流动性电极电容去离子技术的脱盐性能研究

为改进传统静态电容去离子技术(CDI)的脱盐性能,组装了流动性电极电容去离子系统(FCDI),并分别以活性炭80(AC80)和纳米洋葱炭(CNOs)制备电极浆液,考察在不同电压、盐溶液流速、盐浓度等条件下FCDI的脱盐效果。实验结果表明,AC80制备的电极浆液脱盐性能优于CNOs,FCDI的脱盐率随电压的增加而增大,随盐溶液流速的增加而减小,当以AC80制备电极浆液,电压为1.4V,盐溶液进水质量浓度为100mg/L,流速为2.5mL/min,进料室盐溶液流速与阴阳电极室中电极浆料流速比为1∶2∶2时,FCDI的脱盐率达70.38%。在最佳运行条件下构建二级串联FCDI模组,其对100mg/L盐溶液的脱盐率达82.63%,随着盐浓度的增大,二级串联FCDI模组的脱盐率随之降低,但脱盐速率及比吸附量逐渐增加,导致脱盐比能耗降低。     

石墨毡集流体提升流动电极电容去离子脱盐性能

针对流动电极电容去离子技术(FCDI)中活性炭利用率低的问题,采用三维多孔石墨毡充当集流体,强化系统的电子转移,提升脱盐性能。结果表明,石墨毡的引入使FCDI系统的脱盐效果提升了175%,并且将脱盐能耗降低了40%。通过分别比较石墨毡和活性炭对于系统脱盐效果的贡献,发现石墨毡主要是通过强化活性炭与集流体之间的电子传递,实现FCDI系统脱盐效率的提升。同时,阴阳极侧电子传递实验也证实了石墨毡的引入的确提升了集流体与活性炭之间的电子传递。这项研究解决了FCDI系统中活性炭的低利用率问题,为FCDI技术的应用与推广提供了理论上的指导。     

活性炭与炭黑混合电极的脱盐性能及相关工艺参数的优化

混合电极中各组分的质量比是影响膜电容去离子(membrane capacitive deionization,MCDI)系统脱盐性能的重要因素.重点研究了混合电极中活性材料(活性炭)、导电剂(炭黑)和粘结剂(聚四氟乙烯)3种组分的质量比对MCDI系统脱盐性能的影响,并优化了工艺参数.实验结果表明,在进水氯化钠质量浓度为...     

负载TiO2的活性炭纤维改性电极电吸附除氟

采用溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶,将TiO2凝胶涂覆在活性炭纤维表面并进行热处理制备改性电极(TiO2/ACF),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱仪(XRD)、比表面和孔隙度分析仪对负载前后电极的表面特性进行表征,并探讨了其对NaF溶液的电吸附效果。结果表明,电极负载TiO2后表面变得粗糙,比表面积和总孔体积减小,而介孔体积和平均孔径增大。此外,表面的TiO2同时以金红石和锐钛矿的晶型存在。电吸附实验结果显示,加电可以提高吸附容量,而且电压、pH和初始氟离子浓度均对电吸附容量产生影响:电压增大,吸附容量增加,当施加电压为2 V时,电吸附容量为1.03 mg/g,比开路电位时提高40%;pH可以通过影响氟离子在溶液中的存在形态和TiO2/ACF电极表面的羟基基团对电吸附容量产生影响;初始氟离子浓度升高,电极吸附容量增大,但是去除率降低。在处理初始氟离子浓度为4 mg/L的NaF溶液时,在2 V电压、中性pH和12 h的吸附时间下,改性ACF为电极的吸附量为1.32 mg/g。     

