改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

虾壳粉对水溶液中阴、阳离子型染料的吸附

采用废弃虾壳制备吸附剂处理含刚果红或亚甲基蓝的溶液。考察了温度、吸附时间、初始浓度、吸附剂投加量和初始溶液pH对吸附效果的影响并构建了去除率预测模型,并对吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学进行系统研究。结果表明:虾壳粉对刚果红和亚甲基蓝的吸附分别在24 h和4 h时达到平衡,平衡吸附量随吸附时间、初始浓度及吸附剂投加量的增加而增大;刚果红平衡吸附量随pH升高而增大,亚甲基蓝平衡吸附量几乎不随pH变化。在15℃下,吸附剂投加量为1 g·L~(-1),刚果红吸附的最优条件为接触时间24 h、pH=4,在该条件下,虾壳粉对刚果红的饱和吸附量为276.64 mg·g~(-1);亚甲基蓝吸附的最优条件为接触时间4 h、pH=12,在该条件下,虾壳粉对刚果红的饱和吸附量为1.44 mg·g~(-1);虾壳粉对2种染料的吸附过程以物理吸附为主,符合准二级动力学方程。虾壳粉对阴离子型染料的吸附效果较优,对阳离子型染料有一定吸附性能,是一种经济高效的染料废水吸附材料。     

血粉对废水中镉离子的高效去除效应

以屠宰场废弃动物血液为原料,经高温干燥、粉碎为血粉,以此血粉为吸附剂,研究血粉添加量、溶液初始浓度、吸附温度、溶液pH、吸附时间对废水中Cd2+吸附量与去除率的影响。结果表明,在25℃、pH=5时,4 g血粉对初始浓度为20mg·L~(-1)的镉离子溶液(100 m L)振荡吸附2 h后,溶液中剩余镉离子浓度为0.1 mg·L~(-1),Cd2+的去除率为99.38%,达到污水综合排放标准(GB 8978-1996)中镉排放限值0.1 mg·L~(-1);血粉对镉离子的吸附反应符合Langmuir等温吸附方程,可决系数为0.999 7,Cd2+的理论饱和吸附量为10.24 mg·g-1。为了使剩余Cd2+浓度达到更低(电镀废水排放标准),在吸附工艺上设计出2步吸附法,即第1次吸附后的混合液进行过滤,再将滤液加1 g血粉进行第2次吸附。结果表明,2步吸附法大大降低了溶液中剩余Cd2+离子浓度,即经过第1步、第2步吸附后,溶液中剩余Cd2+离子浓度降至0.006 mg·L~(-1),达到或低于电镀污染物排放标准(GB 21900-2008)对Cd2+的排放限值(0.05 mg·L~(-1))。这是常规吸附剂活性炭、石英砂、高岭土等所不能达到的技术指标,为废水去除Cd2+提供了一种可能的新技术。     

二乙烯三胺改性花生壳纤维素对水中刚果红的吸附

采用环氧氯丙烷和二乙烯三胺对花生壳中纤维素进行改性,制备了二乙烯三胺花生壳纤维素(DMPSC),运用红外光谱(FTIR)进行表征,并探究了DMPSC对刚果红的吸附性能和机理。结果表明,DMPSC的吸附率明显高于其他吸附剂。在原始p H,吸附剂用量为1 g·L~(-1),吸附时间为180 min,温度为8、30和50℃时,100 mg·L~(-1)的刚果红溶液吸附量分别达到83.24、99.04和99.78 mg·g-1。吸附过程符合Langmuir等温线模型,在8℃时饱和吸附量(qm)为111.86 mg·g-1。准二级动力学方程能更好地描述吸附动力学过程,表观活化能Ea为56.88 k J·mol-1,升高温度有利于DMPSC对刚果红的吸附,该过程属于化学吸附。     

