改性谷壳生物炭负载磁性Fe去除废水中Pb2+的效果及机制

将谷壳生物炭用酸改性后负载磁性Fe3O4,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BC-Fe吸附废水中Pb2+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Pb2+的吸附机理。结果表明,BC-Fe对Pb2+的吸附能在2 h内基本达到平衡。在Pb2+溶液初始浓度为100 mg·L-1,pH=5.0,温度为25℃,分别添加0.1 g和0.15 g的BC-Fe于50 mL Pb2+溶液中,单位质量的BC-Fe对溶液中Pb2+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,BC-Fe对Pb2+的吸附过程是自发的吸热过程。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪（EDS）、环境扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb2+、Cd2+浓度下污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb2+的吸附量最大,而Cd2+在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附量为RC500 > RC400 > RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb2+（14.39 mg·g-1）>Cd2+（1.45 mg·g-1）,污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

垫料生物炭对Cd2+的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度（300、400和500℃）下的垫料生物炭（D300、D400和D500）和秸秆生物炭（S300、S400和S500）,通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd2+浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd2+的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd2+的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd2+的吸附效果最好;D300和D400对Cd2+的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd2+的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd2+到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

生物质炭对溶液中Cd2+的吸附

以玉米秸秆、稻壳在350~500℃制成的生物质炭作为吸附剂,研究其对溶液中Cd2+的吸附特性。通过模拟实验,考察了初始pH、生物质炭用量、吸附时间和Cd2+的起始浓度对吸附的影响。结果表明,2种生物质炭对Cd2+的吸附反应适应pH范围较宽(4.0~7.0);玉米秸秆炭和稻壳炭对Cd2+的吸附速度较快,分别在10和20 min时达到吸附平衡;玉米秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附遵循Langmuir等温线模型,而稻壳炭对Cd2+的吸附遵循Freundlich等温线模型。在实验设定的条件下,玉米秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附能力强于稻壳炭。     

玉米秸秆基改性生物质活性炭对Cd的吸附特性

以玉米秸秆为原料,制备了生物质活性炭(以下简称生物炭),用HNO_3、NaOH、沸水、四氢呋喃(THF)对其进行改性,并比较了不同生物炭对Cd的吸附特性,对沸水和THF滤液进行了光谱分析,结果显示:随着Cd初始浓度的增加,玉米秸秆基生物炭及改性产物对Cd的吸附量大体增强;Cd初始质量浓度超过25.0 mg/L时,吸附量表现为碱改性生物炭未改性生物炭THF改性生物炭沸水改性生物炭酸改性生物炭。NaOH通过改变玉米秸秆基生物炭表面官能团和元素构成,增强了其吸附能力。HNO_3使玉米秸秆基生物炭孔隙带正电荷,从而抑制了对Cd的吸附。沸水和THF从玉米秸秆基生物炭孔隙中溶出了有利于吸附反应的部分表面官能团,从而降低了其对Cd的吸附能力。随着Cd初始浓度增加,玉米秸秆基生物炭对Cd的吸附量大体增加,滤液pH大体降低。用玉米秸秆基生物炭处理污水中的Cd时,建议用碱改性法来提高其吸附能力。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

CaCl_2改性生物炭的制备及其对Pb~(2+)的吸附作用

以柳木屑和花生壳为原料,采用预浸渍—热解法制备原始柳木屑生物炭(FMC)、原始花生壳生物炭(PSC)、CaCl_2改性的柳木屑生物炭(Ca-FMC)和CaCl_2改性的花生壳生物炭(Ca-PSC)。在对生物炭的结构和组成进行表征的基础上,研究了CaCl_2改性和pH对生物炭吸附Pb~(2+)的影响,并研究了Ca-FMC和Ca-PSC吸附Pb~(2+)的吸附等温模型和动力学过程。结果表明,CaCl_2改性可显著提高原始生物炭对Pb~(2+)的吸附能力。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温模型,饱和吸附量可分别达到54.32、32.80mg/g。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程,准二级动力学速率常数分别为0.01、0.03g/(mg·h)。     