软模板法碳电极制备及在废水脱盐中的应用

采用软模板法制备中孔炭电极,利用比表面及孔径分析仪、循环伏安法对自行制备的电极与市售进口电极的性能指标进行表征,比较二者的性能差异;探讨施加电压、进液流量和进液电导率等因素对电吸附效果的影响,确定最佳操作条件,并分别用两种等面积的电极处理含盐废水,进行脱盐性能的比较。研究结果表明,采用软模板法制备的碳电极,其BET比表面积1 517 m~2/g,最可几孔径2.04 nm,平均孔径3.36 nm,比电容50.13 F/g。实验装置安装一对电极,电极面积共400 cm~2,电吸附的最佳操作条件为施加电压1.2 V、进水流量30 m L/min,Na Cl浓度664 mg/L(电导率1 000μS/cm),对含盐废水电导率的去除率为57.80%,对Na Cl的饱和吸附量为7.03 mg/g。自制电极对废水中的TDS的吸附量为9.96 mg/g,高于市售进口电极,总硬度的去除率高于市售进口电极40%左右。     

负载TiO_2的活性炭纤维改性电极电吸附除氟

采用溶胶-凝胶法制备TiO2凝胶,将TiO2凝胶涂覆在活性炭纤维表面并进行热处理制备改性电极（TiO2/ACF）,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱仪（XRD）、比表面和孔隙度分析仪对负载前后电极的表面特性进行表征,并探讨了其对NaF溶液的电吸附效果。结果表明,电极负载TiO2后表面变得粗糙,比表面积和总孔体积减小,而介孔体积和平均孔径增大。此外,表面的TiO2同时以金红石和锐钛矿的晶型存在。电吸附实验结果显示,加电可以提高吸附容量,而且电压、pH和初始氟离子浓度均对电吸附容量产生影响：电压增大,吸附容量增加,当施加电压为2 V时,电吸附容量为1.03 mg/g,比开路电位时提高40%;pH可以通过影响氟离子在溶液中的存在形态和TiO2/ACF电极表面的羟基基团对电吸附容量产生影响;初始氟离子浓度升高,电极吸附容量增大,但是去除率降低。在处理初始氟离子浓度为4 mg/L的NaF溶液时,在2 V电压、中性pH和12 h的吸附时间下,改性ACF为电极的吸附量为1.32 mg/g。     

硝酸改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附的影响

在通过成功制备2种不同介孔结构的生物质炭AC-1与AC-2的基础上,研究了硝酸氧化改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附特性的影响与等温吸附特性。低温氮吸附测试表明,生物质炭AC-1与AC-2的微孔孔容相近,而介孔孔容相差较大,分别为0.319和0.535 cm3·g-1。改性后AC-2-HNO3的介孔孔容与表面含氧酸官能团含量均高于AC-1-HNO3。吸附数据表明,硝酸改性可增强介孔生物质炭对水中铅的吸附去除能力,特别是改性前吸附量较低的AC-2,由于具有较大的介孔孔容和介孔尺寸,经硝酸改性后对铅的吸附性能与去除率均高于微孔孔容相近的生物质炭AC-1,这表明增大介孔孔容与介孔尺寸不仅有利于在介孔炭上接枝活性吸附位,并可缩短被吸附重金属铅离子到吸附活性点的路径,增大硝酸改性生物质炭活性位点对水中铅离子的捕捉机率,从而增大改性生物质炭对铅的吸附性能。Freundlich模型能很好地描述改性前后4种炭对铅的吸附行为,说明上述生物质炭的吸附位主要是非均匀孔隙或表面。     

镧改性介孔材料对砷、磷的吸附

为探究在复合污染条件下介孔吸附材料对砷、磷的去除效果,通过水热合成法制备镧金属改性介孔吸附材料(La-MCM-41),采用X-射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、扫描电镜(SEM)等分析方法对改性前后的介孔吸附剂进行了表征;研究了介孔吸附剂在不同吸附体系中对砷、磷的降解效果、等温线及动力学。结果表明:La-MCM-41仍具有长程有序的六方相介孔结构,BET比表面积、总孔容均减小,平均孔径有所增加;介孔吸附剂在单独吸附体系下对砷、磷的吸附量大于同步吸附体系,且均符合二级反应动力学。通过分析可知,在2种体系下,改性后的介孔吸附剂极大地提高了对砷、磷的吸附量,是一种经济高效的吸附材料。     

