两种木材生物炭对铜离子的吸附特性及其机制

为探索高效利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体和土壤中Cu~(2+)污染的可行性,本文以常见的农林废弃物苹果树枝和梧桐木锯末为原料,采用450℃限氧热裂解法制备生物炭,通过两种生物炭对Cu~(2+)的批量吸附试验,利用4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型)和4种吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)研究了苹果枝和锯末生物炭对Cu~(2+)的吸附行为.同时,使用FTIR红外、SEM和BET比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,研究了两种生物炭对Cu~(2+)吸附机制,分析了两种生物炭之间的吸附特性差异及其影响因素.结果表明:(1)苹果枝生物炭在3 h达到吸附平衡,理论最大吸附量为15.85 mg·g~(-1),锯末生物炭在6h达到吸附平衡,理论最大吸附量为17.44 mg·g~(-1),与其他研究相比,这两种生物炭体现了较高的Cu~(2+)吸附性能;(2)两种生物炭对Cu~(2+)的热力学吸附均较好地符合Langmuir模型,表明吸附过程主要是近似单分子层的有益吸附;动力学吸附均符合准二级吸附动力学模型,表明其对Cu~(2+)的吸附包括表面吸附、颗粒内扩散和液膜扩散等多种过程;(3)吸附机制主要包括静电吸附,配体(酚羟基)/离子(H+)交换和阳离子—π键作用.     

核桃青皮生物炭对重金属铅、铜的吸附特性研究

采用500℃限氧裂解法将农林废弃物核桃青皮制成核桃青皮生物炭,进行了核桃青皮生物炭对铅、铜的批量吸附实验.同时,利用扫描电镜、FTIR红外等方法探讨了核桃青皮炭吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)的特性,探究了吸附时间、溶液初始浓度、吸附温度、吸附剂投加量、溶液初始pH等因素对核桃青皮生物炭吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)作用的影响,讨论了吸附动力学特性及吸附等温特性.结果表明:温度298.15 K、pH为3~6条件下,核桃青皮生物炭吸附Pb~(2+)和Cu~(2+)在20 min内即可达到吸附平衡,核桃青皮炭最佳投加量分别为0.8、1.5 g·L~(-1),最大吸附量分别为476.190、153.846 mg·g~(-1);吸附过程符合准二级动力学方程,等温吸附曲线符合Langmuir方程,说明其吸附过程主要是近似单分子层的化学吸附.     

海藻酸钠固定化污泥基生物质炭对铜的吸附性能研究

以城市污水厂的剩余污泥为原料制备生物质炭(SC),采用海藻酸钠加以固定使其成为污泥基生物质炭(SASC),通过正交试验确定SASC最佳制备工艺,考察吸附时间、铜离子的浓度、pH值、温度、转速、投加量对SASC吸附Cu~(2+)效果的影响。结果表明制备SASC的最佳条件是:海藻酸钠浓度为1.5%、包炭量为2%、CaCl_2浓度为1%、交联时间为0.5 h。在pH为5.0、温度为30℃、转速为150 r/min、投加量为0.24 g/mg、吸附时间为4 h的条件下Cu~(2+)去除率高达98.73%。SASC对Cu~(2+)的吸附机理服从准二级动力学方程,吸附等温线服从Freundlich方程,Cu~(2+)在SASC上的吸附为多层吸附。     

水热法制备玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

以农业废弃物玉米叶和玉米秆为原材料,采用水热法制备生物炭,通过批试验方法考察了接触时间、污染物初始浓度、生物炭投加量、反应体系温度及溶液p H值等因素对2种生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附规律进行了探讨.吸附动力学拟合结果发现,准二级动力学能更好地拟合吸附过程(R~2=0.9986~0.9999);颗粒内扩散方程拟合结果表明,2种生物炭对亚甲基蓝的吸附由液膜扩散和颗粒内扩散2个过程控制.玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附可以通过Freundlich方程来进行拟合(R~2=0.9898),说明吸附在生物炭表面是多分子层吸附过程;而玉米杆基生物炭对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir方程(R~2=0.9825),说明吸附在生物炭表面是单分子层吸附过程.与玉米杆基生物炭相比,玉米叶基生物炭具有更好的吸附性能,拟合理论最大吸附量为玉米杆基生物炭的1.25倍.     

