基于茶渣的生物炭负载零价铁对水体和土壤中Cr(Ⅵ)的修复及机理研究

利用茶渣中的残余多酚类物质,通过绿色合成法制得零价铁(ZVI),并以茶渣烧制的生物炭(BC)作为载体负载ZVI,将制得的ZVI/BC材料用于去除水体中Cr(Ⅵ)及修复Cr(Ⅵ)污染土壤。结果表明,茶渣中提取的多酚可以成功还原Fe(Ⅱ)制备ZVI,且制得的ZVI/BC复合材料具有优秀的Cr(Ⅵ)去除能力;ZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层化学吸附,ZVI为反应中心,其对Cr(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir模型,在溶液初始pH为3时对Cr(Ⅵ)吸附性能最佳。与BC相比,ZVI/BC更能促进土壤中的铬从易被利用的可交换态、碳酸盐结合态向较难被利用的铁锰氧化态、有机态转化。ZVI/BC主要通过还原反应修复土壤和水体中的Cr(Ⅵ),同时也伴随着表面络合过程。     

赤铁矿的硫化改性及硫化产物对水中六价铬的还原固定化

以赤铁矿为原料、硫化钠为硫化试剂,对赤铁矿进行了硫化改性,考察了硫化赤铁矿(SH)对水中六价铬Cr(Ⅵ)的还原固定化性能。Langmuir等温吸附模型拟合结果表明,该材料在pH=7时对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为66.7 mg·g^-1,约为原始赤铁矿的39倍。SH对Cr(Ⅵ)的去除过程符合准二级动力学模型,表明该过程可能受化学吸附控制。进一步采用TEM、XRD等手段对SH进行了表征,并结合材料吸附前后的XPS图谱变化,对SH去除水中Cr(Ⅵ)的机制进行了分析。结果表明,与未改性的赤铁矿相比,硫化改性赤铁矿对Cr(Ⅵ)去除性能显著提高的原因可能源于赤铁矿表面形成的铁-硫化合物层。在SH还原固定化Cr(Ⅵ)的过程中,表面硫化层中的还原性物质FeS、吸附态Fe(Ⅱ)和S(-II)将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而实现对Cr(Ⅵ)的稳定化。     

葡萄籽提取液还原制备生物炭负载纳米铁对水中As(Ⅲ)的去除性能及机理

利用植物提取液绿色合成的纳米铁,具有绿色环保、成本低廉等优点。本文采用葡萄籽提取液作为还原剂和稳定剂,风车草生物炭为载体,制备了生物炭负载纳米铁(CBC-nZVI),用于去除废水中的As(Ⅲ)。结果表明,纳米铁(nZVI)成功负载于生物炭表面,具有较大的比表面积和孔体积;随着反应时间的延长,溶液温度的升高,CBC-nZVI投加量的增加和溶液初始pH的增大,CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附量不断增大;Langmuir等温吸附模型能更准确地描述CBC-nZVI对As(Ⅲ)吸附行为,CBC-nZVI对As(Ⅲ)去除过程符合准二级动力学模型,表明CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附是单层吸附,以化学吸附为主。ESR表征结果表明CBC-nZVI在有氧反应体系中生成了·OH,反应过程中,As(Ⅲ)大部分被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),通过吸附、氧化还原和共沉淀实现As(Ⅲ)的最终去除。     

污泥活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附研究

研究了污泥活性炭对含Cr(Ⅵ)废水的吸附性能.利用西安某污水处理厂未消化脱水污泥,采用ZnCl2化学活化热解炭化法制备污泥活性炭,研究其处理含Cr(Ⅵ)废水的效果,考察其吸附Cr(Ⅵ)的动力学行为.结果表明,最佳吸附条件为溶液pH在1左右、污泥活性炭投加量5 g/L、吸附时间10 min、Cr(Ⅵ)初始质量浓度10 m...     

