改进水热法合成纳米Co_xFe_(3-x)O_4(0≤x≤2)及其对刚果红染料的吸附性能

采用快速水热法制备了纯相Co_xFe_(3-x)O_4(0≤x≤2)纳米颗粒,并对样品进行了XRD、EDX、FTIR、SEM、N_2吸附-脱附以及VSM表征,研究了Co含量、初始浓度和pH值对水中刚果红吸附性能的影响。实验结果表明,Co_(1.6)Fe_(1.4)O_4纳米颗粒具有最大的比表面积170.1 m2·g-1和最好的吸附性能,在pH=3,初始浓度为200 mg·L~(-1)时,饱和吸附容量达到475mg·g-1。对Co_xFe_(3-x)O_4进行了吸附过程动力学和热力学分析,该吸附过程符合准二级动力学模型,根据Langmuir等温吸附模型计算得出最大吸附容量为370.4 mg·g-1。良好的磁性能使Co_(1.6)Fe_(1.4)O_4纳米颗粒很容易从水中分离再利用,实验表明,经过多次脱附/吸附过程,Co1.6Fe1.4O4纳米颗粒对刚果红仍具有良好的吸附性能。     

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。     

聚多巴胺包覆的Fe_3O_4去除水体中的染料

多巴胺作为海洋贝类生物分泌的粘附蛋白的模拟小分子物质,在典型的海洋环境条件下能够发生自聚合反应覆盖到不同基质上。通过多巴胺的自聚合在磁性纳米Fe_3O_4表面包覆一层聚合多巴胺(PDA),得到Fe_3O_4/PDA复合材料。材料的热重分析,磁滞回线,透射电镜,红外光谱等表明PDA包覆到了Fe_3O_4的表面。PDA具有丰富的酚羟基和氨基,可以通过络合、配位、氢键、π-π堆积等多种作用与其他物质结合。采用亚甲基蓝和日落黄染料作为目标物考察Fe_3O_4/PDA的吸附性能。研究表明,溶液p H对2种染料的吸附有显著的影响,随溶液p H的升高,阳离子染料亚甲基蓝的吸附容量显著增大,而阴离子染料日落黄吸附容量明显下降。由Langmuir吸附等温模型拟合出亚甲基蓝、日落黄的最大吸附容量分别为204.1和100.0 mg/g。动力学研究表明,这2种染料的吸附能够快速达到平衡。     

磁性金属有机骨架Fe3O4@ZIF-8的制备及对偶氮染料刚果红的高效吸附

采用常温搅拌法,在聚苯乙烯磺酸钠(PSS)处理过的Fe_3O_4表面诱导生长ZIF-8壳层,成功合成了磁性核壳金属有机骨架Fe_3O_4@ZIF-8,并对其吸附去除偶氮染料刚果红的性能进行了探究,考察了刚果红初始浓度和接触时间、Fe_3O_4@ZIF-8投加量以及pH对刚果红去除的影响。SEM、TEM、XRD、FT-IR及VSM表征结果证明,ZIF-8纳米颗粒已成功负载于Fe_3O_4表面,形成了典型的核壳结构,并且具有优异的磁学性能。吸附实验结果表明,反应最佳pH为6,吸附剂投加量为500 mg·L~(-1);当反应时间达到180 min时,吸附达到平衡。吸附反应的吸附动力学和吸附等温线分析表明,刚果红染料在Fe_3O_4@ZIF-8上的吸附动力学符合二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir模型。Fe_3O_4@ZIF-8吸附剂对刚果红具有高效的选择吸附性能并且在循环吸附中展现出良好的循环吸附性能。因此,磁性核壳金属有机骨架Fe_3O_4@ZIF-8作为吸附剂在去除刚果红染料方面有着广阔的应用前景。     

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。     

酸改性泥炭对含亚甲基蓝废水的吸附净化作用

采用稀硝酸对泥炭进行改性处理获得酸改性泥炭,并将其用于处理亚甲基蓝废水。考察初始溶液pH、接触时间、酸改性泥炭投加量和亚甲基蓝溶液初始浓度等因素对酸改性泥炭吸附效果影响。结果表明,初始溶液pH、接触时间、酸改性泥炭投加量和亚甲基蓝溶液初始浓度对酸改性泥炭吸附性能都有一定的影响。在最佳的反应条件下(接触时间为60 min,反应温度为35℃,初始溶液pH为7.12,酸改性泥炭投加量为2 g),亚甲基蓝去除率可达90.88%,其吸附较好地符合Freundlich和Langmuir等温方程,拟合相关系数均大于0.9。通过热力学计算发现,ΔG<0、ΔS>0,表明该吸附反应是自发的、吸热反应。且该吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.98)。     

