3种海洋硅藻藻粉吸附水中镉离子特性研究

利用3种海洋硅藻(角毛藻、菱形藻、海链藻)干粉对水中重金属镉离子进行吸附.实验结果表明,3种海洋硅藻对Cd~(2+)的吸附容量在一定范围内均与吸附时间、Cd~(2+)初始浓度和温度3个变量分别呈正相关关系.3种硅藻干粉对Cd~(2+)的吸附均很好地符合Pseudo二级动力学模型;吸附等温数据均更符合Langmuir等温吸附;在不考虑温度对吸附焓和吸附熵影响的前提下,计算得到的3种海洋硅藻的ΔG值均小于0.以上结果表明,3种海洋硅藻对Cd~(2+)的吸附过程是一个自发进行、有化学吸附参与的以单分子层吸附为主的吸附过程.角毛藻、菱形藻和海链藻最大实验吸附容量分别为275.25、303.75和224.36 mg·g~(-1),大大高于已报道各类生物吸附剂.以吸附容量最大的菱形藻干粉为吸附剂,考察实际水体中可能存在物质对其吸附性能的影响.结果表明,菱形藻对Cd~(2+)的吸附容量随着溶液中盐(Na Cl、Ca(NO_3)_2、Mg(NO_3)_2)浓度和浊度的增加而下降,而随着腐植酸浓度的增加不断升高.最后,利用HCl对吸附Cd~(2+)后的菱形藻进行解吸附再生实验,结果表明HCl可有效解吸菱形藻上的Cd~(2+),实现Cd~(2+)的脱附回收.     

碱法提取的混合海洋硅藻粗多糖对铅离子的吸附特性研究

采用浓碱法(40 mg·mL~(-1)NaOH)辅助冻融、加热方法提取混合海洋硅藻粗多糖,通过比较粗多糖得率、总糖、蛋白质及硫酸基含量筛选提取方法,并利用最佳方法提取的粗多糖作为生物吸附剂对Pb~(2+)进行吸附.提取实验结果表明,最优的提取方法为浓碱(40 mg·mL~(-1)NaOH)-冻融法,其粗多糖得率为33.14%,总糖含量为31.65%(480 nm)和27.27%(490 nm),蛋白质含量为6.44%、硫酸基含量为3.23%.吸附结果表明,该粗多糖对Pb~(2+)的吸附在2 h左右达到平衡,在180 r·min-1、25℃、pH=4~6时吸附效果最佳;在初始浓度为600 mg·L-1混合重金属溶液条件下,粗多糖对Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)和Ni~(2+)的吸附容量大小顺序为:Ni~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+)(以物质的量浓度为单位进行评价);粗多糖中含有的小分子糖类杂质对Pb~(2+)吸附的贡献远远大于蛋白质杂质.吸附动力学拟合结果表明,此硅藻粗多糖对Pb~(2+)的吸附过程更符合伪二级动力学模型,且Langmuir方程拟合的可决系数R2大于0.9,说明粗多糖对Pb~(2+)的吸附为单层吸附.     

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.     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

石墨烯凝胶电极的制备及电吸附Pb2+的性能

电吸附去除水中重金属离子具有吸附容量高和电极可再生的优点.本文采用高温水热法还原氧化石墨烯(GO)得到石墨烯水凝胶(GS)并经压片制得GS电极.本文对GS电极的电化学性能进行了测试,考察了GS电极电吸附Pb~(2+)的动力学和热力学特性,以及电极的脱附和循环使用情况.结果表明,GS电极的电化学性能优异,其单位质量比电容高达200.4 F·g~(-1)(1 A·g~(-1));提高电压有利于GS电极电吸附Pb~(2+),电压为-1.2 V时,GS电极对Pb~(2+)的去除率达96.4%;GS电极电吸附Pb~(2+)的饱和吸附量达461.20 mg·g~(-1),是不加电时饱和吸附量的2倍;施加反向电压可以实现Pb~(2+)的脱附和电极再生,电吸附-脱附15次后,电极对Pb~(2+)的去除率保持在95%以上.     

介孔铁锰双金属氧化物对Pb2+的吸附及其机理研究

采用高温热解金属草酸盐的方法制备了介孔铁锰双金属氧化物(MFMBO),通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(HRTEM)和比表面测定仪等表征,证实合成的材料为类蠕虫状的介孔结构,比表面积为218.68 m~2·g~(-1).MFMBO对Pb~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程,吸附等温曲线符合Langmuir模型,热力学参数表明对Pb~(2+)的吸附过程是非自发和吸热的.实验条件下最大吸附量为250mg·g~(-1),吸附性能优于大多无机吸附剂.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析结果表明MFMBO对Pb~(2+)的吸附机理主要为Pb~(2+)对MFMBO表面羟基中H~+的替换,从而形成内层表面络合物.     