鼓泡反应器中Na_2S对低浓度NO_x的吸收

实验研究了在鼓泡反应器中硫化钠溶液吸收低浓度NO_x的吸收特性,分析了NO_x、O_2、Na_2S和Na OH浓度对吸收过程的影响,以及被吸收NO2的形态。结果显示,Na2S浓度在15.8和47.5 mmol·L~(-1)时,气相中NO2浓度变化对吸收率影响不明显,但在0.30~3.25 mmol·L~(-1)时,NO2浓度变化对吸收率有较大影响。气相中的O2会加速吸收反应,但同时也引起吸收剂的额外消耗。当Na2S溶液中加入Na OH,浓度达到0.1%时,可强化NO_2的吸收。NO_x中NO含量增加会导致吸收率下降,即使有Na OH的条件下,也未观察到NOx氧化度为0.5时NO与NO2的协同吸收效应。Na2S溶液将被吸收的NO2一部分还原为N2,一部分还原为NO-2。     

酒糟生物炭负载铝对饮用水中氟的去除

以酒糟生物碳为原料,采用负载Al(OH)_3改性制得生物吸附剂(CDGB)。通过静态吸附实验研究吸附剂用量、初始浓度、吸附时间、pH值和共存离子对CDGB吸附氟能力的影响。结果表明:CDGB具有非常宽的最适pH值范围,在pH值为5.0~9.0范围内CDGB均能有效地去除饮用水中的氟离子;并且在氟初始浓度为10 mg·L~(-1),吸附时间40 min,CDGB的添加量为2 g·L~(-1)时氟的去除率可达90%以上,且吸附后水中氟离子含量低于1 mg·L~(-1),符合国家饮用水标准;溶液中常见的共存离子(硝酸根、氯离子和硫酸根)对吸附剂吸附没有显著影响;CDGB对氟离子吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和伪二级吸附动力学模型,理论饱和吸附容量为18.05 mg·g~(-1)。     

固定化鼠尾藻Sargassum thunbergii对水中重金属锌的生物吸附效应

采用海藻酸钠-聚乙烯醇联合固定鼠尾藻与活性炭的方法对废水中重金属Zn~(2+)进行生物吸附研究。结果表明:当固定化材料配比为15 g·L~(-1)鼠尾藻粉,2%海藻酸钠溶液、6%聚乙烯醇溶液,1.5%活性炭时,固定化小球对废水中Zn~(2+)的吸附率最大。溶液在不同环境因素条件下吸附率不同,吸附率随着pH升高而升高,当pH为6时吸附率达到最大,随后开始下降;当温度为30℃,投放量为60 g·L~(-1)时吸附率上升至最大值后趋于平衡,吸附率不再随着条件的增加而增加;前30min吸附过程为快速吸附阶段,并在60 min后吸附率趋于平衡。在实验室规模的流化生物反应器中,固定化颗粒可以连续高效处理模拟矿山废水,同时经过多次吸附解吸循环后仍然具有较好的吸附效果,为固定化鼠尾藻的实际应用奠定了基础。     

基于碱式硫酸铝再生法脱硫的SO32-氧化抑制剂的筛选

在碱式硫酸铝(碱铝)再生法脱硫过程中,抑制SO_3~(2-)氧化对于碱铝再生利用至关重要。实验选择碱度为30%、铝量为30 g·L~(-1)的脱硫溶液作为研究对象,通过添加茶多酚、抗坏血酸、乙二醇3种氧化抑制剂,与无添加的碱铝溶液(空白)进行SO_3~(2-)的氧化抑制和碱铝再生性能对比实验。结果表明:添加氧化抑制剂对SO_3~(2-)氧化具有抑制作用,抗坏血酸抑制氧化效果最佳;相比空白实验,添加茶多酚和抗坏血酸的最佳浓度均为5 mmol·L~(-1),SO_3~(2-)氧化率相对减少38%和42%,而添加10 mmol·L~(-1)的乙二醇氧化率仅减少35%;碱铝脱硫溶液添加氧化抑制剂也有助于提高SO_2的解吸性能,添加最佳浓度氧化抑制剂的解吸率相比空白实验提高8%以上。研究结果可为碱铝再生法脱硫技术的工业应用提供参考。     