一步还原焙烧法制备炭载零价铁及其对水中Cr(Ⅵ)的去除

以活性炭为还原剂和载体,通过一步还原焙烧法制备出炭载零价铁(AC-ZVI)材料。电镜扫描和X射线衍射分析结果表明,零价铁以平均粒径为2μm的颗粒均匀分布在活性炭表面和孔道中。采用间歇实验考察了炭载零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果,结果显示炭载零价铁对水中的Cr(Ⅵ)具有很好的去除效果,在初始pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度为50 mg·L~(-1)、AC-ZVI投加量(铁用量)为0.6 g·L~(-1)和反应温度为25℃的条件下,反应5 h后Cr(Ⅵ)的去除率达到86.8%;降低溶液pH、增加炭载零价铁投加量和提高反应温度均有利于Cr(Ⅵ)的去除,反应过程符合准一级动力学,表观反应速率常数k为0.655 h~(-1)(30℃),反应活化能为67.6 k J·mol~(-1)。研究结果表明,通过一步还原焙烧法制得的炭载零价铁可作为一种高效吸附还原材料用于Cr(Ⅵ)污染水体的治理。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

给水厂污泥吸附Cr(Ⅵ)的性能研究

采用给水厂污泥对浓度为100 mg/L的模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了吸附性能的研究.结果表明,给水厂污泥可吸附处理含Cr(Ⅵ)废水,吸附量可达0.89 mg/g.动力学研究结果表明,给水厂污泥对Cr(Ⅵ)的吸附符合二级吸附动力学模型,吸附速率常数(k2)为3.48×10-3g/(mg·min);热力学研究结果表明,吸附过...     

污泥活性炭的表征及其对 Cr( VI) 的吸附特性

以城市污水处理厂污泥为原料,采用磷酸活化-微波热解法制备得到污泥活性炭,并将其用于吸附水溶液中的Cr（Ⅵ）。分别采用元素分析仪（Vario EL cube）、比表面积孔径分布测定仪（ASAP2020）、扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FT-IR）等仪器对原污泥及污泥活性炭的表面组成和结构进行表征,探讨污泥活性炭的孔隙结构参数和表面化学性能。通过静态吸附实验,考察了溶液初始pH,接触时间,初始Cr（Ⅵ）浓度对污泥活性炭吸附Cr（Ⅵ）效果的影响,并探讨了污泥活性炭去除Cr（Ⅵ）的机理。实验结果表明,pH越低吸附效果越好,吸附平衡时间为100 h。不同温度下吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型,30℃时最大吸附容量为27.55 mg/g;吸附动力学过程符合准二级速率方程（R2>0.99）;污泥活性炭对Cr（Ⅵ）的去除是一个吸附-还原耦合的过程。     

污泥活性炭的表征及其对Cr（Ⅵ）的吸附特性

以城市污水处理厂污泥为原料,采用磷酸活化一微波热解法制备得到污泥活性炭,并将其用于吸附水溶液中的Cr（Ⅵ）。分别采用元素分析仪（VarioELcube）、比表面积孔径分布测定仪（ASAP2020）、扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FT—IR）等仪器对原污泥及污泥活性炭的表面组成和结构进行表征,探讨污泥活性炭的孔隙结构参数和表面化学性能。通过静态吸附实验,考察了溶液初始pH,接触时间,初始Cr（Ⅵ）浓度对污泥活性炭吸附Cr（Ⅵ）效果的影响,并探讨了污泥活性炭去除Cr（Ⅵ）的机理。实验结果表明,pH越低吸附效果越好,吸附平衡时间为100h。不同温度下吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型,30℃时最大吸附容量为27．55mg／g;吸附动力学过程符合准二级速率方程（R2〉0．99）;污泥活性炭对Cr（Ⅵ）的去除是一个吸附-还原耦合的过程。     

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50mg·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。     

碳氮共掺杂污泥基吸附剂去除水中Cr(Ⅵ)

以城市污水厂脱水污泥为原料,通过添加尿素等辅助材料碳化制备污泥基吸附剂。采用比表面积孔隙分布测定仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对吸附剂表面组成及其结构进行表征,对比研究了掺入添加剂前后碳化污泥吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附行为。结果表明,C/N共掺杂碳化污泥吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附性能较直接碳化污泥吸附剂明显提高,2种吸附剂的最佳吸附时间分别为2 h和4 h,p H是影响污泥基吸附剂吸附去除Cr(Ⅵ)的关键因素,其最适p H值均在1.0~2.5范围内。室温下C/N共掺杂污泥吸附剂吸附Cr(Ⅵ)符合Langmuir吸附模型,准二级动力学模型能很好地描述2种碳化污泥基吸附剂的吸附行为。热力学研究表明,C/N共掺杂污泥吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附是一个自发的吸热过程。     

表面改性壳聚糖纳米铁球去除水中Cr(Ⅵ)