生物炭对水中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特征

选取花生壳和玉米秸秆为原材料,在不同温度下制备生物炭,与市售的银杉木炭一起作为吸附剂探究其对水溶液中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附能力和特性。用FTIR和扫描电镜表征生物炭表面性质。实验考察了吸附时间、溶液初始pH、初始浓度对吸附的影响。结果表明,在室温25℃和pH 5.0条件下,生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量随时间的增加而增大,在24 h后基本达到平衡,并且生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附动力学符合准二级动力学方程;溶液初始pH显著影响生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附,其中对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的最佳吸附pH分别为5.0和6.0;花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的等温吸附符合Langmuir模型和Freundlich模型,而对Zn(Ⅱ)的等温吸附Freundlich模型拟合效果更佳;银杉木炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的等温吸附更适用于Langmuir模型。另外,随着生物炭制备时热解温度的升高,生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附量增加,且各生物炭对Pb(Ⅱ)的最大吸附量远大于其对Zn(Ⅱ)的最大吸附量。不同生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力有明显差异,表现为:花生壳生物炭玉米秸秆炭银杉木炭,而对Zn(Ⅱ)的吸附力差异不明显。     

改性花生壳对Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附机理

以前期制得改性块状花生壳为对象,测定改性花生壳等电点,考察离子强度对改性花生壳吸附Cd2+和Pb2+的影响、吸附前后吸附质溶液pH变化情况及蒸馏水、NaCl、HNO3、柠檬酸和EDTA 5种解吸液对Cd2+和Pb2+的解吸效果,并通过X-射线光电子能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪对吸附前后的改性花生壳进行表征,推测并证实了改性花生壳对Cd2+和Pb2+可能的吸附机理。结果表明,改性花生壳对Cd2+和Pb2+可能的吸附机理是:Cd2+是通过外层络合、离子交换和内层络合的联合作用被吸附的;Pb2+主要是与改性花生壳上的O、N等活性基团发生内层络合;此外,改性花生壳表面生成的二氧化锰对Cd2+和Pb2+的吸附也起到一定的作用。     

牛粪生物炭对Cd2+的吸附影响因素及特性

为了考察以牛粪为原料制备的生物炭对水溶液中Cd2+的吸附效果,进行了吸附影响因素、吸附等温线和动力学研究。结果表明,当热解温度为700℃、投加量为20 g/L、溶液初始pH为5、水溶液Cd2+初始浓度为10 mg/L、吸附平衡时间为60 min和溶液温度为25℃时,对Cd2+的吸附效果最佳,Cd2+去除率可达99%以上。提高溶液温度有利于吸附。降低生物炭热解温度和投加量对吸附效果影响不大。Langmuir方程能更好地拟合生物炭对Cd2+的吸附等温过程,吸附过程符合准二级动力学方程。牛粪生物炭是性能优良、价格经济的水溶液中Cd2+的吸附剂。     

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20 mg·L-1的镉离子溶液（100 mL）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。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd2+的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700 ℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd2+的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在 700 ℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd2+的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为 298.15 K 时,最大吸附容量为27.47 mg·g-1。污泥基生物炭对Cd2+的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd2+的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd2+的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

改性硅酸钙对Cd2+的吸附性能及其对Cd污染土壤的修复潜力

通过吸附-解吸实验和土柱淋溶实验,研究了改性硅酸钙对镉(Cd2+)的吸附性能及对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明,改性硅酸钙对Cd2+有较强的吸附能力,其吸附平衡时间在60 min左右,对溶液pH有较宽的适应范围,且当pH呈中性时,对Cd2+的吸附效果最好。由Langmuir模型拟合结果可知,改性硅酸钙对Cd2+的饱和吸附容量可达441.55 mg·g-1。改性硅酸钙对Cd2+有较好的吸附稳定性,适合用于Cd污染土壤的修复。土柱淋溶实验表明,改性硅酸钙对Cd污染土壤的钝化效果明显,不仅降低淋溶液Cd2+含量,使淋溶液Cd2+累积量显著降低47.01%,还使土壤CaCl2-Cd浓度显著降低94.4%,并促使土壤易溶态Cd向难溶态Cd转变。     

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pH,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 kJ·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。     

活体微藻对镉（Ⅱ）的富集机理

选取小球衣藻（Chlamydomonas microsphaera）、铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）和四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda）等4种微藻,通过室内模拟实验,对水体中的Cd2+进行吸附,并对吸附Cd2+的微藻分别采用去离子水、0.2 mol·L-1 CaCl2与研磨处理,测定Cd2+的解脱量,研究活体微藻对重金属离子的富集特征与机理。结果表明：4种活体微藻均对水体中Cd2+有较强的富集能力,在Cd2+初始浓度为10 mg·L-1、溶液pH为7.0的实验条件下,小球衣藻富集量可达76.34 mg·g-1,铜绿微囊藻、钝顶螺旋藻和四尾栅藻富集量分别为24.78、15.28 和 9.85 mg·g-1,说明微藻是良好的重金属吸附剂;4种活体微藻对Cd2+的富集特征均符合准二级动力学方程（R2>0.99）,反映出活体微藻对Cd2+的富集主要是一种化学行为;活体微藻对Cd2+的富集主要是离子交换形式的化学吸附,富集比例均在60%以上,其中小球衣藻最高,达86.51%。除化学吸附外,还包括物理吸附与生物吸收,生物吸收所占富集比例为6.75%~18.96%,而物理吸附量最少,为3.02%~14.63%。     