生物质基炭膜的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附

以生物质二层牛皮为原料,在控制热分解条件下制备了生物质基炭膜。利用TG/DTG、XRD、FT-IR、SEM、TEM和低温N_2吸附-脱附等方法对在不同炭化温度下(550~950℃)制备的生物质基炭膜形貌特征、孔隙结构及其表面化学性质进行了表征。考察了炭化温度、反应时间、溶液pH、加入量等因素对炭膜吸附溶液中铅离子的影响。表征结果表明:随着炭化温度的升高,生物质基炭膜碳微晶趋于石墨化发展,总孔容积持续增大,孔隙结构变得更加发达。实验结果表明:随炭化温度升高,生物质基炭膜对铅离子的吸附效果明显变好;在初始铅离子质量浓度为50 mg·L~(-1)、溶液pH为5.5、吸附剂加入量为1.5 g·L~(-1)、吸附时间为6 h的条件下,950℃下所制炭膜对铅离子有较好去除效果,去除率可达99.9%,吸附容量为32.76 mg·g~(-1)。     

发酵麸皮对酸性含铬废水中Cr(Ⅵ)的吸附与解吸研究

以发酵行业产生的发酵麸皮废弃物为生物吸附剂处理酸性含铬废水中的Cr(Ⅵ),研究了pH、吸附时间、Cr(Ⅵ)初始浓度、发酵麸皮投加量对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响,确定发酵麸皮吸附去除Cr(Ⅵ)的适宜条件。分别以NaOH、HCl、NaCl为解吸剂处理吸附饱和的发酵麸皮,利用正交实验研究解吸剂种类、解吸时间、解吸剂浓度、发酵麸皮投加量等因素对Cr(Ⅵ)解吸效果的影响。结果表明,在强酸条件下发酵麸皮对Cr(Ⅵ)的吸附效果最好,发酵麸皮吸附Cr(Ⅵ)的适宜条件为pH=1,吸附时间90min,Cr(Ⅵ)初始质量浓度20mg/L,发酵麸皮投加量0.35g。发酵麸皮解吸Cr(Ⅵ)的正交实验结果表明,最佳解吸条件为以0.20mol/L NaOH为解吸剂,发酵麸皮投加量0.50g,解吸时间60min。各因素对Cr(Ⅵ)解吸效果的影响程度排序为解吸剂种类解吸时间解吸剂摩尔浓度发酵麸皮投加量。吸附饱和后的发酵麸皮可以通过解吸再生,但再生第4次已经失去了重复利用的价值。     

芒果核壳炭的制备及对水中Cr~(6+)的吸附

以芒果核壳为原料通过H3PO4活化制备了新型的吸附剂H3PO4-C。考察了影响该吸附剂对水体中Cr(VI)的去除效果的因素,并研究了吸附动力学特征和吸附过程控制机理。结果表明,芒果壳生物质炭对Cr(VI)具有良好的吸附能力,在25℃下,较佳的吸附条件为:当投加量为3 g·L~(-1),Cr(VI)初始浓度为50 mg·L~(-1),溶液p H值为3时,吸附5h,去除率为93.8%。准一级、准二级动力学模型用来拟合吸附过程,结果表明,准二级动力学符合该吸附过程,吸附速率常数为0.001 3 g·(mg·min)-1。用Langmuir和Freundlich模型描述吸附等温过程,结果说明,该吸附过程服从Langmuir吸附,饱和吸附量为28.571 mg·g-1,内扩散为该吸附过程的限速步骤,内扩散系数D=4.21×10-9cm2·s-1。     

石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁对As(Ⅲ)的去除

以氧化石墨烯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制得石墨烯/二氧化硅复合材料(GS),以GS为基体,采用液相还原法,得到石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁(NZVI/GS),将其用于水中As(Ⅲ)的吸附研究。通过XRD、TEM、BET、Zeta电位等表征手段对NZVI/GS进行表征。探讨不同反应条件对NZVI/GS的吸附影响,并进行动力学方程和吸附等温线方程拟合。结果表明,NZVI/GS对As(Ⅲ)具有良好的去除效果,当初始溶液pH为6~8,投加量为0.4 g·L~(-1),反应温度为35℃,砷初始浓度为2 mg·L~(-1)时,NZVI/GS对As(Ⅲ)的去除率高达99.81%。通过Langmuir等温吸附方程得到NZVI/GS对As(Ⅲ)最大吸附量55.93 mg·g~(-1)。     