磁性花生壳基活性炭对亚甲基蓝的吸附特性

以花生壳为原料,在K2CO3和Fe3O4共活化条件下制备了磁性花生壳基活性炭(MPSAC)。通过扫描电子显微镜、氮气吸附脱附等温线、X射线衍射和振动样品磁强计等手段表征了材料的结构和性质,测定了其对亚甲基蓝的吸附特性,考察了初始pH、吸附时间、MPSAC投加量、亚甲基蓝初始浓度和温度对吸附的影响。结果表明:(1)初始pH对亚甲基蓝的吸附影响较小;吸附时间对亚甲基蓝的吸附效率有明显的影响,在120min时吸附达到平衡,吸附过程符合准二级动力学方程。(2)吸附平衡数据更好地符合Langmuir方程,在25、35、45℃下,MPSAC的理论饱和吸附量分别为617.28、617.28、666.67mg/g。(3)热力学参数吉布斯自由能变0J/mol、焓变0J/mol、熵变0J/(mol·K),说明MPSAC对亚甲基蓝的吸附属于熵变增加的自发吸热反应过程。     

壳聚糖改性对磁性Fe_3O_4吸附去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响研究

利用壳聚糖改性磁性Fe_3O_4以提高其对重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能,考察了改性前后磁性Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附等温线及吸附动力学过程。结果表明,经壳聚糖改性后,壳聚糖-磁性Fe_3O_4比表面积大幅增加,由原来的76.12m2/g增加到142.67m2/g;壳聚糖-磁性Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能优于磁性Fe_3O_4;当pH为2.0~7.0时,提高pH有助于促进两种磁性材料对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量;两种磁性材料对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附符合准二级动力学模型,吸附过程属于吸热过程;重复吸附—脱附循环再生5次后,壳聚糖-磁性Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的去除率仍在80%以上,磁性Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的去除率在75%以上,两种磁性材料再生性能较好。     

Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维的制备及其吸附性能

选用对空气和人居环境具有污染的悬铃木果毛为基质,通过将四氧化三铁磁性纳米粒子在多巴胺改性悬铃木果毛表面的固载,制备得到具有中空结构的Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合吸附材料。用X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、电子扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和震动样品磁强计(VSM)等手段对样品进行了表征和分析,考察了Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明:通过多巴胺对悬铃木果毛的化学改性,有效促进了反尖晶石型结构的四氧化三铁纳米粒子在其表面的固载,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维直径约为25.8μm,其饱和磁化强度为12.51 emu/g,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛对亚甲基蓝的吸附在140 min达到平衡,吸附容量可达12.6 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学。     

纳米羟基铁改性活性炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

采用乙醇分散法制备了纳米羟基铁修饰的玉米苞叶和竹笋壳的活性炭复合物(记为nFeOOH@AC),分析了nFeOOH@AC对水样中亚甲基蓝的吸附性能及动力学机理。研究表明,nFeOOH@AC对亚甲基蓝的吸附以化学吸附为主,符合准二级动力学模型。在亚甲基蓝初始质量浓度为3～120 mg/L,体积为50 mL,nFeOOH@AC投加量为10 mg, pH为3～12,吸附时间为1～24 h时,吸附率随着pH升高而增大,随着亚甲基蓝初始浓度的增大先增后减,随着吸附时间的增加而增加。nFeOOH@AC可以作为一种新型环境友好型吸附剂应用于亚甲基蓝废水处理。     

茶渣修饰磁性Fe3O4纳米粒子协同吸附铜铅离子的研究

在茶渣上通过化学共沉淀制备环境友好、价格低廉的磁性纳米粒子Fe_3O_4-茶复合物。结果显示,茶渣修饰提高了磁性Fe_3O_4纳米粒子(Fe_3O_4MNPs)在水中的分散性和稳定性,促进了Fe_3O_4MNPs对水中重金属的去除能力;Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附归因于Fe_3O_4-茶复合物中丰富的结合位点(如—OH,—COOH和—NH—)与Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)形成稳定的络合物。在pH为7.0,Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)初始质量浓度为100mg/L,吸附时间为2h时,Fe_3O_4-茶复合物对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附率分别为94.58%、94.28%;Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附过程符合准二级动力学方程,Fe_3O_4-茶复合物在连续4次循环再生后,仍表现出较好的吸附能力。利用柱吸附法考察了进液流速对穿透曲线的影响,结果表明:随进液流速增加,穿透点前移,且Cu(Ⅱ)的吸附能力低于Pb(Ⅱ)的吸附能力。     

