甘氨酸改性TiO_2材料的合成及其对染料的吸附性能

本文以钛酸异丙酯为钛源,以甘氨酸(gly)为改性材料,通过水解法在比较温和的条件下合成了二氧化钛(TiO_2-gly)吸附剂,同时以亚甲基蓝(MB)和酸性红G (ARG)两种染料为处理对象,考察了合成的TiO_2的吸附性能,并将之与P25材料进行对比.结果表明,经过甘氨酸改性的TiO_2吸附剂的比表面积大幅提升到354.2 m2·g~(-1);改性TiO_2对亚甲基蓝(100 mg·L-1)和酸性红G (100 mg·L-1)两种染料的吸附能力得到较大提高,最大吸附量分别为49.25 mg·g~(-1)和43.98 mg·g~(-1),远高于P25对二者的吸附容量(分别为28.24 mg·g~(-1)和16.40 mg·g~(-1)); P25的吸附主要受物理吸附作用控制,而改性TiO_2吸附剂20 min即可达到吸附平衡,并展现出准二级动力学和Langmuir吸附等温线特性,这表明吸附剂与染料分子之间主要为化学吸附.另外,通过吸附影响因素实验发现通过延长吸附时间、控制p H都能提高该吸附剂的吸附性能,而改性TiO_2-gly吸附剂经过5次再生循环实验后仍展现出较好的吸附性能.     

稀土金属-铝复合金属氧化物对As(Ⅴ)的吸附

本文以介孔氧化铝为载体、稀土金属的硝酸盐为原料制备了稀土金属-铝复合金属氧化物,通过N_2吸脱附等温线对所得稀土金属-铝复合金属氧化物的结构进行表征分析,采用静态吸附实验对所得复合金属氧化物对As(Ⅴ)的吸附性能进行了研究,并就最优吸附剂对As(Ⅴ)的等温吸附和吸附动力学进行了考察.结果表明,嫁接稀土金属之后所得复合金属氧化物仍然保有原来的介孔结构;Y-Al复合氧化物对As(Ⅴ)的吸附性能优于Eu-Al、Pr-Al和Sm-Al复合金属氧化物;最佳Y/MA质量比为1∶10;实验数据经吸附等温式分析发现,Y-Al复合氧化物对As(Ⅴ)的最大吸附容量为62.2 mg·g~(-1);根据吸附动力学方程分析发现,Y-Al复合氧化物对As(Ⅴ)的吸附行为遵从准二级动力学方程,因此吸附过程中"表面反应"是主要速率控制步骤.     

酿酒酵母生物吸附Cu2+的动力学及吸附平衡研究

研究了重金属离子Cu2 在酿酒酵母上的生物吸附特性,内容包括生物吸附动力学、吸附等温线以及pH对生物吸附的影响.生物吸附动力学结果表明,当Cu2 初始浓度为71.6mg/L时,Cu2 在酿酒酵母上的生物吸附过程可以分为两个阶段,第一阶段为物理吸附,在10min内达到平衡,此后,随着时间的延长,有微量脱附现象发生.Cu2 在酵母上的吸附过程可以很好地用准二级动力学方程来描述(R2=0.9984),动力学参数k2为7.65×10-3g mg-1min-1,qe为9.15mg/g.吸附等温线结果表明,Cu2 在酿酒酵母上的生物吸附可以用Langmuir和Freundlich方程来描述,最大吸附量qmax为10.2mg/g·pH为5.0时Cu2 在酿酒酵母上的吸附量最大.酿酒酵母可用于处理低浓度含Cu2 的废水.     