绿色合成纳米铁去除水中铬离子

以桉树叶提取液作为还原剂和稳定剂,绿色合成纳米铁(EL-Fe NPs),用于去除水体中的铬离子。通过SEM、XRD、FT-IR等技术方法对绿色合成的纳米铁去除铬离子反应前后的微观结构进行表征和分析,观察其反应前后的形态结构。主要探究了p H、Cr(VI)溶液初始浓度、EL-Fe NPs投加量和反应温度等因素对EL-Fe NPs去除铬离子效果的影响,研究其吸附动力学并且进行了EL-Fe NPs重复利用实验。实验结果表明:降低溶液初始p H值、升高温度均能提高铬离子的去除率;在铬离子初始浓度10 mg·L~(-1),EL-Fe NPs投加量1 g·L~(-1),初始p H=6,反应温度298 K条件下,铬离子的去除率能达到77.2%,其去除过程符合伪一级动力学,反应表观活化能为28.23 k J·mo L~(-1),表明其为化学控制过程;EL-Fe NPs在重复使用3次之后,铬离子去除率仍能达到35.2%。     

MFPAC混凝沉淀-矿化垃圾吸附预处理垃圾渗滤液

采用化学还原法制备纳米四氧化三铁,与聚合氯化铝(PAC)制备MFPAC磁性混凝剂,利用混凝沉淀-矿化垃圾吸附预处理垃圾渗滤液,用单因素变量法确定实验的最佳运行参数。结果表明:MFPAC磁性混凝剂对COD和色度的去除效果优于单独投加混凝剂PAC,在纳米四氧化三铁与PAC的质量比为1∶3、MFPAC的投加量为1.5 g·L~(-1)、搅拌条件为转速为300 r·min-1下搅拌60 s、溶液pH值为7.5(垃圾渗滤液原水的pH值)、絮凝时间为30 min的最佳运行条件下,COD由5 810 mg·L~(-1)降低到2 173 mg·L~(-1),色度由1 658倍降低到556倍,其COD去除率为62.6%,色度去除率为66.5%;利用矿化垃圾作为吸附剂处理MFPAC混凝处理后的出水,在矿化垃圾粒径小于2 mm、焙烧温度为700℃、吸附剂投加量为40 mg·L~(-1)、pH值为9的最佳条件下,经过12 h的处理,COD和氨氮的去除率分别为56.7%和68.4%,最终出水的COD和氨氮的浓度分别为941 mg·L~(-1)和343 mg·L~(-1);最终,MFPAC混凝沉淀-矿化垃圾吸附工艺对垃圾渗滤液COD、色度和氨氮的去除率分别为83.8%、78.5%和74.3%。     

混凝-吸附联用预处理页岩气压裂返排液

为降低液相中有机污染负荷,采用烧杯实验和气相色谱-质谱联用技术研究和分析了混凝-吸附法联用预处理页岩气压裂返排液的可行性。结果表明:精制硅藻土(硅藻土J)投加有利于污染物的去除,联用顺序和吸附反应时间可以影响处理效果;先投加硅藻土J 8 mg·L~(-1),反应30 min后再投加PAC 2 000 mg·L~(-1),COD和浊度去除率分别达到57%和87%;混凝-吸附联用能去除水中22种有机污染物,大部分烷烃类、醇类、邻苯二甲酸二丁酯和卤代烃得到很好的去除。PAC和硅藻土J联用比传统混凝/吸附可以更高效地降低溶液有机负荷物,可以作为一种页岩气压裂返排液预处理的方法。     

改性高炉渣对甲基橙的吸附

以盐酸和十六烷基三甲基溴化铵对包钢高炉渣进行表面改性,通过XRD、SEM和N_2吸附-脱附测试研究其微观结构和孔径分布,并以阴离子型染料甲基橙溶液为模拟染料废水研究其吸附性能,进而探索最佳改性制备条件。研究结果表明:有机改性高炉渣主要化学成分为SiO_2,表面有明显的孔道结构,比表面积高达394.5 m~2·g~(-1),平均孔径为12.4 nm;有机改性高炉渣对甲基橙溶液均具有较强的吸附性能,最佳改性条件为加入改性剂盐酸浓度为3 mol·L~(-1)、十六烷基三甲基溴化铵的最终投加浓度为8 g·L~(-1)、水热温度160℃和16 h,此时所制备的有机改性高炉渣吸附性能最强,吸附率为98.06%,最大吸附量达357.14 mg·g~(-1)。等温吸附实验表明,有机改性高炉渣对甲基橙溶液的吸附属于多分子层吸附。     