微波活化制备加拿大一枝黄花活性炭及对Cd（Ⅱ）的吸附

以入侵植物加拿大一枝黄花为原料,在400℃氮气保护下,直接碳化90 min后,以KOH为活化剂,微波活化的方法制备了高比表面积微孔活性炭SCAC。结果显示活性炭SCAC的表面面积为1 888 m2/g,总孔容量为0.804 cm3/g,微孔容量为0.741 cm3/g,平均孔径0.567 nm,微孔平均孔径0.488 nm。通过静态吸附实验研究了活性炭添加量、溶液初始浓度、初始pH及吸附时间对SCAC吸附Cd(Ⅱ)的影响,通过动力学方程拟合探讨了活性炭对Cd(Ⅱ)的吸附机理。结果表明,吸附平衡时间、最佳pH及活性炭添加量分别为120 min、pH>7.5及0.05 g/50 mL,活性炭SCAC吸附动力学过程符合准二级方程模型。     

烷基功能化磁性介孔硅的制备及其对氟喹诺酮类抗生素的吸附

为了提高介孔硅材料对抗生素的吸附性能和简化材料合成步骤,在纯介孔硅(UMS)的基础上,使用"一锅法"合成了烷基改性介孔硅(FMS)和核壳磁性烷基改性介孔硅(MMS),并系统地研究了这3种吸附剂对恩诺沙星(ENR)、培氟沙星(PEF)和环丙沙星(CIP)3种氟喹诺酮类抗生素(FQs)的吸附性能。批次吸附实验结果表明,改性材料的吸附容量是未改性材料的5倍,且对氟喹诺酮类抗生素具有更高的吸附容量和吸附效率,对CIP、PEF和ENR的最大吸附容量分别为201.52、275.46和286.35 mg·g~(-1),并且在10 min内可以达到90%以上的去除率。溶液的pH、腐殖酸浓度和离子强度对吸附过程的影响实验结果表明,MMS在pH为中性时可以达到最大吸附容量,且在高腐殖酸浓度下仍保持较高的吸附容量。回收再生实验结果表明,MMS具有良好的稳定性且吸附剂易于与溶液分离。进一步分析可知,静电作用和疏水作用是3种抗生素与MMS之间吸附的主要驱动力,使得MMS对抗生素具有优异的吸附性能。以上研究结果可为吸附去除污水中抗生素提供参考。     

壳聚糖包覆介孔微孔分子筛去除水中的氨氮

以壳聚糖包覆介孔-微孔复合分子筛(CS/MCM-41-A)为吸附剂去除水中的氨氮,研究了反应时间、溶液p H、溶液氨氮初始浓度、CS/MCM-41-A投加量、竞争离子对吸附的影响,分析了CS/MCM-41-A的吸附动力学和热力学特征。结果表明,298 K下,当CS/MCM-41-A投加量为5 g/L,溶液氨氮初始浓度50 mg/L,p H为7,吸附时间为40 min时,溶液中氨氮的去除率达到74.35%,CS/MCM-41-A对离子的选择吸附顺序为Mg2+K+Ca2+Na+。CS/MCM-41-A吸附氨氮符合拟二级动力学方程,吸附等温线更好地符合Freundlich方程,CS/MCM-41-A对氨氮的去除有良好的吸附性能。     

活性炭三维电极电促吸附去除水中氟离子的研究

主要研究颗粒活性炭作为第三维电极电促吸附水中氟离子。通过在颗粒活性炭上施加不同电压,测定吸附容量和考察吸附动力学过程,结果表明,将电压控制在3~5 V范围内可有效增强三维电极的吸附容量,5 V电压下的电促吸附容量比开路电位下提高30%,同时此电促吸附反应符合一级反应动力学。在动态开放式实验中,所施加电压、含氟水样pH、电解质浓度、初始氟离子浓度和进水流量均对电促吸附容量产生影响。采用电子扫描电镜和氮气吸附脱附的方法比较吸附前后活性炭颗粒表面性质的变化,发现其表面并未发生氧化反应,孔容孔径也未发生明显变化,且孔径大小与电促吸附有一定的关联。综合这些实验结果表明,三维电极电促吸附可有效提高颗粒活性炭的吸附效果,这是由于活性炭电极表面产生双电层作用的结果,并非活性炭表面或者水溶液中产生氧化反应所至。     