胡敏素对Pb~(2+)吸附的响应面优化及机理

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Pb~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH值、温度和Pb~(2+)初始浓度5个影响因素,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定了最优吸附条件,对吸附过程的等温模型、热力学特性及吸附机理进行了研究.研究表明吸附剂用量、pH值、温度和Pb~(2+)初始浓度为显著因素.胡敏素对Pb~(2+)吸附的最优条件为:吸附时间85min、投加量1.2g/L、pH=4.7、温度44.5℃、Pb~(2+)初始浓度202mg/L.最优条件下,实测Pb~(2+)吸附率可达92.59%.胡敏素对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir等温线方程,最大吸附量为170.28mg/g;计算得知胡敏素吸附Pb~(2+)的热力学状态函数ΔG~0、ΔS~0和ΔH~0分别为-29.30~-24.21k J/mol、126.70J/(mol·K)和13.59k J/mol,吸附过程为吸热过程.胡敏素表面的羰基、羟基、氨基和羧基等活性基团可以和Pb~(2+)发生配位络合作用,Ca、Na和Mg等离子与Pb~(2+)发生离子交换作用.研究结果表明,胡敏素作为一种极具潜力的绿色廉价吸附剂,可用于处理含Pb~(2+)废水.     

磁性高分子复合水凝胶的制备及其对水中铜离子的吸附性能

以海藻酸钠和聚乙烯醇为骨架负载磁性纳米Fe_3O_4颗粒合成了两种磁性高分子复合水凝胶材料:一种是以Ca~(2+)交联制备的磁性海藻酸钙单网络水凝胶(SAPFe),另一种是以海藻酸钙和聚乙烯醇经循环冷冻解冻制成的磁性双网络水凝胶(DAPFe).利用SEM、FTIR、BET对合成的材料进行表征,并研究了SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附性能.结果表明,DAPFe比表面积达89.01 m~2·g~(-1),平均孔径为2.2 nm,DAPFe比SAPFe具有更低的含水率、更高的交联程度、更发达的孔隙结构和更高的比表面积.DAPFe对Cu~(2+)的最大吸附量可达207.01 mg·g~(-1),远大于SAPFe(173.01 mg·g~(-1)).SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型.通过分析SAPFe和DAPFe吸附Cu~(2+)前后官能团的变化,发现磁性高分子复合水凝胶具有丰富的羧基和羟基功能性官能团,并通过与Cu~(2+)产生螯合作用实现去除.     

2,6-二氨基蒽醌/石墨烯复合电极强化电吸附Pb2+

电吸附高效去除水中重金属离子的关键在于开发性能优异的电极材料.采用2,6-二氨基蒽醌(DA)修饰还原氧化石墨烯(r GO),通过溶剂热法成功制备了DA@rGO复合电极,考察了复合电极的电化学性质及电吸附Pb~(2+)性能.循环伏安测试表明,复合电极电化学性质优异,比电容在电流密度为1 A·g-1时达到304. 4 F·g-1,DA修饰显著提高了复合电极的赝电容.电吸附Pb~(2+)测试表明,施加电压为-1. 2 V时电吸附效果最优,反应60 min后Pb~(2+)去除率达94. 8%.电吸附过程符合一级动力学方程,Langmuir模型拟合得到Pb~(2+)的饱和吸附量为356. 66 mg·g-1,明显高于r GO电极(319. 40 mg·g-1),DA修饰引起的电容增加是复合电极Pb~(2+)吸附量提高的重要原因.使用0. 5 mol·L-1硝酸处理可使电极吸附的Pb~(2+)在5 min内脱附完全,实现吸附剂再生.经过10次电极吸附-脱附循环后,DA@rGO复合电极对Pb~(2+)的吸附去除率保持在88%左右,电极循环性能稳定.     