棉花秸秆生物炭对水中硫酸根离子的吸附特性

以棉花秸秆生物炭(BCS)为吸附剂,研究了BCS的吸附动力学、热力学特性以及制备温度、投加量和溶液p H等因素对BCS吸附SO_4~(2-)的影响.结果表明,制备温度为500℃的BCS(BCS500)比300℃的BCS(BCS300)更有利于SO_4~(2-)的吸附去除;在20 m L溶液中,BCS500的投加量为0.1000 g时,对SO_4~(2-)的吸附去除最为理想,升高溶液p H值会减小BCS500对SO_4~(2-)的吸附量.动力学拟合表明准二级动力学方程比准一级动力学方程和Elovich方程能更好地描述吸附过程,所得吸附平衡时间为6 h.颗粒内扩散模型拟合发现BCS吸附SO_4~(2-)分为表面吸附和颗粒内扩散两个过程.相比于其他等温吸附方程,Langmuir方程能更好地描述BCS500对SO_4~(2-)的吸附行为,由Langmuir方程拟合所得BCS500的理论最大吸附量(52.13 mg·g~(-1))比BCS300的理论最大吸附量(31.46 mg·g~(-1))大.而计算所得热力学参数,如吉布斯自由能变G_m0,焓变H_m0和熵变S_m0,表明BCS500对SO_4~(2-)的吸附是一个自发、吸热且熵增加的过程;在25、35、45℃时,G_m分别为-9.61、-12.50、-13.96 k J·mol~(-1),介于-20─0 k J·mol~(-1)之间,且反应为吸热反应,表明BCS500吸附SO_4~(2-)主要以物理吸附为主.     

丝瓜络固定化非活性颤藻对Pb2+的吸附特性

为研究丝瓜络固定化非活性颤藻对Pb~(2+)的吸附特性,选择游离颤藻为对照,考察环境因素对吸附过程的影响以及吸附动力学、等温线和吸附机理.结果表明,固定化和游离颤藻分别在90 min和60 min达到吸附平衡,与对照相比,吸附量增加了约20.6%;随着Pb~(2+)浓度的增加,固定化和游离颤藻的吸附量逐渐增加,并在70 mg·L~(-1)和60 mg·L~(-1)时,分别达到吸附饱和;吸附量依赖于pH的变化,当pH5时吸附量达到最大;吸附过程符合准二级动力学模型;Langmuir等温方程很好地描述了固定化和游离颤藻对Pb~(2+)的吸附过程,属于单分子层吸附,饱和吸附量分别为87.82±1.51 mg·g~(-1)和70.87±1.86 mg·g~(-1);傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线能量色散光谱(EDS)分析表明,氨基、羧基、羰基和羟基与Pb~(2+)的络合作用是固定化和游离颤藻的主要吸附机理.     

牛粪源生物炭对水中甲基紫的吸附动力学和热力学

600℃缺氧热解制得牛粪源生物炭(CBC),采用SEM、FTIR和XRD等分析手段对生物炭理化性质进行表征,并通过静态平衡吸附法研究了CBC对甲基紫的吸附动力学及热力学过程.结果表明,甲基紫的吸附量随着其初始浓度的增加而增大,初始浓度由10 mg·L~(-1)增加到40 mg·L~(-1),平衡吸附量由5 mg·g~(-1)提高到30 mg·g~(-1),吸附过程先快后慢,60 min后吸附达到平衡;甲基紫的吸附量还随溶液pH的增加而增大,随温度的升高而增大;用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Langmuir吸附等温方程、Freundlich吸附等温方程对试验数据进行拟合,结果表明,准二级动力学模型更准确地反映其吸附动力学过程,Freundlich等温方程与实验数据拟合度更好,即甲基紫在CBC上的吸附以化学吸附为主;吸附热力学参数ΔG~o0、ΔS~o0、ΔH~o0,表明甲基紫在CBC上的吸附是自发进行的吸热过程.     

磁性聚吡咯的合成及其快速去除水中硝酸盐

在四氧化三铁表面采用原位化学氧化合成了磁性聚吡咯(Ppy/Fe_3O_4)吸附剂,并用FTIR、XRD、TGA、XPS以及VSM等对材料进行表征.结果表明,聚吡咯成功包覆到Fe_3O_4表面,且具有超顺磁性.吸附实验结果表明,Ppy/Fe_3O_4对水中硝酸盐(NO_3~-)具有较好的吸附性能,在NO_3~-初始浓度为50 mg·L~(-1)条件下,当pH值为4.2时,温度为25℃下吸附剂对NO_3~-的吸附效果最佳,最佳吸附量为37.57 mg·g~(-1),阴离子的存在对NO_3~-吸附具有抑制作用.Ppy/Fe_3O_4对NO_3~-的吸附可以通过Langmuir模型很好地描述,吸附过程服从拟二级动力学,并且吸附速率随着NO_3~-初始浓度的增加而增加.磁性聚吡咯通过表面质子化氮与NO_3~-之间的静电作用而达到去除的目的.吸附饱和的吸附剂可以很好地进行磁性分离,并可以在0.01 mol·L~(-1)的NaCl溶液中进行脱附再生.     