活性炭孔隙结构在其甲苯吸附中的作用

选用4种商用活性炭(AC),利用氮气绝热吸附、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)测试了活性炭的物化性质。以甲苯为吸附质,在温度为298.15 K下进行了静态和动态吸附实验,研究了活性炭孔结构对其吸附性能、吸附行为、表面覆盖率和吸附能的影响。结果表明:活性炭的比表面积和孔容是其吸附性能主要影响因素,孔径在0.8～2.4 nm之间的孔容和甲苯吸附量之间存在较好的线性关系,且线性斜率随甲苯浓度增加而变大。甲苯吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和准一阶动力学方程式。活性炭孔结构是甲苯吸附速率的主要制约因素。在甲苯快速吸附阶段,微孔为吸附速率主要制约因素,在甲苯颗粒内扩散阶段,微孔和表面孔为吸附速率的主要制约因素,在吸附末尾阶段,中孔和大孔为吸附速率的主要制约因素。4种活性积炭对甲苯的吸附能随其比表面变大而变大。     

钛修饰电极的制备及电化学性能比较

通过电沉积法在钛网(Ti)上负载钯、钯镍双金属及聚吡咯(PPy)双金属,对比研究不同修饰对电极电化学催化活性的影响。循环伏安测试(CV)表明,在最佳制备条件下,Pd/Ti电极在-500 mV(以Hg/Hg₂SO₄为参比电极)左右获得氢吸附峰值为-59.47 mA;引入Ni制备双金属修饰电极(PdNi/Ti电极)获得氢吸附峰值为-64.40 mA,双金属修饰电极表现出较好的电催化性能;吡咯修饰后制得的Pd-Ni/PPy/Ti电极获得的氢吸附峰值最大,峰值为-80.14 mA,电催化性能更优。扫描电镜(SEM)分析了Ni和PPy的引入对电极表面形态的改变。利用原子发射光谱(AES)分析了电极表面Pd、Ni金属的负载量。实验表明,Ni与PPy的引入使Pd-Ni/PPy/Ti电极在大大减少钯负载量的情况下,仍具有很好的电催化性能,电化学脱氯潜能也很大。     

硅胶键合醛基型吸附材料的制备及对重金属离子的吸附

以无机材料硅胶为基体,利用有机硅烷偶联剂KH550、乙二醛和戊二醛为原料进行希夫碱反应,分别合成含有C=N的硅胶键合醛基型吸附材料(乙二醛修饰的为SG-1、戊二醛修饰的为SG-2),并采用红外光谱、热重、扫描电子显微镜和孔结构等分析手段对吸附材料进行了表征。结果表明:(1)从微观上看,硅胶表面较光滑;SG-1、SG-2表面的粗糙度、孔隙率都较硅胶明显增加,有利于吸附实验的进行。(2)拟二级动力学方程更适合描述SG-1、SG-2对重金属离子的吸附行为,吸附过程由化学吸附过程决定。SG-1、SG-2对4种重金属离子的吸附热力学过程适合用Langmuir等温吸附方程解释,其过程是单分子层吸附。(3)SG-1、SG-2对4种重金属离子的静态饱和吸附量均表现为Cu(Ⅱ)Ni(Ⅱ)Pb(Ⅱ)Cr(Ⅵ)。SG-1、SG-2对Cu(Ⅱ)静态饱和吸附量分别达到9.401、9.738mg/g。(4)SG-1、SG-2对4种重金属离子解吸率与解吸液(5%(质量分数)硫脲+0.1mol/L盐酸)体积并不呈现正相关,解吸率基本可达到90%,再生性能良好,当解吸液体积为6mL时解吸率最大。     

