改性生物炭对水中Cr(Ⅵ)的去除研究进展

生物炭因其具有比表面积大、孔隙发达、表面官能团丰富等特点而广泛应用于水中Cr(Ⅵ)的去除。但是,生物炭对水中Cr(Ⅵ)的去除效果并不理想,而且回收困难,所以限制了生物炭在含Cr(Ⅵ)废水中应用。近年来,研究发现通过酸碱、金属、金属氧化物、有机化合物和纳米材料等对生物炭进行改性,增大了生物炭的比表面积,提高了含氧官能团的比例,引入了新的金属颗粒,从而提高了生物炭对Cr(Ⅵ)的去除能力。文章根据目前的研究现状,综述了改性生物炭对水中Cr(Ⅵ)的去除作用,并比较了不同改性方法对Cr(Ⅵ)的作用效果差异,同时归纳了改性生物炭与Cr(Ⅵ)的相互作用机制及其影响因素。最后,展望了改性生物炭未来的的研究方向,以期望改性生物炭得到更好的应用。     

针铁矿改性生物炭的制备及对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

在不同热解温度及原料配比条件下,采用水解共沉淀方法制备针铁矿改性生物炭材料（GMB）,借助SEM-EDS、XRD、FTIR、XPS进行表征,并进行Cr （Ⅵ）吸附实验,探究吸附性能和机理。结果表明:1）经改性后生物炭表面生成了羟基氧化铁（FeOOH）,吸附能力有大幅提升;2）热解温度为600℃,生物炭与Fe （NO₃）₃·9H₂O的质量比为1:12时制备的GMB600-12表现出最佳吸附性能,最大吸附容量为20.67 mg/g;3）准二级动力学揭示Cr （Ⅵ）的吸附以化学吸附为主,Langmuir和Freundlich模型都能很好地描述GMB对Cr （Ⅵ）的吸附特征;4） XPS的结果进一步表明GMB去除水溶液中Cr （Ⅵ）是氧化还原和表面吸附协同作用的结果。     

不同制备温度下污泥生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以城市剩余污泥为原料,于300,400,500,600℃温度条件下制备生物炭,通过单因素静态吸附实验探讨制备温度对生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:在500℃以内随着温度上升制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量增加,制备温度高于500℃后变化不明显;扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、傅里叶红外光谱(FTIR)表征结果显示,热解温度对生物炭表面形貌和官能团组成有显著影响;等温模型及动力学拟合结果表明,生物炭吸附Cr(Ⅵ)为单分子层吸附、物理-化学复合吸附。热解温度对污泥制备生物炭吸附Cr(Ⅵ)的性能有显著影响,最佳制备温度为500℃,在此条件制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的理论吸附量可达7. 93 mg/g。     

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.     

一种鱼腥草生物炭对水中Cr (Ⅵ)吸附性能研究

本研究采用在高温下煅烧鱼腥草,用HNO3处理制备吸附剂。在以空气为载气的条件下用SHMADZU DTG-60差热-热重分析仪得到鱼腥草的最佳热解温度为476℃,XRD分析结果表明其主要由半晶体涡轮层炭和一些矿物质组成,傅里叶红外光谱分析(FTIR)表明其表面的芳香环和吡啶环的C═C和O─H伸缩振动位移较大,可能是吸附活性位。单因素实验结果表明在p H为1、吸附剂用量为0.3 g、吸附时间为120 min时对Cr(Ⅵ)去除率最高,达到99.2%。用Langmuir和Freundlich吸附模型对该吸附过程进行拟合,发现鱼腥草生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir吸附模型。此外,吸附热力学研究结果表明该吸附为自发过程。     