稀土铈基无机吸附剂对氟的吸附性能

利用稀土铈基无机吸附剂（CFA）对水溶液中的氟进行了静态吸附试验和脱附再生试验，并对其部分物理化学特性表征和除氟机理进行了研究。结果表明：CFA吸附剂对氟的吸附具有较高的动力学特性和罗高的吸附量，较低的pH值有利于对氟的吸附，在平衡pH3-6的范围内对氟的吸附量较高；可以用Freundlich方程表示该静态吸附的吸附等温线；吸附后的吸附剂可以用稀氢氧化钠溶液再生，脱附率达到100％，再生后的活性比达到95％以上。     

磺酸基改性磁性吸附剂去除水中的Cu(Ⅱ)

利用水热法制备出Fe_3O_4磁性粒子,通过正硅酸乙酯水解使Fe_3O_4外面包覆SiO_2(Fe_3O_4@SiO_2),最后利用3-氨丙基三甲氧基硅烷和氯磺酸进行改性,合成了磺酸基改性磁性吸附剂.采用FT-IR、BET和XRD等方法对合成吸附剂进行表征,并探讨接触时间、初始浓度、溶液pH值等因素对吸附性能的影响.表征结果显示,成功合成了磺酸基改性磁性Fe_3O_4@SiO_2粒子;Fe_3O_4@SO_3Na比表面积为20.4587 m~(-2)·g~(-1).吸附实验结果显示,在25℃条件下,Fe_3O_4@SO_3Na对Cu~(2+)的吸附等温线符合Freundlich吸附等温方程,实验条件下最大吸附量为16.13 mg·g~(-1).Fe_3O_4@SO_3Na吸附Cu~(2+)可在1 h内达到吸附平衡且吸附动力学遵循拟二级动力学模型.溶液中存在盐离子时,发现盐离子的存在对吸附效果几乎没有影响;溶液中含有柠檬酸时对吸附效果产生抑制.吸附剂经3次循环使用后仍有吸附性能,表明吸附剂具有良好的再生性和经济性.     

磁性Fe3O4@Mg(OH)2去除水中络合态三价铬

本实验采用一步水热法合成了Fe_3O_4@Mg(OH)_2材料,并将其用于吸附水中络合态的Cr(Ⅲ)-EDTA,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、热重(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)等来表征材料的结构和表面特性.结果表明,Mg(OH)_2已经成功的负载到了Fe_3O_4的表面,对水中络合态Cr(Ⅲ)-EDTA有较好的吸附能力,最大吸附量为15.52 mg·g~(-1),吸附等温线符合Langmuir等温线,吸附动力学可用拟二级动力学拟合,随着pH的增加吸附量不断减少,水中高浓度的阳离子对吸附产生促进作用,并且脱附实验证明材料有很好的可循环利用能力.     

锆负载交联壳聚糖树脂的制备及硫酸根吸附性能

以壳聚糖为原料,利用反相悬浮法制备甲醛-戊二醛交联壳聚糖树脂,后与Zr4+反应制备锆负载交联壳聚糖吸附剂,用于吸附废水中SO2-4.运用红外光谱对吸附剂结构进行表征,采用静态吸附法考察负载条件对吸附量的影响及吸附剂重复使用性能.结果表明,交联反应主要发生在壳聚糖的氨基(—NH2)和一级羟基(C6—OH)上;锆负载过程中锆离子可负载于交联壳聚糖的氨基(—NH2)和羟基(—OH)上;最优条件即当Zr4+初始浓度为500 mg·L-1,体系pH值为3,负载时间为4 h时,锆负载交联壳聚糖吸附剂对SO2-4的吸附量达到最大为55.65 mg·g-1;用NaOH可有效恢复吸附剂,再生后的吸附剂吸附性能良好.     

TEMPO氧化废纸纤维对甲基紫的吸附性能

以废纸纤维(WF)为原料,2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)为氧化剂,制备不同氧化度的废纸纤维(OWF-1,OWF-2,OWF-3),用于吸附甲基紫染料.采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜对吸附剂的结构和形貌进行表征.结果表明,氧化反应在WF上引入了羧基,降低了结晶度,但并没有改变纤维状形貌.吸附实验结果表明,OWF氧化度越高吸附容量越大,pH对吸附容量影响显著,温度对吸附容量影响较小,表明OWF与甲基紫之间的存在电荷吸附.在30℃,pH=9,甲基紫初始质量浓度为50 mg·L~(-1),OWF-3质量浓度为1000 mg·L~(-1)的条件下,吸附容量达到48.1 mg·g~(-1).对吸附过程的等温线及动力学进行研究,发现Freundlich吸附等温线和拟二级动力学模型能够更好描述吸附过程.此外,OWF-3具有良好的分离和再生性能.     

