分子结构对天然有机质模型化合物在碳纳米管上吸附的影响

天然有机物(NOM)是一类广泛分布的具有不同分子量和结构的物质,能够分散和稳定碳纳米管(CNTs).然而,NOM结构对CNTs吸附机理的影响尚不清楚.了解碳纳米管(CNTs)对有机化合物吸附的机理,对于CNTs及其对其他污染物的环境行为和风险的预测和评估至关重要.本文研究了3种天然有机物(Natural organic matter,NOM)替代物没食子酸(Gallic Acid,GA)、丹宁酸(Tannic Acid,TA)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在CNTs上的吸附性能.TA分子在CNTs上的摩尔质量浓度吸附较低,与它较大的三维立体分子结构形成的空间位阻有关.具有平面结构的GA和柔性脂肪链结构的SDBS分子容易与CNT结合,表现出在CNTs有更高的吸附.研究结果表明,模型化合物的分子结构对其在CNTs上的吸附有很大的影响.本研究通过研究分子结构对天然有机质模型化合物在碳纳米管上吸附的影响,指出NOM的分子结构是影响其环境吸附行为重要的因素.     

磺胺甲恶唑对磷酸盐在纳米碳管上吸附的影响

在不同p H下,以纳米碳管(CNTs)为模型吸附剂,探讨磺胺甲恶唑(SMX)对磷酸盐吸附的影响机理.结果表明,磷酸盐在羧基化纳米碳管(MC)上的吸附明显受p H的控制,低p H下表现为高吸附,高p H下表现为低吸附,静电作用可能是控制磷酸盐吸附的主要机制;SMX的加入降低了CNTs对磷酸盐的吸附,归因于直接的点位竞争;由于SMX和磷酸盐形态的变化,可以通过电荷中和或排斥,改变磷酸盐与CNTs之间的静电作用,导致在不同p H下SMX表现出对磷酸盐不同的竞争能力.     

氧氟沙星在不同性质碳基吸附剂上的吸附动力学特征

本研究探讨用香蕉皮和玉米芯两类生物质制备的生物炭、多壁纳米碳管(CNTs)和活性炭(AC)对氧氟沙星(OFL)的吸附动力学过程.结果表明,吸附动力学过程符合双室一级动力学模型.OFL在两类生物炭上的吸附能力随炭化温度的升高而减弱,归因于生物质炭化程度的增大,芳香性增加,生物炭有机分配相减少.生物炭的O含量极大地影响了其与水分子之间形成水膜的能力,OFL穿透水膜在生物炭表面上的吸附过程成为控制OFL吸附快慢的关键环节.OFL在CNTs和AC的快室吸附比在生物炭上的先趋于平衡,这可能与CNTs和AC较为单一的表面性质有关.CNTs的慢室吸附比AC的慢室吸附需要更长时间达到平衡,主要原因是随着OFL分子在CNTs表面持续吸附,原先由于疏水性作用聚合在一起的CNTs逐渐分散开,暴露出更多的表面积,导致OFL持续的吸附,在动力学上表现为慢室吸附.此外,单位比表面积上CNTs对OFL的吸附量最高,表明如果能够使CNTs充分分散,大量暴露的表面可能使CNTs成为去除有机污染的高效吸附剂.     

生物炭吸附有机污染物的研究进展

生物炭(biochar)是指生物质在缺氧条件下热裂解产生的一种产物.由于其精致的孔隙结构和独特的表面化学性质,对环境介质中的有机污染物有超强的吸附能力,进而影响污染物的迁移与归宿.近年来生物炭对有机污染物的吸附特性及机理研究已成为环境科学领域的研究热点之一.本文从生物炭的典型性状、吸附有机污染物的机理、影响因素以及对土壤中有机污染物生物可给性的影响等方面进行了综述,并提出生物炭吸附有机污染物未来的研究方向.     

冬季菹草对悬浮泥沙的影响

利用冬季沉水植物菹草构建由浅水到深水的串联系统,含沙水依次流经浅水区和深水区,测定各级菹草对水体悬浮泥沙含量和沉降量的影响.结果显示,菹草系统可以降低水体中悬浮泥沙含量,并随水力停留时间延长而降低程度加大.各运行条件下,菹草系统悬浮泥沙平均沉降量65.7 g·m-2,比对照组高39.4%.菹草表面泥沙的吸附是一个"吸附-沉降-再吸附" 的动态过程,吸附量为3.26～5.69 g·kg-1.菹草对冬季水生态系统的自净功能起着十分重要的作用.     