茶渣生物炭制备及其对溶液中四环素的去除特性

以茶渣(tea waste)为对象,在300、 500和700℃限氧条件下热解制备成生物炭(TWBC300、 TWBC500和TWBC700),研究其对溶液中四环素(tetracycline,TC)的去除特性.采用元素分析、比表面积分析仪、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对TWBC300、 TWBC500及TWBC700进行表征;考察生物炭添加量、溶液初始pH、离子类型及强度等因素对四环素去除效果的影响;结合吸附动力学、吸附等温线和仪器表征结果探究生物炭对溶液中四环素的作用机制.结果表明,适合的生物炭投加量为4.0g·L~(-1).溶液初始pH对生物炭去除四环素的影响较小.溶液中阳离子类型对生物炭吸附四环素的抑制作用依次是Mg~(2+)Ca~(2+)K~+Na~+.NH~+_4能略微促进生物炭对四环素的吸附,而铜离子却显著抑制生物炭对四环素的去除.环境温度增加能提升生物炭对四环素的去除效果.拟二级动力学方程和Langmuir模型可以较好地拟合茶渣生物炭吸附四环素的过程.茶渣生物炭对四环素的吸附量依次是TWBC700TWBC500TWBC300.孔隙扩散、氢键和π-π作用是茶渣生物炭去除四环素的主要机制.因此,高温制备的茶渣生物炭可作为废水中四环素去除的良好吸附剂.     

液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

病死猪热解炭化物的特性及其对水中Cu2+的去除

研究了病死猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的去除效果,并借助扫描电子显微镜、X射线光谱仪及傅里叶红外光谱仪等分析手段对病死猪热解得到的炭化物理化学性质进行了表征,分析了其微观结构及官能团.结果发现,病死猪热解炭化物内部具有大量孔状结构,表面出现了PO3-4等结构.最后,利用热解得到的炭化物对水中的Cu~(2+)进行处理研究,考察了初始p H值、反应温度、吸附时间等对水中Cu~(2+)去除效果的影响.结果表明,病死猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的吸附效果较好,最佳初始p H值为5.0,温度的升高有利于热解炭化物对Cu~(2+)的去除.通过对实验数据进行动力学及吸附等温线分析,发现实验中使用的病死猪热解炭化物对Cu~(2+)的吸附动力学数据符合准二级吸附动力学方程,Langmuir模型能较好地描述Cu~(2+)在猪热解炭化物上的吸附行为.     

施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0～20 cm)、亚表层(D,20～40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CX_(SB)、NB_(SB)、JL_(SB)和HC_(SB); CX_(DB)、NB_(DB)、JL_(DB)和HC_(DB))。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu~(2+)吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu~(2+)的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu~(2+)的最大吸附量q_m在62. 20～363. 64 mmol/kg之间,S层土样对Cu~(2+)的吸附量均呈现JL NB CXHC的趋势,而D层土样呈现JL CX NB HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu~(2+)的吸附。(2) 20～40℃范围内,各供试土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3) pH的升高有利于各供试土样对Cu~(2+)的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HC_S和HC_D除外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势,0. 1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu~(2+)的q_m主要是由CEC和比表面积决定的。     

水葫芦生物炭对水中重金属离子的吸附特征研究

为了揭示生物炭对不同重金属离子的吸附特征,以水葫芦为原料,热解得到水葫芦生物炭,并对水葫芦生物炭吸附Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的动力学、等温学和吸附机理进行了研究。结果表明：准一级、准二级动力学模型均能很好地拟合水葫芦生物炭对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附过程;结合颗粒内扩散模型,水葫芦生物炭对重金属离子的吸附主要发生在吸附初期,而在接近吸附平衡时,才开始由颗粒内扩散对吸附速率进行控制;Langmuir吸附模型能更好地拟合水葫芦生物炭吸附Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的过程,而水葫芦生物炭对Cu²⁺的吸附过程则更符合Freundlich吸附模型;由Langmuir吸附模型拟合得到水葫芦生物炭对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn^2...     

牛粪生物炭对水中氨氮的吸附特性

以牛粪生物炭为吸附剂,研究了p H、粒径、投加量、温度和共存阳离子等因素对牛粪生物炭吸附氨氮的影响及吸附特性.结果表明,共存阳离子Na+、Ca2+的存在对牛粪生物炭吸附氨氮有抑制作用,在Na+、Ca2+浓度相同条件下对氨氮吸附影响大小顺序为Na+Ca2+;牛粪生物炭吸附氨氮的最佳初始p H值应在5~8范围;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R2=0.967 3)比准一级动力学方程(R2=0.765 9)和Elovich方程(R2=0.724 9)能更好地拟合动力学数据,颗粒内扩散方程拟合结果发现牛粪生物炭对氨氮的吸附包括表面吸附和颗粒内扩散两个过程.吸附等温线拟合发现Freundlich方程(R2=0.976 2)能很好地描述氨氮在牛粪生物炭上的吸附行为.吉布斯自由能变化(ΔGθ)、焓变(ΔHθ)和熵变(ΔSθ)的计算结果表明,牛粪生物炭对氨氮的吸附是自发的吸热过程.     