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

生物吸附剂对重金属Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

利用锯末和花生壳制备出对重金属离子具有较好吸附性能的生物吸附剂。研究了此种生物吸附剂对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能,并深入分析了吸附时间、pH、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附剂粒径、搅拌速度、共存阴离子对吸附的影响,并通过再生试验检验了吸附剂性质的稳定性和重复利用性。最佳吸附条件组合为:生物吸附剂Ⅰ初始浓度7 mg/L,吸附时间120 min,pH=2.0,温度30.2℃,投加量0.8 g,此时去除率达到85.01%;生物吸附剂Ⅱ初始浓度100 mg/L,吸附时间360 min,pH=2.0,温度30.1℃,投加量1.0 g,此时去除率达到87.96%。     

磁性荞麦壳炭的制备对水中Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

以当地农业废弃物荞麦壳为原料,用硝酸改性后负载磁性Fe3O4,得到一种易于分离的吸附剂荞麦壳磁性炭。在空气为载气的氛围中,用SHMADZU DTG-60差热-热重分析仪得到荞麦壳的最佳热解温度为589℃,XRD分析结果表明磁性荞麦壳炭晶体构成主要由半晶体涡轮层碳和一些矿物质组成,并检测到了Fe3O4的特征峰,通过傅里叶红外光谱分析(FTIR)表明磁性荞麦壳炭表面在3 426 cm-1较宽的吸收峰为磁性物质与荞麦壳炭缔合形成的—OH。探究了在不同影响因素下荞麦壳磁性炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附效果,结果表明,当pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度150 mg/L、吸附时间为150 min、荞麦壳磁性炭对Cr(Ⅵ)的去除率达到98.3%。用Langmuir和Freundlich吸附模型对该吸附过程进行拟合,发现磁性荞麦壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir吸附模型。     

豆角秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）吸附性能研究

为了解生物炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附效果,本文选用蔬菜废物豆角秸秆为原材料,采用限氧升温法在400℃和700℃温度下制备了两种生物炭。并研究了投加量、初始浓度、pH值、吸附时间、温度等因素对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响。研究结果表明,2种豆角秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）均有较好的吸附率,吸附最佳条件略有不同;D400对水中Cr（Ⅵ）的最佳吸附条件为投加量8g/L,初始浓度小于40mg·L^-1,pH值2—3;D700对水中Cr（Ⅵ）的最佳吸附条件为投加量8g/L,初始浓度小于60mg·L^-1,pH值2—4;基本达到吸附平衡的时间均为60min;温度对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响很小。     

改性锯末吸附含Cr（Ⅵ）废水的实验研究

初步探讨了以改性后的锯末作为吸附剂去除废水中的Cr（Ⅵ）,实验表明改性锯末对于不同浓度的含Cr（Ⅵ）废水都具有较高的去除率。同时通过实验研究了pH值、吸附时间、吸附剂量、初始浓度等因素对吸附去除率的影响。     

Cr(Ⅵ)吸附菌的分离及其对Cr(Ⅵ)吸附的研究

从某受铬污染的土壤中分离出一株铬吸附菌,经初步分离鉴定为芽孢杆菌。利用微生物培养基对其进行扩大培养,然后制备生物吸附剂,研究了吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附行为及pH、Cr(Ⅵ)初始浓度、温度和共存离子对吸附的影响。结果表明,吸附剂对Cr(Ⅵ)有较好的吸附效果,最佳吸附条件为pH=9.0,初始浓度为40mg/L,最佳温度为3...     

烟厂污泥热解制备载铁生物炭吸附水中Cr(Ⅵ)的研究

文章以造纸法烟草薄片生产废水处理所得的压滤污泥(简称烟厂污泥)为原料制备载铁生物炭(Fe-BC)并用于去除水中Cr(Ⅵ)。结果表明,Fe-BC的最佳制备条件为热解温度700℃、热解时间1.5 h,污泥含水率10%。在Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,FeBC投加量为6 g/L时可使溶液中Cr(Ⅵ)去除率达到99.8%。Fe-BC对Cr(Ⅵ)的吸附行为属于非均质表面吸附,满足Sips等温吸附模型及拟二级动力学方程,最大饱和吸附容量为75.23 mg/g。SEM及XRD分析表明,Fe-BC对Cr(Ⅵ)的去除是物理吸附与化学吸附综合作用的结果,涉及到静电吸附、氧化还原、原电池反应、共沉淀等过程。烟厂污泥热解制备的Fe-BC是一种良好的Cr(Ⅵ)吸附剂,可用于含Cr(Ⅵ)工业废水的处理,实现废弃物的资源化利用。     