平板炭气凝胶电极电吸附除氟

采用自制的炭气凝胶平板电极进行模拟水样中氟的电吸附去除研究,通过单因子实验优化了该电吸附技术的操作参数和适用的溶液条件,并研究了反接电极法的再生效果。研究结果表明,自制的炭气凝胶平板由纳米颗粒组成三维网络结构,比表面积为670.90 m2/g,具有良好的充放电可逆性和迅速形成表面双电层的特点。静态电吸附除氟效果最佳的条件为:水样氟离子浓度6 mg/L,pH 7.0,极板间距4 cm,电压1.6 V;共存物质硝酸根、腐殖酸、碳酸根和碳酸氢根等对氟离子的电吸附具有一定的促进作用。吸附氟离子后的炭气凝胶材料的比表面、孔体积、电容值有所减小。对于吸附氟离子后的炭气凝胶平板电极,采用反接电极法取得较好再生效果的条件为:流动状态、电压1.6 V、极板间距4 cm。再生后的炭气凝胶电极与原始炭气凝胶相比,依然具有良好的充放电可逆性。     

新型有序介孔炭的制备及其对酸性黑1染料的吸附性能研究

成功合成沥青树脂并以其作为碳源,利用模板法,制备有序介孔炭(OMC)纳米材料。采用吸附实验,研究了制备的OMC对酸性黑1(AB1)染料的吸附性能,同时考察了温度、pH和强电解质对吸附量的影响,研究了不同吸附温度下的等温吸附式。结果表明,OMC对AB1染料的吸附量随着pH升高而减少;随着盐度的增加呈先增加后趋于稳定的趋势;吸附量随着温度的升高而增加,对AB1染料的吸附过程是吸热反应;吸附过程更适宜采用Langmuir等温吸附方程和准二级动力学模型表达;由于位阻效应和介孔材料的孔径结构等因素的影响,OMC对AB1染料的吸附效果优于活性炭。     

活性炭涂层电极电容去离子的性能

采用活性炭涂层电极构建电容去离子吸附装置,以氯化钠模拟含盐原水,研究电压、流量、进水浓度等操作参数对活性炭涂层电极脱盐效率和能耗的影响。实验结果表明,去除率和比吸附量随着电压的增大而增加,且比能耗随之增大。流速越小,出水的浓度越低,当对出水的浓度要求较高时,宜采用小流速。当进水浓度低于活性炭涂层电极的饱和吸附量时,比吸附量随着进水浓度呈线性增加;当达到饱和吸附量时,比吸附量不会随进水浓度的增大而发生改变;比能耗随着进水浓度的增加而降低。     

磁性介孔锰铁复合氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以复合金属草酸盐为前驱体制备了纳米晶构筑的介孔锰铁氧化物材料,采用透射电镜、X射线衍射仪和固体比表面测定仪等对产物进行了表征.并研究了其对水体Cr(Ⅵ)的吸附性能,考察了pH及离子强度对吸附容量的影响、吸附动力学、吸附等温线以及碱液对Cr(Ⅵ)的洗脱率。结果表明,获得的锰铁氧化物为纳米晶构筑的介孔材料,比表面达277.4 m2/g,对Cr(Ⅵ)在酸性条件下有较强的吸附性能。在初始Cr(Ⅵ)质量浓度为100 mg/L,pH值在2时,10 min内能使溶液中的Cr(Ⅵ)去除率达96.8%,最大Cr(Ⅵ)吸附容量Qm为40 mg/g。     

模拟酸雨对氧化锰吸附砷(Ⅲ)的解吸行为研究

以合成的氧化锰为吸附剂研究了酸雨pH值、酸雨离子强度、解吸时间和解吸次数等因素对模拟酸雨解吸砷(Ⅲ)的影响。实验结果表明:氧化锰对砷(Ⅲ)吸附容量较大,等温平衡吸附量为:48.38 mg/g。模拟酸雨的pH值与离子强度对砷(Ⅲ)的解吸影响不大;解吸反应在90 min后基本达到平衡,平衡解吸量为2.69×10-2mg/g;随解吸次数的增加解吸量变化不大。氧化锰对砷(Ⅲ)的吸附主要是专性的配位吸附,吸附砷(Ⅲ)后难以被模拟酸雨解吸。