印染废水高标准排放组合工艺优化

为了实现印染废水的高标准排放,构建了生物吸附/MBBR/混凝沉淀池/硫铁自养反硝化/活性焦组合工艺,并对其进行了优化运行研究;考察了不同水力停留时间(HRT)和溶解氧(DO)对系统污染物去除的影响。结果表明:生物吸附池和MBBR池的HRT分别为1 h和10 h、DO分别为1 mg·L~(-1)和5 mg·L~(-1)的情况下,污染物的去除效果最佳;其中,COD的去除率达到98%;在最优条件下,组合工艺出水COD、NH4+-N、TP和TN浓度分别为16、0.56、0.32和1.39 mg·L~(-1),污水色度基本完全去除。该组合工艺实现了印染废水的高标准排放,为印染废水处理的工程应用提供了数据和技术支撑。     

改性沸石对二级生化出水中氨氮的吸附特性

采用氯化钠联合高温对天然斜发沸石进行改性,通过批次实验探究改性沸石吸附氨氮特性。结果表明:氯化钠浓度为0.8 mol·L~(-1),焙烧温度为300℃条件下,氨氮去除效果最佳;改性沸石在氨氮初始浓度为8mg·L~(-1),投加量为10 g·L~(-1),反应时间为120 min的条件下,去除率可达71%,相比天然沸石提高23.1%。通过扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)和傅里叶光谱(FT-IR)考察改性前后沸石组成特征以及化学键的变化,可以看出,改性机制可去除孔道杂质及Na~+置换沸石中金属阳离子;氨氮吸附过程满足拟二级动力学方程(R~2=0.986),Langmuir等温线模型拟合结果 (R~2=0.998)优于Freundlich模型(R~2=0.839),且改性沸石最大吸附容量为5.94 mg·L~(-1)。热力学计算结果表明,沸石对氨氮的吸附过程是一个自发、吸热、熵增过程。上述结果表明,改性沸石能够有效地对污水厂二级生化出水中氨氮进行深度处理。     

磁性壳聚糖改性硅藻土吸附去除水中的铅离子

采用壳聚糖与Fe_3O_4对硅藻土进行混合改性,制备出一种吸附效果好、且能从液相中磁分离的新型复合吸附剂。通过SEM、XRD、VSM和FTIR等手段对其进行表征,并探究溶液pH、吸附剂投加量以及吸附温度等条件对水溶液中Pb~(2+)吸附效果的影响。结果表明:壳聚糖和Fe_3O_4都能够负载到硅藻土上面。当溶液pH为5、吸附剂投加量为10 g·L~(-1)、初始浓度为10 mg·L~(-1)时,Pb~(2+)去除率可以达到96.4%。吸附过程较好地符合假二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,热力学数据说明该吸附是吸热、自发的过程。     

序批式复极性三维电催化反应器降解苯并噻唑的影响因素

设计构建了序批式复极性三维电催化反应器,以自制的Fe/Fe2O_3/Fe3O_4/AC作为粒子电极,考察了电解质种类及浓度、进水pH、上升流速、进水时间和电催化反应时间多个因素对序批式复极性三维电催化反应器去除苯并噻唑的影响。通过对苯并噻唑的去除率、反应体系矿化度、矿化电流效率以及电能能耗多个指标进行评价,得到最佳运行条件:电解液为中性的0.1 mol·L~(-1)Na Cl溶液,进水时间为30 min,上升流速为8.333 m L·min~(-1),电催化反应时间为3 h。在该运行条件下,初始浓度为100 mg·L~(-1)的苯并噻唑最终被完全去除,反应体系中的矿化率达到92.0%,而消耗的电能较低仅为13.00 k W·h·(kg COD)-1。