改性木薯秸秆对硝酸根的动态吸附及脱附

利用以环氧氯丙烷、N,N-二甲基甲酰胺、吡啶、二甲胺溶液对天然木薯秸秆进行化学改性得到的新型阴离子吸附剂,研究在不同条件下对KNO3溶液的动态吸附及脱附再生效果.结果表明,与改性前相比,木薯秸秆的吸附性能有了很大提高.随着KNO3溶液质量浓度由50 mg·L-1增加至150 mg·L-1,改性木薯秸秆吸附硝酸根至饱和的时间由120 min缩短至65 min,动态饱和吸附量由11.73 mg·g-1增至26.58 mg·g-1;当KNO3溶液流速分别为3、5、10 mL·min-1时,动态吸附至饱和时间分别为150、120、65 min,改性吸附剂对硝酸根的饱和吸附量和去除率降低;改性木薯秸秆在中性溶液时,吸附效果较好,120 min后达饱和,而在碱性和酸性时40 min即达饱和.Thomas模型能够很好地描述改性木薯秸秆对KNO3的动态吸附动力学.分别选用0.05 mol·L-1NaCl、NaOH和HCl溶液做脱附剂可以得到较好的脱附效果.     

β-环糊精功能化石墨烯对印染废水中酸性大红G和橙黄Ⅱ的吸附

本文合成了β-环糊精功能化的石墨烯纳米材料(β-CD-GNs),考察了其作为一种新型高效吸附剂对水中酸性大红G(ASG)和橙黄Ⅱ(OrangeⅡ)的吸附性能.该材料结合了石墨烯和β-环糊精的特性,表现出对所述两种染料良好的吸附性能,吸附平衡时间小于3 min,吸附率达90%以上,β-CD-GNs对ASG和橙黄Ⅱ的最大吸附量为622.2 mg·g~(-1)和534.7 mg·g~(-1).另外,考察了β-CD-GNs用量、溶液pH、反应温度对吸附效果的影响.结果表明,当溶液pH值为6.0,β-CD-GNs浓度达到25 mg·L~(-1)时,吸附率最大,而且吸附率随反应温度升高而降低.通过对吸附数据进行线性拟合发现,β-CD-GNs对ASG和橙黄Ⅱ的吸附等温线符合Langmuir吸附等温式.该材料在印染废水的处理领域有潜在的应用价值.     

芦苇生物炭对水中铅的吸附特性

将芦苇秸秆在500℃下缺氧热解4 h制备成生物炭.采用批量平衡实验法,考察溶液p H值、生物炭投加量、溶液离子强度以及生物炭灰分对芦苇生物炭吸附水中Pb~(2+)的影响.结果表明:溶液p H值在2.0—5.5范围内,芦苇生物炭对Pb~(2+)的吸附量随着p H值升高而增加;生物炭最佳投加量为1.8 g·L-1,Pb~(2+)的去除率为96.6%;溶液中Na~+、Ca~(2+)的存在会抑制芦苇生物炭对Pb~(2+)的吸附;去除灰分后的生物炭对Pb~(2+)的吸附量降低.不同温度下的吸附等温线更符合Langmiur方程.在283、298、313 K下的最大实际吸附量分别为21.89、24.06、24.95 mg·g~(-1).热力学研究结果为ΔGθ0、ΔHθ0和ΔSθ0,说明该吸附是自发、熵增的吸热过程.吸附动力学线性拟合结果更符合假二级动力学方程.芦苇生物炭吸附前后的红外光谱和XRD衍射谱图分析表明吸附过程存在离子交换和阳离子-π作用.去除灰分的生物炭吸附Pb~(2+)后溶液中Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度升高,表明离子交换是主要吸附机制.     