通过表氯醇(ECH)、乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)和戊二醛(GLA)对壳聚糖-纳米铁(chitosan nanoscale zerovalent iron,CS-NZVI)进行表面改性,提高了其机械强度。研究在不同的初始pH值、反应温度、NZVI投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度条件下,改性前与后的CS-NZVI球对去除Cr(Ⅵ)效果和动力学的影响。结果表明:4种CS-NZVI球对Cr(Ⅵ)的去除率和Kobs与NZVI投加量和反应温度成正比,与初始pH值和Cr(Ⅵ)初始浓度成反比。其中GLA-CS-NZVI球对水中Cr(Ⅵ)的去除效果最好。4种CS-NZVI球去除Cr(Ⅵ)的机理为:在前0.5 min内,物理吸附作用将Cr(Ⅵ)吸附在球表面并有部分被还原为Cr(Ⅲ),然后化学还原作用起主导作用。     

椰纤维生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附

为了研究不同裂解温度制备的椰衣生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能差异及其机理,并为制备高效吸附生物炭提供依据,采用Langmuir和Freundlich模型拟合分析了300、500和700℃3个裂解温度下制备的椰衣生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的等温吸附曲线,使用元素分析仪、Boehm滴定法、扫描电子显微镜等研究了不同温度制备的生物炭的组成与理化性质。结果表明,Langmuir模型和Freundlich模型都能较好地拟合生物炭对这些重金属的吸附,提高生物炭的制备温度可增加其对Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的最大吸附量,同时降低其对As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量;制炭温度升高引起的生物炭C含量、灰分含量、p H、CEC的升高和生物炭表面积增大是导致其对Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的最大吸附量增大的主要原因。而随着制炭温度的上升,O、H元素含量下降引起的碱性官能团的增加,和羟基和酚羟基官能团的减少是生物炭对As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)吸附量下降的主要因素。     

柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

采用柚皮粉吸附去除水中Cr(Ⅵ)。考察了pH、吸附时间、柚皮粉用量和Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对吸附效果的影响,测定了吸附等温线,对等温吸附规律及吸附机理进行了探讨。结果表明,pH、吸附时间、柚皮粉用量、Cr(Ⅵ)初始浓度、温度等因素对柚皮粉吸附水中Cr(Ⅵ)有显著影响。适宜的吸附条件为:pH 1.5,吸附时间6 h,柚皮粉用量0.5 g/100 mL,Cr(Ⅵ)初始浓度不大于10 mg/L,温度25℃。在该条件下,Cr(Ⅵ)的去除率可达98%以上。柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的等温吸附规律可用Freundlich、Langmuir和Temkin模式较好地描述,吸附呈单分层形式,吸附性能良好,吸附易于进行。柚皮细胞成分中的活性基团与Cr(Ⅵ)发生表面络合作用是吸附的主要机理。     

一种污泥基陶粒的表面改性及其在含Cr(Ⅵ)废水生物净化中的应用

为提高污泥基多孔悬浮陶粒的表面特性,增加陶粒的生物载体性能,以FeCl_3和Fe_3O_4对陶粒表面进行磁/正电改性,筛选最佳改性条件,分析改性陶粒表面特性,研究生物负载陶粒的除Cr(Ⅵ)能力。结果表明,在FeCl_3浓度1.0 mol·L~(-1),磁粉添加量10%(占FeCl_3质量分数),活化温度为600℃,活化时间为3 h条件下,改性效果最佳。通过XRD表征分析,其结果表明,改性陶粒表面附着一层多孔结构的铁氧层,主要晶相为α-Fe_2O_3和Fe_3O_4。改性陶粒作为生物载体,在pH为4.0,Cr(Ⅵ)浓度为50 mg·L~(-1)的模拟废水中处理8 d,其去除效果可达97.9%,为未改性陶粒的1.9倍。研究结果对推动含Cr(Ⅵ)废水生物处理具有指导意义。     

磁性海泡石吸附Cr(VI)特性及动力学

采用化学共沉淀法合成磁性海泡石,通过静态吸附实验研究磁性海泡石对Cr(Ⅵ)的吸附特性及其动力学。结果表明,磁性海泡石对Cr(Ⅵ)的吸附在90 min内即可达到平衡;体系的初始pH是影响磁性海泡石吸附Cr(Ⅵ)性能的重要因素;当废水中Cr(Ⅵ)的初始浓度为50 mg/L时,磁性海泡石的适宜投加量为10 g/L;随反应温度的升高,磁性海泡石对Cr(Ⅵ)的吸附量增加;温度为25、35和45℃时,磁性海泡石对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量分别为3.32、3.72、4.08 mg/g;吸附动力学曲线可以用拟二级反应动力学模型拟合;内扩散和液膜扩散联合控制Cr(Ⅵ)在磁性海泡石上的吸附过程,其中内扩散的控速作用大于液膜扩散。     