活性与非活性克雷伯氏菌对水中Pb2+的吸附性能

针对从云南某矿山废水中分离出的1株克雷伯氏菌(Klebsiella sp.),研究其活性菌体(AK)和非活性菌体(IK)对水溶液中Pb~(2+)的吸附性能。研究了pH、吸附剂用量、反应时间和初始Pb~(2+)浓度、背景阴离子和共存阳离子对AK和IK吸附Pb~(2+)的影响,采用Zeta电位和FTIR分析进一步阐述2种吸附剂吸附Pb~(2+)的差异。在不同的实验条件下,AK对Pb~(2+)的吸附量均高于IK。AK和IK的吸附动力学均符合伪二级动力学模型,吸附等温线都能更好地使用Langmuir模型拟合。背景阴离子NO32-、Cl-和SO42-对AK和IK去除Pb~(2+)影响不大。Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+)3种重金属离子共存时,AK和IK对Pb~(2+)的吸附具有选择性。Zeta电位和FTIR分析表明,AK比IK具有更强的结合Pb~(2+)的能力,参与反应的基团主要是羟基、氨基和羧基。     

镁改性硅藻土回收废水氮磷产物对水中Pb2+和Zn2+的去除

通过使用镁改性硅藻土回收废水中的氮磷营养素,优化制备了一种复合材料（D-MAP）,并将其用于废水中重金属Pb²⁺和Zn²⁺的去除.研究探讨了材料投加量、反应时间、反应温度和溶液初始pH等因素对Pb²⁺和Zn²⁺在D-MAP上吸附的影响.D-MAP吸附去除Pb²⁺和Zn²⁺的最优条件为：D-MAP投加量分别为0.25 g·L^-1和0.30 g·L^-1,Pb²⁺和Zn²⁺初始浓度分别为300 mg·L^-1和60 mg·L^-1,溶液初始pH为5.0.在此条件下,其对Pb²⁺和Zn²⁺去除率分别可达78.67%和89.66%.动力学和热力学的结果表明,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的吸附更符合准二级动力学模型;其吸附等温线可用Langmuir模型描述,吸附是自发吸热的过程.Langmuir等温拟合结果指出,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的最大吸附容量分别为901.0 mg·g^-1和206.2 mg·g^-1.使用SEM/EDS、XRD和FT-IR等手段对吸附Pb²⁺和Zn²⁺前后的吸附剂进行表征,结果表明,D-MAP是一种鸟粪石-硅藻土复合材料,可通过与Pb²⁺和Zn²⁺生成Pb₁₀（PO₄）₆（OH）₂和Zn₃（PO₄）₂·2H₂ O去除废水中Pb²⁺和Zn²⁺.D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的去除效果随着pH的增加而增加,且最终产物形态随pH不同产生变化.     

钢渣-蒙脱石复合吸附剂对水中Cd~(2+)的吸附去除

研究了钢渣-蒙脱石复合吸附剂对废水中Cd2+的吸附性能,并探讨了影响吸附的因素和吸附机理.结果表明,钢渣蒙脱石质量比为1∶1的复合吸附剂对Cd2+的吸附效果优于钢渣及蒙脱石对Cd2+的单一吸附.当温度为25℃,废水pH=6~7时,1.2 g钢渣-蒙脱石复合吸附剂对100 mL Cd2+溶液(100 mg·L-1)吸附60 min后,Cd2+的去除率可达到96.99%.钢渣-蒙脱石复合吸附剂对镉离子的吸附反应符合二级动力学方程,可决系数为0.9991;符合Langmuir方程,可决系数为0.9725.对Cd2+的理论饱和吸附量为12.45 mg·g-1.溶液中Pb2+、Cu2+的存在会降低复合吸附剂对Cd2+的吸附量,且Cd2+受Cu2+的影响较大.吸附饱和的钢渣-蒙脱石颗粒材料用1 mol·L-1的氯化钠溶液再生效果好.     

高分子改性黄原胶/羟基磷灰石复合水凝胶的制备及其吸附金属离子性能

以黄原胶为接枝骨架,丙烯酸为单体,羟基磷灰石为无机组分,通过氧化还原聚合反应,制备了高分子改性黄原胶/羟基磷灰石复合水凝胶(XG-g-PAA/HAP).红外光谱和扫描电镜表征发现,在低温条件下(50℃)成功制备了XG-g-PAA/HAP.将XG-g-PAA/HAP用作水体重金属离子吸附剂,结果表明:当pH1时,XG-g-PAA/HAP吸附容量较小,随着pH增大,吸附容量快速增大,当pH4时,吸附容量达到平衡;90%以上的金属离子在30 min内可被清除.当[Cu~(2+)]=300 mg·L~(-1)和[Pb~(2+)]=600 mg·L~(-1)时,XG-g-PAA/HAP吸附容量达到最大值.重复吸附-脱吸附5次后,吸附容量仍可保持初始的80%,所制备的XG-g-PAA/HAP有望成为一种有效的水体重金属离子吸附剂.     