磁性羟基氧化铝的制备及对水体中Cu~(2+)的吸附性能研究

采用水热法制备磁性羟基氧化铝(γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4),使用透射电子显微镜、X射线衍射、比表面积分析对其进行形貌表征,并研究了其对水体中Cu~(2+)的吸附性能。结果表明:γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4对水体中Cu~(2+)的吸附性能受pH、Cu~(2+)初始浓度、接触时间和温度的影响;γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4对Cu~(2+)的吸附符合Freundlich等温线方程,最大吸附量可达284.77mg/g;热力学分析表明,γ-AlOOH@SiO_2/Fe_3O_4对水体中Cu~(2+)的吸附过程是自发和吸热过程;动力学分析说明,该吸附过程遵循准二级动力学反应模型,该吸附过程为化学吸附,内扩散是整个吸附过程的限速步骤;Cu~(2+)吸附率随循环使用次数的增加稍有下降,吸附的Cu~(2+)可通过乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)脱附。     

木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对Cr(Ⅵ)吸附性能研究

利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)方法,对木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料的结构进行表征,并研究了溶液pH、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附时间和吸附温度对木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料吸附Cr(Ⅵ)的影响.结果表明:(1)木质纤维素和蒙脱土复合后形成了插层一剥离型的纳米复合材料;(2)在溶液pH为2、Cr(Ⅵ)初始质量浓度为100mg/L、吸附温度为30℃、吸附时间为180 min的条件下,木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附量达5.72mg/g;(3)木质纤维素/蒙脱土纳米复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附符合伪二级动力学模型和Freundlich吸附等温式.     

铁酸盐-还原石墨烯复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

以氯化铁(FeCl_3·6H_2O)、氯化锰(MnCl_2·4H_2O)、氯化锌(ZnCl_2)、氯化钴(CoCl_2·6H_2O)、氯化镍(NiCl_2·6H_2O)和氧化石墨烯(GO)为原料,制备了4种铁酸盐与还原氧化石墨烯(RGO)的复合材料(RGO-MFe_2O_4,M=Mn,Zn,Co或Ni),通过扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、拉曼光谱仪进行了表征,系统研究了4种材料对亚甲基蓝的吸附。结果发现,RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附能力最好,而对吸附起主要作用的是RGO。随着温度升高、染料初始浓度的增加和吸附时间的延长,RGO-NiFe_2O_4吸附量逐渐增大。RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附动力学拟合符合伪二级动力学模型。吸附等温线模型拟合结果表明,Langmuir方程可以很好地描述其对亚甲基蓝的吸附。热力学参数ΔG~0在不同温度下均为负值,ΔH~0为正值,ΔS~0为正值说明吸附过程是自发的吸热反应。     

硫酸活化市政污泥对亚甲基蓝的吸附

采用市政剩余污泥作为原料,以硫酸作为活化剂制备吸附剂,并将其应用到含亚甲基蓝废水处理中。系统地研究了溶液初始pH值、亚甲基蓝初始浓度和吸附时间等因素对硫酸活化市政污泥吸附性能的影响。研究结果表明,在吸附剂投加量2 g/L,pH7.5,温度293 K条件下,硫酸活化市政污泥对亚甲基蓝的最大吸附量为38.4794 mg/g。吸附动力学和热力学研究结果表明,吸附剂对亚甲基蓝的吸附过程可用准二级动力学模型(R2=0.9910)、Freundlich吸附等温式(R2=0.9935)来描述。颗粒内扩散速率也是其吸附反应限制因素,但不是惟一限制因素。该研究表明,硫酸活化剩余污泥可以作为含亚甲基蓝染料废水的处理材料。     

磁性还原石墨烯的制备及其对抗生素的吸附性能

针对日益突出的抗生素水污染问题,利用共沉淀法制备磁性还原石墨烯(rGO/Fe_3O_4),并研究其对污染物去除性能。通过考察pH、吸附时间、污染物浓度等影响因素,研究rGO/Fe_3O_4对四环素(TC)和磺胺嘧啶(SDZ)2种典型抗生素的吸附性能,并分析吸附机理。实验结果表明:rGO/Fe_3O_4对2种抗生素具有很好的吸附能力,对TC和SDZ的最佳吸附pH分别在4.0和5.0左右,对应的最佳吸附量分别达到(114.29±1.60)和(20.64±2.17)mg·g~(-1);对TC的吸附效果要好于SDZ。rGO/Fe_3O_4对2种抗生素污染物的吸附更符合准二级反应模型,表明吸附过程是由化学反应控制,而不是物理扩散控制,通过计算可知,TC的吸附速度要快于吸附SDZ。rGO/Fe_3O_4对TC和SDZ的吸附过程更接近Langmuir吸附等温方程,模拟的最大吸附量分别为123.46和28.49 mg·g~(-1),与实测值很吻合。rGO/Fe_3O_4具有优良的磁性分离效果,可以快速完成与液相污染物的分离;对rGO/Fe_3O_4吸附2种抗生素的机理主要包括π-π共轭作用、氢键作用、静电作用以及范德华力等,这些作用力使rGO/Fe_3O_4对抗生素具有优良的吸附性能。     

聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)复合磁性微球的吸附性能

以共沉淀法制备纳米Fe3O4,通过分散聚合法制备了磁性聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(Fe3O4@P(St-MMA))微球,采用光学显微镜、红外光谱、样品磁力振荡计和X射线衍射(XRD)对磁性微球进行了表征。考察了复合磁性微球在不同的p H、离子强度和吸附时间等条件下对其吸附性能的影响,运用吸附动力学和吸附等温线研究了磁性微球对亚甲基蓝的表面吸附机理。结果表明,制备的磁性微球粒径在100~200μm之间,表面含有羧基,饱和磁化强度为9.44 emu/g,在外加磁场的作用下能够快速分离出来。亚甲基蓝的吸附符合准二级动力学模型,在100 min内基本达到吸附平衡;25℃下,最大吸附量高达144.9 mg/g,且吸附随着p H值的升高而增加,当p H7时,吸附量基本不变;随着离子强度增加,吸附量逐渐下降;Langmuir等温线能比较好地拟合磁性微球对溶液中亚甲基蓝的吸附。     

改性甘薯渣对亚甲基蓝的吸附特性及吸附机制

以甘薯渣作为材料,针对亚甲基蓝溶液初始浓度、溶液p H、改性甘薯渣加入量、吸附温度、吸附时间各因素对吸附率的影响进行实验,进一步对影响显著的初始浓度、加入量、时间采用二次正交旋转组合设计优化,得到浓度80 mg·L~(-1)、加入量1.0 g、时间1 h时预测最大吸附率96.25%,实测95.89%,二者吻合。改性甘薯渣对亚甲基蓝吸附过程符合Freundlich等温式及准二级动力学模型,说明其吸附过程由化学速率控制的多位点物理化学混合吸附。据Langmuir等温式计算饱和吸附量为20.16 mg·g-1。SEM观测得知改性甘薯渣处理后疏松多孔的表面有利于吸附。经FTIR可知,羟基、羧基在吸附过程中有主要作用。     

改性谷壳生物炭负载磁性Fe去除废水中Pb~(2+)的效果及机制

将谷売生物炭用酸改性后负载磁性Fe_3O_4,得到一种新的吸附材料(BC~Fe)。通过单因素吸附实验,研究了时间、pH、添加量、浓度以及温度等参数对BCTe吸附废水中Pb~(2+)的影响,并对其进行比表面积及傅里叶红外光谱分析,探讨该磁性生物炭对Pb~(2+)的吸附机理。结果表明对Pb~(2+)的吸附能在2 h内基本达到平衡。在Pb~(2+)溶液初始浓度为100mg·L~(-1),pH=5.0温度为25℃,分別添加0.1g和0.15 g的BC-Fe于50 mL Pb~(2+)溶液中,单位质量的BC-Fe对溶液中Pb~(2+)的吸附量分别为40.6 mg·g~(-1)和33.2 mg·g~(-1)去除率分别为81.3%和99.9%。该吸附过程符合拟二级动力学模型,理论平衡吸附量为43.9 mg·g~(-1)。用Langmuir等温吸附方程能够很好地描述其吸附行为;热力学研究表明对Pb~(2+)的吸附过程是自发的吸热过程。     

超顺磁性纳米Fe_3O_4的制备及其类Fenton反应性能

以二甘醇/乙二醇醇热法制备了超顺磁性纳米Fe_3O_4,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)以及磁滞回线等手段对制备的纳米Fe_3O_4进行表征,并通过纳米Fe_3O_4/H_2O_2类Fenton反应降解罗丹明B废水考察了纳米Fe_3O_4/H_2O_2的性能及其稳定性。研究表明,制备的纳米Fe_3O_4不仅分散性好、规整球状结构,磁性强且粒径比较均匀,平均粒径约为80 nm;从单因素实验(纳米Fe_3O_4投加量、H_2O_2/Fe_3O_4的摩尔比、pH以及反应时间)与正交实验获得了最佳反应条件:纳米Fe_3O_4投加量为2 g·L~(-1),pH=4,H_2O_2/Fe_3O_4摩尔比为4∶1,反应时间为3 h,此时罗丹明B与TOC去除率分别为100%和35%。重复4次使用纳米Fe_3O_4,通过表征发现纳米Fe_3O_4颗粒的晶体结构不变但是发生了团聚,纳米Fe_3O_4的催化性能有所下降。