海洋悬浮颗粒物对重质原油的吸附研究

对悬浮颗粒物(SPM)与重质原油的吸附规律进行研究,结果表明,40min可以达到吸附平衡,颗粒粒径愈小吸附量愈大.温度与pH值是影响吸附的因素,KP值随温度的升高而降低,随粒径的增大而减小.另外,随温度的降低吸附能力增大,酸性增大与碱性增大均有利于吸附的进行.     

Sb(Ⅲ)在蒙脱土、高岭土和针铁矿表面的吸附:pH值和离子强度的影响

研究蒙脱土、高岭土和针铁矿在不同pH值与离子强度的条件下对Sb(Ⅲ)的吸附及解吸行为.结果表明,随pH值的升高,Sb(Ⅲ)的吸附减弱,离子强度对Sb(Ⅲ)在三种矿物表面的吸附影响较弱,而矿物表面吸附的Sb(Ⅲ)不易解吸.三种矿物对Sb(Ⅲ)的吸附能力差别较大,蒙脱土的吸附量远大于针铁矿和高岭土,针铁矿的吸附量稍高于高岭土.     

三峡库区消落带土壤对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附特征

以三峡库区消落带紫色土为对象,采用平衡吸附法研究了Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)在紫色土中的吸附特征,分析了紫色土对重金属的吸附能力.结果表明:(1)随着加入Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)浓度增高,紫色土对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量增大,碱性紫色土对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量最高分别为1499.5 mg.kg-1、2845.4 mg.kg-1;(2)土壤中有Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的专性吸附位点,在两者共存的条件下存在竞争吸附,Cu(Ⅱ)的竞争吸附能力大于Zn(Ⅱ),其各自的最大吸附量小于单一离子条件下的吸附量,碱性、中性、酸性紫色土Cu(Ⅱ)最大吸附量的下降幅度分别是14.5%、15.2%、15.9%,Zn(Ⅱ)的最大吸附量下降幅度分别为31.7%、28.1%、25.7%;(3)共存阳离子类型及浓度影响紫色土有效Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)含量,随着阳离子的加入,碱性紫色土的有效Cu(Ⅱ)含量增加,酸性紫色土减少,而3种紫色土的有效Zn(Ⅱ)含量均增加.消落带土壤淹水后,水体中Cu(Ⅱ)及其他阳离子的存在使土壤对Zn(Ⅱ)的吸附力降低,造成Zn(Ⅱ)污染的环境风险增加.     

富磷污泥生物炭去除水中Pb(Ⅱ)的特性研究

以城市污水厂富磷剩余污泥为研究对象,考察高温热解制备生物炭吸附剂对水中Pb(Ⅱ)的去除效果.研究表明,随着热解温度升高,制备的生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力增强;在相同热解温度下,生污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力比消化污泥生物炭大.采用700℃热解1 h制备生污泥生物炭以研究对Pb(Ⅱ)吸附的影响因素,结果显示:吸附180 min达到吸附平衡;富磷污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的去除率随pH增加而升高;生物炭投加量增加,对Pb(Ⅱ)去除率上升,而单位吸附容量迅速减小.污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级反应动力学,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地拟合等温吸附线.在pH 5.0、吸附时间3 h、生物炭投加量20 g.L-1条件下,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为34.5 mg.g-1,表明富磷污泥生物炭可以作为一种廉价的吸附剂.     

液化黑藻基炭微球水热制备及吸附诺氟沙星的过程与机制

以沉水植物轮叶黑藻为原材料,采用生物质液化和水热合成技术制备黑藻基炭微球(PCSs),并以磷酸为活化剂对所制备的炭微球进行活化以提升其吸附性能.对PCSs的结构和化学性质进行了表征和分析,同时采用扫描电镜对所制备PCSs的表面形貌进行了观察.并系统研究了PCSs用量、溶液温度及pH值对诺氟沙星(NOR)吸附效果的影响.结果表明,PCSs的BET比表面积、平均孔径、总孔容和等电点分别为67.92 m~2·g~(-1)、6.52 nm、0.11 cm~3·g~(-1)和3.0.PCSs用量、溶液温度及pH值对PCSs吸附去除NOR具有显著的影响,在PCSs用量0.6 g·L~(-1)、溶液温度30℃和pH=6时,10 mg·L~(-1)NOR的吸附去除率可达99.3%.动力学实验表明NOR在PCSs上的吸附行为符合准二级动力学模型,等温吸附曲线符合Langmuir方程,PCSs对NOR的最大单分子层吸附量为36.95 mg·g~(-1).热力学参数表明PCSs对NOR的吸附是一个熵增加的自发吸热反应.     