四氧化三铁-蛭石复合材料制备及其对Pb~(2+)的吸附性能

以天然蛭石为载体制备了四氧化三铁-蛭石复合材料,采用静态平衡实验对该复合材料吸附Pb~(2+)的特性进行了研究,同时考虑了pH值、温度和投加量对吸附的影响.结果表明,四氧化三铁-蛭石复合材料对Pb~(2+)的吸附等温线符合Langmuir方程和Freundlich方程,Elovich方程和双常数方程可较好地描述该复合材料对Pb~(2+)的吸附动力学过程.由Langmuir等温式计算得出,在30℃、pH 5.50、投加量1.50 g·L~(-1)时,四氧化三铁-蛭石复合材料对Pb~(2+)的最大吸附量为128 mg·g~(-1).四氧化三铁-蛭石复合材料对Pb~(2+)的吸附量均随pH值、温度和投加量的增大而增加.与天然蛭石的对比实验表明,四氧化三铁-蛭石复合材料表现出较高的磁饱和强度且Pb~(2+)吸附能力提高55.5%.     

皮克林乳液法制备ZIF-8@聚苯乙烯中空微球及其吸附阿莫西林性能

研究采用ZIF-8纳米粒子稳定皮克林乳液,制备了ZIF-8@聚苯乙烯中空微球(ZIF-8@PS),并用于溶液中阿莫西林(AMOX)的吸附去除.用傅里叶变换红外光谱(FI-TR)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附脱附(BET)等方法研究了ZIF-8@PS中空微球的理化性质.通过静态吸附实验结合吸附等温线模型和吸附动力学模型等考察了ZIF-8@PS对AMOX的性能.结果表明,ZIF-8@PS具有良好的中空多孔结构,比表面积为380.4 m~2·g~(-1).pH值为7.0、308 K时有最佳吸附效果.ZIF-8@PS对AMOX的吸附过程用Langmuir模型和准一级动力学模型能更好地拟合,对AMOX的吸附倾向为单层吸附.308 K时Langmuir模型计算的最大吸附量为0.6232 mmol·g~(-1).材料具有良好的再生能力,经3次吸附-解吸附后吸附量约损失11.15%.     

苯胺-2,4-二氨基酚共聚物吸附水中Hg(Ⅱ)的动力学和热力学研究

利用化学氧化法合成苯胺-2,4-二氨基酚共聚物,通过静态吸附实验研究了该共聚物吸附水中汞离子的动力学和热力学.对实验数据采用准一级和准二级动力学方程、Langmuir等温线方程、Freundlich等温线方程进行拟合,并进行相应的热力学分析.研究结果表明,苯胺-2,4-二氨基酚共聚物对水中Hg(Ⅱ)具有很好的去除效果,最大吸附容量达800mg·g-1,吸附等温线符合Langmuir单层吸附模型;动力学过程符合准二级动力学模型;吸附焓变化量ΔH=58.51kJ·mol-1,表明该吸附反应为化学吸附且为吸热反应;三种实验温度下吉布斯自由能变化量均为负值,表明该吸附反应能自发进行。     

水滑石及其焙烧产物对阴离子染料酸性蓝-80的吸附

研究了水滑石(HT)及其焙烧产物(HTC)对阴离子染料酸性蓝-80的吸附特征.结果表明,在常见染料废水浓度范围内,HTC的吸附量和吸附速率都明显大于HT,HTC的吸附等温线和动力学分别符合Langmuir等温方程和粒间扩散模型.HTC对阴离子染料的去除受无机阴离子(Cl-, SO2-4 和CO2-3)的影响较小,阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的存在能明显降低酸性蓝-80的吸附量.吸附量随温度的升高明显下降.     

新型交联壳聚糖材料对地下水重金属Zn~(2+)的吸附性能

地下水重金属污染的原位修复技术研究日益受到关注.利用课题组研发的聚乙二醇(PEG400)作为交联剂合成的新型交联壳聚糖材料,用该新型材料吸附地下水中重金属Zn~(2+),探讨CTS:PEG比例和Zn~(2+)印迹量对吸附效果的影响,通过该材料对Zn~(2+)的吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学关系,讨论其吸附的内在机理.研究发现CTS:PEG=1:2和印迹的Zn~(2+)量是0.5%的交联壳聚糖,去除重金属Zn~(2+)的效率最高;其非平衡吸附遵循准二级动力学模型,吸附速率为0.1260mg·g~(-1)·h~(-1);在20℃,溶液pH值为7条件下,PEG-CTS对Zn~(2+)的最大吸附容量是18.20 mg·g~(-1),平均吸附能量是9.66kJ·mol~(-1);化学吸附为主,也包含物理吸附.