柚子皮水热炭对六价铬的吸附

采用水热炭化的方法制备柚子皮水热炭吸附剂,用红外光谱仪和氮吸附仪测定水热炭表面的官能团和孔结构,考察了吸附剂用量、溶液pH值、Cr（Ⅵ）初始浓度、吸附时间对吸附Cr（Ⅵ）的影响。结果表明：水热炭是典型的介孔材料且有较多的含氧官能团,有利于Cr（Ⅵ）的吸附。溶液pH值小于7时,吸附效果较好;当溶液中Cr（Ⅵ）离子的初始浓度为50 mg·L-1,pH=6,吸附剂用量为0.4 g·（50 mL）-1、吸附时间为90 min时、水热炭对Cr（Ⅵ）的吸附率和吸附量分别为99.03%、6.19 mg·g-1。柚子皮水热炭对Cr（Ⅵ）的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,且35、45、55 ℃的等温吸附数据拟合结果表明等温吸附过程符合Freundlich模型。     

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。     

改性沸石对水中微量汞的吸附性能

为了更好的去除水体中微量汞,研究了采用二氧化锰和壳聚糖对天然斜发沸石进行改性,着重考察了pH、温度、离子强度、Hg2+初始浓度和时间对改性前后沸石吸附Hg2+的影响,并研究了其吸附机理。结果表明,改性沸石受pH、温度和离子强度影响较小,在pH、温度、离子强度和初始浓度为6、25℃、0.05 mol·L-1和50 μg·L-1时,二氧化锰+壳聚糖改性沸石（ZCM）对Hg2+的去除率高达99%,符合国家饮用水标准,并且二氧化锰+壳聚糖改性沸石（ZCM）具有更好的解吸再生性。3种沸石均较好的符合Langmuir等温吸附模型和假二级动力学模型,其中改性沸石对汞的吸附主要为离子交换和表面官能团的络合作用,二氧化锰+壳聚糖改性沸石（ZCM）和壳聚糖改性沸石（ZC）饱和吸附量由1.43 mg·g-1提高到5和3.3 mg·g-1,吸附平衡时间由10 h减少至1和4 h,为治理汞微污染地表水提供一定的理论支持。     

3种生物质炭对活性艳蓝KN-R的吸附简

选择由玉米秸秆、稻壳和稻草秸秆在825℃制成的生物质炭作为吸附剂,通过模拟实验,研究其对溶液中活性艳蓝KN-R的吸附特性,考察了pH值、时间、溶液初始浓度和生物质炭用量对吸附效果的影响。结果表明,当pH为2.0时,玉米秸秆炭和稻壳炭对活性艳蓝的吸附量均达到最大,而pH对稻草秸秆炭的影响不大;三者达到吸附平衡的时间分别为180、300和360 min,最大吸附量分别为114.05、54.60和68.19 mg/g。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述;动力学实验表明,吸附过程更符合拟二级动力学模型;热力学数据分析发现,吸附过程是自发进行的吸热过程。     

纳米零价铁改性氨基生物炭的制备及对Cd (Ⅱ)的吸附和解吸特性

通过化学负载方法成功制得纳米零价铁改性氨基生物炭复合材料（ABC/NZVI）,对其进行表征和研究了其对重金属Cd（Ⅱ）的吸附和解吸特性。结果表明,改性后,ABC/NZVI具有氨基官能团并且表面负载了纳米零价铁,比表面积为244 m2·g-1,在水溶液中稳定悬浮的平均粒径是845 nm。ABC/NZVI对Cd（Ⅱ）的吸附大约在457 min内即可达到吸附平衡,吸附动力学可用伪二级动力学模型较好地拟合（R2≥0.990）;对Cd（Ⅱ）表现出优良的吸附性能,饱和吸附容量为12.4 mg·g-1,吸附/解吸等温线均呈现出明显的非线性,可用Langmuir模型较好地拟合（R2≥0.960）,而且出现明显的解吸滞后现象,滞后系数（HI）为0.536。因此,ABC/NZVI对Cd（Ⅱ）的吸附可能为单分子层的化学吸附,主要的吸附机理可能涉及配合和沉淀两种作用。