五乙烯六胺改性柿单宁金属吸附剂对Pd(Ⅱ)的吸附回收

为提高柿单宁金属吸附剂对贵金属Pd(Ⅱ)的吸附能力,采用五乙烯六胺(PEHA)改性柿粉甲醛树脂(PPFR),获得新型柿单宁金属吸附剂PH-PPFR.通过静态吸附、动态吸附以及SEM、FTIR、XRD和XPS等表征手段探讨其对Pd(Ⅱ)的吸附效应.结果表明,不同酸性溶液中改性后PH-PPFR对Pd(Ⅱ)的吸附量均显著高于未改性PPFR,PH-PPFR在盐酸浓度高达4.0 mol·L~(-1)的条件下仍有较强吸附能力.PH-PPFR对Pd(Ⅱ)的吸附过程符合拟二级吸附动力学过程;等温线数据对Langmuir模型线性拟合系数R~2均达到0.999,理论吸附最大值为263.16 mg·g~(-1).模拟线路板含钯液柱吸附-解吸附结果显示PH-PPFR对Pd(Ⅱ)的吸附具有极高的选择性,吸附后的Pd(Ⅱ)很容易被酸性硫脲洗脱.结合表征分析,推测吸附机理主要为表面螯合和氧化还原反应,同时受到阴离子交换反应及静电作用的影响,胺基基团和酚羟基为主要参与官能团.PH-PPFR制备方法简单、易行,对Pd(Ⅱ)表现出高吸附容量和选择吸附性,可实现盐酸体系下对电子废物酸浸液中贵金属Pd(Ⅱ)的高效富集和分离.     

马铃薯秸秆生物炭对黄土吸附Cd(Ⅱ)的影响

为了探究来源于本地农业废弃物的生物炭对区域重金属污染黄土吸附固定化修复的可行性,本文采用批量平衡实验法,研究了马铃薯秸秆生物炭、黄土和生物炭与黄土混合物(加炭黄土)吸附重金属Cd(Ⅱ)的性能,考察了吸附时间、初始Cd(Ⅱ)浓度和溶液p H值对吸附过程的影响,并利用红外光谱、X-射线衍射分析等方法对吸附前后的生物炭和黄土分别进行表征.结果表明,生物炭、黄土、加炭黄土对Cd(Ⅱ)的吸附等温模式符合Langmuir模型,在25℃下的最大吸附量分别为15.60、7.87、12.40 mg·g~(-10,吸附动力学数据满足准二级动力学方程,溶液初始p H值对Cd(Ⅱ)的吸附过程影响较大,2p H4和6p H8时,吸附量增加速率很快,而4p H6时,吸附量平缓上升.表征结果说明离子交换和阳离子-π作用为生物炭对Cd(Ⅱ)的主要吸附机制,而黄土对Cd(Ⅱ)的吸附主要归因于石英、高岭石等黏土矿物以及有机质中的羧基基团.对比动力学和等温吸附数据可得,在实验研究范围内,生物炭的添加使黄土对Cd(Ⅱ)的吸附能力分别提高了41.50%和49.94%.因此,在一定条件下,生物炭的输入可有效提高黄土对Cd(Ⅱ)的吸附固定化能力.     

阳离子表面活性剂对沉积物及其主要组分吸附双酚A的影响

采用吸附实验、选择性萃取技术研究阳离子表面活性剂-十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对表层沉积物(生物膜)吸附双酚A(BPA)的影响规律,及CTMAB不同加入条件下对表层沉积物(生物膜)选择性萃取(铁氧化物、锰氧化物、有机质)后的组分吸附BPA的影响.CTMAB对表层沉积物(生物膜)吸附BPA起到促进作用,且随着CTMAB浓度的增加,其促进作用增强;CTMAB掺杂顺序对表层沉积物吸附BPA的影响较小,但对生物膜吸附BPA的影响较大;CTMAB的引入导致BPA在选择性萃取后的表层沉积物(生物膜)组分上的吸附量显著增加,并且CTMAB对表层沉积物(生物膜)吸附BPA的促进作用远大于表层沉积物(生物膜)自身主要组分理化性质的影响.选择性萃取证明,阳离子表面活性剂的引入能降低BPA在水体环境中的迁移转化能力.     

