,而酸性含氧官能团数量较少.400℃制得生物炭对NH₄⁺-N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭的平衡吸附量分别为4.22和4.09mg/g);而600℃制得生物炭对NO₃^--N和NO₂^--N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO₃^--N的平衡吸附量分别为0.73和0.63mg/g;对NO₂^--N的平衡吸附量分别为0.55和0.35mg/g).与NO₃^--N和NO₂^--N相比,玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH₄⁺-N的吸附能力更强,4种生物炭对NH₄⁺-N的平衡吸附量是NO₃^--N/NO₂^--N的4.29~20.2倍.等温吸附模型拟合研究表明,玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程均可用Freundlich模型描述,其在生物炭表面的吸附是多分子层吸附.  

Mechanism of Cu(Ⅱ) adsorption inhibition on biochar by its aging process

Biochar exposed in the environment may experience a series of surface changes, which is called biochar aging. In order to study the effects of biochar aging on Cu（Ⅱ） adsorption, we analyzed the surface properties before and after biochar aging with scanning electron microscopy（SEM） coupled to an energy-dispersive X-ray spectrometer（EDX） and diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy（DRIFTS）, and then explored the influence of the aging process on Cu（Ⅱ） adsorption by batch experiments. After the aging process, the oxygen concentration, phenolic hydroxyl groups, aromatic ethers and other oxygen-containing functional groups on the biochar surface increased, while carboxyl groups slightly decreased. Thus, over a range of pH, the cation exchange capacity（CEC） and adsorption capacity of Cu（Ⅱ） on the aged biochar were smaller than those of new biochar,indicating that when biochar is incubated at constant temperature and water holding capacity in the dark, the aging process may inhibit Cu（Ⅱ） adsorption. Meanwhile, the dissociation characteristics of oxygen-containing functional groups changed through the aging process, which may be the mechanism by which the biochar aging process inhibits the Cu（Ⅱ） adsorption. Carboxyl groups became more easily dissociated at low pH（3.3–5.0）,and the variation of maximum adsorption capability（qm） of Cu（Ⅱ） on the old biochar was enlarged. Phenolic hydroxyl groups increased after the aging, making them and carboxyl groups more difficult to dissociate at high pH（5.0–6.8）, and the variation of qmof Cu（Ⅱ） on the aged biochar was reduced.  

不同性质天然有机物对水中颗粒稳定性影响的机理研究

以不同来源天然有机物(NOM)及其各分离组份和模型颗粒Al(OH)₃为研究对象,考察了pH值、二价金属离子Ca²⁺以及NOM的特性等因素对Al(OH)₃颗粒稳定性的影响,并通过研究几种NOM吸附性能和吸附前后的特性变化,进一步探讨了NOM对颗粒稳定性的影响机理.结果表明,Al(OH)₃颗粒的等电点pH_iep出现在pH5～6之间,吸附态有机物是造成颗粒稳定性提高的主要原因,溶液中自由态Ca²⁺离子能够起到压缩双电层的作用,降低吸附态NOM之间的静电斥力,减小表面负电性,增加pH_iep;吸附络合态Ca²⁺离子对颗粒表面负电性影响较小,但能够强化NOM在颗粒表面的吸附.NOM作为聚合态阴离子,在颗粒表面的吸附行为不符合Langmuir吸附模型,最大吸附发生在pH 4左右,吸附作用能够去除几种NOM中分子量较大的部分,并减小其羧基官能团的相对含量,NOM中大分子量、芳香性高的成分是造成水中颗粒稳定性提高的主要原因.  

氧氟沙星在碳纳米管上的吸附机制研究

碳纳米管吸附氧氟沙星(OFL)是控制其在水体中归趋的一种有效方法.本研究讨论了多壁碳纳米管及其共混酸处理产物(MWCNTs和MWCNTs-O)对于氧氟沙星的吸附过程.考察了吸附动力学、吸附等温线、pH的影响和解吸过程.结果表明,吸附动力学曲线符合准二级动力学模型,OFL在MWCNTs-O上的平衡吸附量较大;Langmuir模型和Freundlich模型都能很好拟合吸附过程;pH在6.0~10.0时,平衡吸附量下降很快;解吸过程出现了解吸滞后现象,在MWCNTs-O上更为明显.吸附热力学分析表明OFL在碳纳米管上的吸附作用力为分子间作用力,MWCNTs-O上较多含氧官能团的引入为OFL分子的吸附提供了较多的吸附点,有利于OFL分子和碳纳米管之间形成相对作用力较强的氢键,该作用力主导了OFL在碳纳米管上的吸附,解释了试验现象.