生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁对水中六价铬的去除

利用液相还原法,通过先负载再包裹的方式制备了4种不同炭铁质量比的生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁(BC-nZVI-CMC)材料,并将其用于对水中Cr(Ⅵ)的去除,使用扫描电镜、X射线衍射和傅里叶红外等技术对BC-nZVI-CMC的结构与性质进行了表征。结果表明:BC-nZVI-CMC具有较好的分散性,粒径为纳米级且被CMC完全包覆,抗氧化能力得到较大提升,可有效去除水中Cr(Ⅵ);投加1 g·L~(-1)的BC-nZVI-CMC对含有30 mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ)去除率达99.83%;pH越小,越有利于BC-nZVI-CMC对水中Cr(Ⅵ)的去除,最高去除率可达100%;BC-nZVI-CMC的抗氧化能力明显高于商品纳米铁和生物炭负载纳米铁;含有8 g·L~(-1) C/Fe=1∶1的BCnZVI-CMC对电镀废水中Ni、Zn、Cu、总铬、Cr(Ⅵ)的去除率可达39.60%、91.70%、100%、91.69%、100%。上述研究结果对水中Cr(Ⅵ)去除新技术的开发有重要的参考价值。     

改性天然磷灰石去除废水中Cr(Ⅵ)

用改性天然磷灰石处理低浓度含Cr(Ⅵ)废水,考察反应时间、改性天然磷灰石用量、反应温度和初始pH对Cr(Ⅵ)去除的影响,研究了Cr(Ⅵ)去除的动力学及热力学,分析了反应机理。结果表明:(1)在改性天然磷灰石用量为10g/L、Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10.000mg/L、初始pH为2.0、反应温度为283.15K、反应时间为90min的条件下,Cr(Ⅵ)去除率为99.38%,Cr(Ⅵ)残余质量浓度为0.062mg/L,低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类标准限值(0.1mg/L)。(2)改性天然磷灰石去除Cr(Ⅵ)的反应符合一级反应动力学模型,是放热反应,反应温度低于410.83K时反应能自发进行。作用机理主要是以络阴离子形式存在的Cr(Ⅵ)自发吸附在磷灰石溶解形成的带正电荷表面,然后与溶解的Ca2+反应,形成铬酸钙沉积在固体表面,实现相转移。     

腐殖酸修饰凹凸棒对U(Ⅵ)的吸附性能及机理

采用腐殖酸(HA)修饰凹凸棒(ATP)制备得到腐殖酸/凹凸棒(HA/ATP),用于去除废水中的U(Ⅵ).通过静态吸附实验,研究了溶液初始pH、投加量、吸附时间和初始浓度对吸附的影响,并用扫描电镜(SEM),X射线能谱图(EDS),傅里叶红外光谱仪(FITR)分析吸附机理.实验结果表明,去除率随时间的增大而增大,在120 min内可以达到平衡;吸附剂投加量越大,溶液pH =6左右时越有利于U(Ⅵ)的去除;HA/ATP能多次重复使用,且经过5次吸附解吸后对U(Ⅵ)的去除率仍能达到96％.吸附过程均符合Langmuir和Frendlich等温方程.较之准一级动力学,准二级动力学模型能更好地拟合实验数据.SEM-EDS、FITR分析结果表明,U(Ⅵ)被成功地吸附到了HA/ATP的表面,吸附机理为络合作用.     

非活性原始铜藻对水中Cr(Ⅵ)的生物吸附

以非活性原始铜藻(Sargassum horneri)(以下简称铜藻)为生物吸附剂处理含Cr(Ⅵ)废水,考察了溶液pH、铜藻投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应时间及温度对Cr(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当pH在1~9时,pH越低时铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附效果越好;降低铜藻投加量或增加Cr(Ⅵ)初始浓度均能提高铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附容量,但会降低溶液中Cr(Ⅵ)的去除率。铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附过程更遵循准二级动力学模型,且颗粒内扩散并不是该吸附过程的唯一速率控制步骤。Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附,20、30、40、50℃下铜藻对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为19.14、18.79、20.96、23.62mg/g。热力学分析显示,铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附为吸热反应,可自发进行,升温可促进铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附。此外,铜藻对Cr(Ⅵ)的吸附过程中物理吸附和化学吸附并存。