氧化石墨烯氧化程度对磷酸铋/石墨烯复合气凝胶光催化活性的影响

三维网络结构磷酸铋/石墨烯复合气凝胶(BiPO_4/GA)可用于有机污染物的吸附富集和原位光催化协同净化.本文采用SEM、FTIR、XRD和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)系统表征了氧化石墨烯(GO)及其氧化程度对BiPO_4/GA复合材料的形貌、结构、光吸收和光催化性能的影响.氧化程度较高的GO呈棕色,易与BiPO_4形成气凝胶,且BiPO_4纳米棒均匀分散在石墨烯层上.而氧化程度较低的GO颜色较深,合成的BiPO_4/GA复合材料难以保持气凝胶形状.高氧化程度BiPO_4/GA复合材料对苯酚和亚甲基蓝(MB)的降解率分别约为低氧化程度BiPO_4/GA的1.88倍和2.34倍.研究结果表明,通过提高复合材料制备原料GO的氧化程度,可以显著提高BiPO_4/GA气凝胶的光催化活性.光催化机理为BiPO_4/GA气凝胶表面吸附富集有机污染物,光生电子从BiPO_4转移到石墨烯层,并通过催化剂上产生的空穴及超氧自由基(·O_2~-)进行有机物的有效氧化降解.     

苄嘧磺隆在两种可变电荷土壤中的吸附

研究了两种典型可变电荷土壤对磺酰脲类除草剂——苄嘧磺隆(bensulfuron-methyl,BSM)的等温吸附和吸附动力学,及pH对土壤吸附苄嘧磺隆的影响。结果表明,土壤吸附苄嘧磺隆的量随着苄嘧磺隆的质量浓度的升高而增加,而随溶液pH的升高逐渐减小;土壤的物理和化学性质也影响其吸附苄嘧磺隆的量。用Langmuir、Freundlich、Dubinin-Redushkerich等方程对供试土样吸附BSM的数据进行了拟合,分析比较发现土壤吸附苄嘧磺隆的等温曲线较好地符合Freundlich方程。动力学研究显示一级动力学方程能很好地拟合供试土壤的动力学特性,苄嘧磺隆在红壤中较早达到吸附平衡。     

溶液pH和吸附离子对水相中δ-MnO2氧化Cr(Ⅲ)的影响研究

实验室研究了溶解氧、介质pH及表面吸附离子(PO43–、Cd2 、Pb2 )种类等对人工合成的氧化锰(δ-MnO2)在水相中对Cr(Ⅲ)的氧化作用。结果表明:当悬浮液中ρ(MnO2)/ρ(Cr)为10/1时,氧化锰对Cr(Ⅲ)的氧化量达最大;pH值的升高降低Cr(Ⅵ)→Cr(Ⅲ)氧化还原电位以及增强Mn2 催化作用可以增强溶解氧对Cr(Ⅲ)的氧化能力。溶液pH的提高导致Cr(Ⅲ)的水解程度增强而生成Cr(OH)3沉淀和吸附离子后氧化锰表面位点的减少,可以提高Cr(Ⅲ)稳定性。因此,土壤和沉积物δ-MnO2在水相中氧化Cr(Ⅲ)的能力与溶液化学性质密切相关,且在Pb污染下显著降低。     

高指数晶面二氧化钛对砷、锑的共吸附去除

砷(As)和锑(Sb)作为有毒元素,造成的环境污染严重威胁人类健康.目前,由于缺乏对共存体系下砷锑表面化学性质的研究以及高效的吸附材料,砷、锑的共去除是环境领域面临的一大挑战.本文以高指数晶面{201}二氧化钛(HTi O_2)为吸附剂,研究砷锑在其表面的吸附行为.Langmuir吸附等温线结果表明,As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)在HTi O_2表面的最大吸附量分别为0.407、0.861、0.197、0.181 mmol·g~(-1).砷、锑在HTi O_2表面的吸附动力学符合拟二级动力学方程,说明化学吸附是控制吸附速率的关键因素.p H边共吸附实验表明,HTi O_2对As(Ⅲ)的吸附基本不受p H的影响;对Sb(Ⅲ)的吸附随p H的升高先增大后减小;对As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)的吸附随p H的升高逐渐降低.Zeta电位结果表明,砷锑吸附后HTi O_2表面带负电,说明砷、锑在HTi O_2表面形成带负电的稳定内层配合物.本研究为水体中砷锑的共吸附去除提供了新信息.     