酵母菌对Cr(Ⅵ)的生物吸附作用

研究了啤酒酵母对 Cr( )的吸附作用。当 p H=2时吸附效果最好 ,振荡 30 min吸附基本可达平衡。常见离子Na+、Ca2 +、Mg2 +、Cl-等对吸附影响不大。在一定浓度范围酵母菌对 Cr( )的吸附符合 Freundlich和 Langmuin等温吸附模型。随酵母菌和 Cr( )接触时间的增加 ,Cr( )被还原为 Cr( )。     

不同类型LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附性能

在碱性条件下采用水热-共沉淀法,将ZnCl_2、MgCl_2和AlCl_3、FeCl_3等不同2价和3价金属化合物两两组合,生成4种层状双金属氢氧化物(LDHs),并负载于天然麦饭石填料表面;分别通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、竞争性吸附试验、不同温度及pH值吸附试验,研究LDHs涂层负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附效果的提升作用.结果表明,改性后的各种麦饭石填料对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量均大于天然麦饭石,其中Zn Al-LDHs改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,在最适温度15℃时最大理论吸附量接近天然麦饭石的10倍;同时,解吸附试验发现LDHs的负载可以加强填料的重复利用率.所有填料对Cr(Ⅵ)的吸附热力学参数均为ΔGθ0、ΔHθ0、ΔSθ 0,表明填料吸附Cr(Ⅵ)过程为可自发进行的放热过程;LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级反应过程,以化学吸附为主.通过选用合适的金属离子组合方式制备不同的LDHs负载改性麦饭石,可达到有效提高麦饭石吸附水体中Cr(Ⅵ)性能的目的.     

木棉生物炭对水体中Cr(Ⅵ)的吸附特性和机制研究

选取木棉为原材料,在不同温度下制备成生物炭.实验考察了溶液初始pH、不同热解温度及生物炭投加量对吸附效果的影响,并利用吸附动力学、吸附等温线及SEM-EDS、FTIR、XPS、Zeta电位等手段研究木棉生物炭对水溶液Cr(Ⅵ)的吸附特性及吸附机理.结果表明,热解温度为400℃,固液比为2∶1,pH=2.0时,木棉生物炭...     

铁氧化物改性黏土对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

利用铁氧化物对黏土进行了包覆改性,采用静态吸附法对该改性黏土吸附Cr(Ⅵ)的特性进行了研究,并考虑了反应时间、pH、浓度、温度对吸附的影响。实验结果表明,整个吸附过程基本在3h内完成;改性黏土对Cr(Ⅵ)的吸附量随溶液初始pH的增大而明显减小;随着溶液初始浓度和温度的增大而增大。同时,在初始pH为3.0的条件下,研究了改性黏土吸附Cr(Ⅵ)的动力学和热力学特性,结果表明,改性黏土对Cr(Ⅵ)吸附能较好地符合准二级动力学方程和Langmuir等温式。由Langmuir等温式得出,在293K、初始pH为3.0条件下的单层饱和吸附量为12.91 mg•g-1。确定了改性黏土吸附Cr(Ⅵ)的热力学参数,表明该吸附过程是一个吸热的自发过程。与原土的对比实验表明,改性黏土对Cr(Ⅵ)的吸附能力大大增强。     