钢铁废水污泥吸附除磷特性

为处理含磷废水同时实现钢铁污泥资源化利用,将钢铁污泥用于吸附除磷,从磷吸附影响因素、动力学模型、吸附等温线等方面研究了钢铁污泥对水中磷酸盐的吸附特性,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征手段对吸附机理进行了探究.结果显示,钢铁污泥对水中磷具有优良的吸附性能,在pH=2.00,温度为40°C时,磷...     

铀在凹凸棒石上的吸附特性与机制研究

采用静态实验方法研究了凹凸棒石对水溶液中铀的吸附特性,考察了溶液pH值、初始浓度、吸附时间对吸附的影响,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征凹凸棒石的形貌和结构,用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征凹凸棒石吸附铀前后结构的变化,探讨了凹凸棒石对铀的吸附动力学及吸附机制.结果表明,pH值对凹凸棒石吸附铀的影响显著,且在pH=5时吸附量最大.吸附量随着时间增大而增大,在2 h内可以达到平衡,吸附等温线方程符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程为准二级动力学模型.由FTIR分析可得,凹凸棒石吸附铀后,在高频区3 700～3 000 cm-1内吸光度减弱,可能是由于铀与凹凸棒石的R—OH发生配位作用形成了R—OUO2+或(R—O)2UO2等络合物;在中频区1 700～800 cm-1内吸光度减弱,可能是铀离子和镁离子产生离子交换作用.铀在凹凸棒石上的吸附机制主要表现为离子交换和配位作用.     

生物炭结构性质对氨氮的吸附特性影响

氨抑制现象在富含有机氮底物的沼气工程中普遍存在,采用生物炭吸附法可固定发酵液中氨氮.为探究生物炭理化结构与氨氮吸附特性之间的相关关系,在不同热解温度(350、450和550℃)下制备以玉米秸秆、稻壳为原料的生物炭,通过元素分析、FTIR和BET等分析生物炭结构及其理化性质,并结合批式吸附实验,研究不同理化性质生物炭对氨氮的吸附特性影响.结果表明随着热解温度的升高,生物炭中碳及灰分含量增多; 450℃制备的玉米秸秆生物炭(CS450)与550℃制备的稻壳生物炭(RH550)对氨氮的吸附分别遵循准二级和准一级动力学模型.Freundlich吸附模型能更好地描述CS450和RH550生物炭对氨氮的等温吸附过程;玉米秸秆炭吸附量与其表面官能团间具有显著相关性;而与稻壳炭的吸附量相关性最显著的为生物炭的比表面积,其次是表面官能团,最后是灰分.其中,RH550吸附性能最好,最大吸附量为12. 16 mg·g~(-1).     

2甲4氯在土壤中吸附常数的测定

介绍２甲４氯除草剂在３种不同有机质含量的土壤中吸附常数的测定,利用批量平衡法建立了Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温线,获得了２甲４氯在土壤中有机碳吸附常数为１０８．２甲４氯在土壤中是单分子层吸附,其吸附行为属于物理吸附。     

硝酸处理的碳纳米管吸附水溶液中汞离子的研究

碳纳米管是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料。该文研究了硝酸处理的碳纳米管作为吸附剂吸附水溶液中的汞离子的吸附特性,考察了溶液pH值、吸附时间、溶液浓度以及吸附剂的量等因素对吸附行为的影响。实验结果表明:在pH值为2～5的范围内,碳纳米管对汞离子的吸附量随着pH值的增大而增大,并在pH为5时(对汞离子的吸附量)达到了最大值,在pH大于5时,pH值对吸附效果影响不大。碳纳米管吸附汞离子的量随着吸附时间的增加而增大,且在60min内达到了吸附平衡,当Hg2+浓度为20mg/L时吸附量为16.63mg/g。通过对Langmuir和Freundlich方程对吸附等温线的拟合比较,Langmuir方程更适合描述吸附特性。随着吸附剂量增加,吸附效率上升。研究结果表明,硝酸处理的碳纳米管是一种有效的水溶液中汞离子的吸附剂。     