氧化石墨烯纳米颗粒对抗生素类污染物吸附特征及影响因素

本文通过吸附动力学和吸附等温线探究了氧化石墨烯(GO)纳米颗粒对3种典型的四环素类抗生素(即四环素(TC)、土霉素(OTC)和金霉素(CTC))吸附特征.结果表明,伪二级动力学模型可以很好的拟合吸附动力学的结果,吸附速率可能受化学吸附控制.吸附等温线的结果显示GO对3种抗生素均有较高的吸附能力,且吸附能力依次为：CTC>OTC>TC.这主要是由于四环素类抗生素可以通过π-π作用、阳离子-π键、疏水作用以及静电作用等机制与GO产生结合.此外,四环素类抗生素在GO上的吸附行为与背景溶液的水化学条件(如pH、离子强度和二价金属离子)密切相关.总体来讲,由于静电斥力的增强,抗生素在GO上的吸附量随着背景溶液pH值的升高或离子强度(NaCl)的增加而降低,这主要是由于静电引力和吸附点位的减少所致;二价阳离子(Cu²⁺)可以通过表面桥连作用,显著促进抗生素在GO上的吸附.本研究结果清楚地表明抗生素本身的化学性质和背景溶液的水化学条件在GO去除抗生素的过程起着重要作用.     

巯基硅烷改性氧化石墨对砷的吸附性能

为提高氧化石墨(GO)对砷的吸附能力,以3-巯基丙基三甲氧基硅烷为改性剂,制备了巯基改性的氧化石墨(GO-SH),考察其对水中砷的吸附性能.采用单因素实验法考察了初始pH值、吸附剂投加量、温度等对吸附效果的影响,拟合了吸附等温线,并研究了吸附动力学和吸附热力学规律.实验结果表明,在最优条件下,GO-SH对初始浓度为4 mg.L-1的砷去除率达到97.7%;吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型,45℃时由Langmuir模型得到的饱和吸附量(Qm)为24.45 mg.g-1;吸附动力学符合准二级模型,内扩散模型符合高浓度砷的吸附动力学;热力学研究表明,吸附过程是自发吸热的反应,以化学吸附为主.     

不同来源腐殖酸在纳米四氧化三铁上的吸附及对其沉降性的影响

对3种不同来源腐殖酸Suwannee、Elliott Soil、Leonardite在纳米四氧化三铁表面的吸附行为进行了对比研究并评估了其对纳米四氧化三铁悬浮/沉降性能的影响.结果显示,3种腐殖酸Suwannee、Elliott Soil、Leonardite在Fe3O4NP表面的吸附都能迅速达到平衡,符合Langmuir和Freundlich吸附等温线模型,且吸附量随溶液p H的上升逐渐减弱;相同条件下含有更多羧基、脂肪族的腐殖酸Suwannee在Fe3O4NP表面的吸附量更大,腐殖酸Suwannee、Elliott Soil、Leonardite在25℃、p H=7.0条件下最大吸附量分别为91.41、66.11、52.57 mg·g-1;悬浮/沉降实验表明Fe3O4NP在水体中聚集程度与溶液的p H有关,溶液p H偏离Fe3O4NP等电点时,Fe3O4NP表面电位越高,越不容易聚集而沉降;水体中广泛存在的溶解性有机质可使Fe3O4NP在水中的悬浮性增强,尤其是靠近等电点时效果更明显,与腐殖酸对Fe3O4NP空间位阻作用相关;通过对不同来源腐殖酸的结构和官能团进行分析发现,腐殖酸中含有的芳香性和羧酸结构对颗粒悬浮性的影响大于脂肪族结构,因此,腐殖酸Elliott Soil、Leonardite吸附到Fe3O4NP表面后,Fe3O4NP更容易在溶液中悬浮.因此,在富含腐殖酸的水体中,Fe3O4NP可以悬浮并不易沉降,其对水生生态系统的影响不容忽视.