纳米零价铁/生物炭材料吸附Cr(Ⅵ)的研究

为治理工业废水中重金属铬污染,该文以梧桐叶为原料、绿茶滤液为绿色还原剂制备出纳米零价铁/生物炭复合材料,对材料的微观形貌、所含官能团、元素组成等理化性质进行表征,考察其对水中Cr（Ⅵ）的吸附去除性能。结果表明：纳米零价铁颗粒均匀附着于光滑舒展的生物炭表面,材料含有酚类、烯烃、芳香化合物和醇类等多种有机化合物,负载纳米零价铁后生物炭本身的石墨结构无显著变化,XRD谱图具有零价铁的特征峰。600℃热解制备生物炭,Fe/C负载比为1∶24的负载纳米零价铁生物炭材料,投加量2.0 g,对50 mL初始浓度为10 mg/L Cr（Ⅵ）溶液吸附60 min后,最大去除率为58.72%。     

高岭土的改性及其对Cr(Ⅵ)的吸附特性

采用煅烧、酸浸的方法对高岭土进行改性,通过对SEM、XRD、FT-IR、EDS、孔结构表征及高岭土对Cr(Ⅵ)的去除能力研究,确定高岭土的改性条件,考察改性高岭土对Cr(Ⅵ)的吸附特性. 结果表明:①高岭土的改性适宜条件为煅烧温度800℃、煅烧时间3h、c(HCl)为4mol/L;煅烧使高岭土的结构发生变化,活性增强;酸改使高岭土孔隙通畅,吸附性能增强. ②改性高岭土吸附Cr(Ⅵ)的优化条件为粒度0.15mm、用量10g/L、吸附温度30℃、吸附时间15min,该条件下ρ〔Cr(Ⅵ)〕为100mg/L时废水中Cr(Ⅵ)的去除率可达91.4%. ③高岭土对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,相比于Freundlich方程,其吸附等温式更符合Langmuir方程.      

啤酒酵母吸附去除水中Cr(Ⅵ)的研究

研究了吸附剂用量、重金属初始浓度、pH对非活性啤酒酵母菌体吸附Cr(Ⅵ)的影响.结果表明,吸附剂的用量越高,对Cr(Ⅵ)的去除率也越高,但单位菌体吸附量却越低;相反,Cr(Ⅵ)初始浓度越高,对Cr(Ⅵ)的去除率就越低,但单位菌体吸附量却越高;溶液的pH也是影响吸附去除效果的重要因素之一,当pH为1时,吸附去除效果最好,非活性啤酒酵母菌体对Cr(Ⅵ)的吸附过程可用Langmuir和Freundlich等温吸附模型来拟合,但Langmuir等温吸附模型的拟合效果更好,由Langmuir等温吸附方程得到最大吸附量为9.17mg/g干菌体.     

复合煤矸石颗粒材料对Cr(Ⅵ)的吸附特性及机制

文章以煤矸石为原料,采用单因素实验并结合响应面方法,优化改性煤矸石制备条件,通过负载壳聚糖制备新型复合颗粒吸附材料。采用动力学模型、等温吸附平衡曲线和热力学模型拟合原煤矸石、改性煤矸石和复合煤矸石3种材料对Cr(Ⅵ)的吸附特性,并结合XRF、TG-DSC、XRD及SEM分析表征手段探讨了其吸附机制。结果表明,缺氧条件下,煅烧温度698℃、煅烧时间28 min、煤矸石/ZnCl2质量比为20∶13时制得的改性煤矸石对Cr(Ⅵ)的去除率最大;当壳聚糖/改性煤矸石质量比为0.09时,Cr(Ⅵ)的去除率达到97.57%。3种煤矸石材料吸附Cr(Ⅵ)均符合准二级动力学方程。复合煤矸石吸附Cr(Ⅵ)更符合Freundlich模型,吸附量随温度增加而减小,是放热反应。3种材料对Cr(Ⅵ)的最大吸附量依次为改性煤矸石(9.56 mg/g)复合煤矸石(7.38 mg/g)原煤矸石(4.88 mg/g)。复合煤矸石颗粒材料克服了原煤矸石和改性煤矸石处理废水时固液分离困难的缺点,是一种新型环保重金属离子吸附剂。