我国西北黄土对阿特拉津的吸附行为及影响因素

为了探讨ATZ(阿特拉津)在黄土中的吸附/解吸行为及主要影响因素,以我国西北黄土为供试土样,采用批量试验法研究了黄土对ATZ的吸附动力学和热力学行为特征. 结果表明:黄土对ATZ的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,吸附热力学过程更符合线性分配的Henry吸附模型(R2>0.90),吸附过程中ΔGθ(吉布斯自由能)及ΔHθ(焓变)均小于0、ΔSθ(熵变)大于0,25～45 ℃温度范围内E(吸附平均自由能)为0.86～1.30 kJ/mol,表明黄土对ATZ的吸附过程以物理吸附为主,属于自发放热过程且导致吸附体系混乱度增加. 黄土对ATZ的吸附影响因素分析结果显示,随着系统温度的升高,ATZ在黄土中的饱和吸附量下降;pH在2～10范围内变化时,ATZ在黄土中的饱和吸附量随pH的增加呈明显降低趋势;初始ρ(ATZ)从2.5 mg/L增至10.0 mg/L时,黄土对ATZ的饱和吸附量也相应地从0.082 5 mg/g增至0.621 0 mg/g. 结果显示,ATZ在黄土中的吸附速率受内部扩散、表面吸附和液膜扩散的共同影响,并且吸附过程主要受到土壤有机质疏水性分配作用的影响.      

铁氧化物陶瓷颗粒除氟效果及吸附特性研究

为了寻找一种新型的吸附材料处理含氟废水,研究采用了七水硫酸亚铁和三氧化二铁两种不同的铁氧化物陶瓷颗粒对含氟废水进行处理,实验对陶瓷颗粒的结构进行了电镜扫描(SEM)和比表面积(BET)的表征,探讨了陶瓷颗粒在吸附中的物理特征;在批实验中,探讨了陶瓷颗粒在吸附过程中不同pH、吸附剂量条件下的吸附表现,并对吸附等温线、动力...     

功能化多孔材料对CO_2的吸附分离研究进展

功能化多孔材料拥有优越的CO_2吸附和存储性能,在燃煤电厂、玻璃炉窑、水泥厂、钢铁厂等高耗能工矿企业采用CO_2吸附技术,对CO_2减排、减缓温室效应具有重要意义。随着研究的不断深入,新型CO_2吸附材料呈现出廉价、易获取、高吸附率等趋势,当前研究重点集中在介孔硅、金属有机框架、沸石、活性炭、聚合物等的表面功能化。总结了上述典型吸附剂功能化的最新成果,重点介绍多孔吸附材料的功能化方法、吸附机理与吸附动力学的研究进展,并提出多孔材料对CO_2的吸附分离的研究空间和发展趋势。     

壳聚糖的改性及其去除废水中染料物质的性能研究

采用戊二醛交联FeCl_3制备改性壳聚糖吸附处理染料废水,以20 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液作为处理对象,探究氯化铁改性壳聚糖(FeCl_3-CTS)投加量、废水p H值、反应时间对其处理亚甲基蓝废水性能的影响,并对吸附动力学、吸附等温线过程进行拟合.结果表明,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝废水的处理效果远高于未改性壳聚糖(N-CTS),尤其是在投加量为0.1 g·L~(-1)、p H=6的条件下,经FeCl_3-CTS处理50 min后,亚甲基蓝废水的脱色率高达99.4%,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝的吸附容量高达198.8 mg·g~(-1),与N-CTS的54.8%和109.6 mg·g~(-1)相比,均有显著的提高.吸附动力学、吸附等温线拟合结果显示,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝废水的吸附过程符合准二级反应动力学方程(R2=0.9992)和Langmuir等温线方程(R~2=0.9995).     

磁性壳聚糖的制备及处理亚甲基蓝废水

以戊二醛为交联剂,Fe₃O₄为磁核制备磁性壳聚糖,探究了其去除废水中亚甲基蓝的性能,以及吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特征.结果表明,在磁性壳聚糖投加量为0.5g/L、pH=10、反应时间为60min的条件下,对亚甲基蓝的去除率和吸附容量分别达到97.6%和39.0mg/g,远高于天然壳聚糖的59.8%和23.9mg/g.磁性壳聚糖对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级反应动力学方程（R²=0.99902）和Langmuir等温线方程（R²=0.99961）,吸附过程是热力学自发过程,吸附反应是放热反应.