3种吸附剂对污水磷污染去除性能与机制比较

为探索高效利用膨润土、红壤和炉渣去除农业污水磷污染的可行性,对比分析了3种吸附剂对人工合成含磷污水的吸附去除特性,结合SEM、XDS和BET等测试结果以及等温吸附、吸附动力学及Ca2+释放量探讨了3种材料对磷的吸附机制.结果表明,炉渣对磷的吸附能力高于膨润土和红壤,吸附过程均适合Langmuir等温吸附方程(R2 0. 96),对磷的理论饱和吸附量为:炉渣(16. 87 mg·g~(-1))红壤(1. 21 mg·g~(-1))膨润土(0. 92 mg·g~(-1)).炉渣对磷的吸附动力学特征符合Elovich方程(R2=0. 966),而膨润土和红壤对磷的吸附特征则更适合准二级动力学方程(R2为0. 982和0. 959).炉渣的Ca2+释放量(10. 46 mg·g~(-1))显著大于膨润土(0. 31 mg·g~(-1))和红壤(0. 03 mg·g~(-1))(P 0. 05).红壤对磷的吸附量随着p H的升高而降低;膨润土在初始p H为7. 0时,吸附量最低;但初始p H值对炉渣去除磷的影响不大.相比红壤和炉渣,膨润土解吸较快,易于进行重复利用.综上所述,吸附材料的磷吸附能力主要与其结构、化学组成、Ca2+释放能力及溶液初始p H值等有关,炉渣较膨润土和红壤对磷酸盐有着更强的去除能力,适合处理农村污水磷污染.     

丁基黄药对选矿区土壤吸附铅镉的影响

选矿废水排放和尾矿库溢流等会将大量残留的选矿药剂带入选矿区周边土壤和水环境.采用批处理实验,研究了不同pH、初始丁基黄药（PBX）、Pb²⁺和Cd²⁺浓度下,PBX对某铅锌选矿区土壤吸附Pb²⁺和Cd²⁺的影响;并通过BCR连续提取,研究了不同浓度PBX处理后土壤中铅镉形态变化.结果表明,PBX明显抑制了土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附.PBX浓度为40mg·L^-1时,土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附量分别由未经PBX处理时的3540 mg·kg^-1和387mg·kg^-1降至3085 mg·kg^-1和100mg·kg^-1.无论是否添加PBX,土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学过程可用准二级动力学模型拟合,表明Pb²⁺和Cd²⁺在土壤上的吸附是以化学吸附为主.PBX与Pb²⁺、Cd²⁺形成疏水性难溶络合物以及在土壤表面存在竞争吸附是降低土壤Pb²⁺和Cd²⁺吸附量的主要原因,表明PBX能增加Pb²⁺和Cd²⁺在土壤中的迁移性.PBX对土壤Pb²⁺和Cd²⁺吸附的抑制作用随初始Pb²⁺和Cd²⁺浓度的增大而减弱,随初始PBX浓度及溶液pH值的增大而加强,Freundlich方程能较好描述其等温吸附特征.低含量PBX （100mg·kg^-1）下土壤中可交换态和可还原态镉含量有所增加,可导致土壤中镉的活化;但PBX可降低土壤中可交换态和可还原态铅含量,且随PBX含量升高,铅活性降低效果越显著,这与Pb （C₄H₉OCS₂）₂的络合能力比Cd （C₄H₉OCS₂）₂强有关.研究结果表明应加强选矿废水中残留药剂对土壤中铅镉等重金属潜在生态风险的防控.     

功能化凹凸棒吸附材料的制备及其对重金属废水中Pb2+的吸附行为

重金属离子废水会对人体健康和环境造成严重威胁,吸附法是去除重金属废水中重金属离子的重要方法.对凹凸棒土(ATP)接枝磁性Fe₃O₄纳米粒子,再使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行改性,制备了具有良好吸附性能的凹凸棒复合纳米材料吸附剂(ATP-Fe₃O₄-APTES),并将其用于重金属离子废水的处理.利用FT-IR、 XRD、 SEM及TEM、 BET吸脱附法、 Zeta电位和VSM分析等方法对材料的结构和表面性质进行了分析表征.研究了所制备材料对重金属离子Pb²⁺的吸附行为,考察了溶液pH、吸附时间、吸附温度和Pb²⁺初始浓度等因素对材料吸附性能的影响作用,探讨了吸附过程的吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学行为.结果表明,材料对Pb²⁺的最大吸附容量为129.32 mg·g^-1.吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式,表明材料对Pb²⁺的吸附是单分子层化学吸附;吸...     

聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭固定化菌球处理二氯甲烷的研究

本研究以聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭为复合载体、自行筛选的高效降解菌Methylobacterium rhodesianum H13为目标菌制备固定化小球,用于去除二氯甲烷,同时优化了固定化小球的制备条件.结果表明,当聚乙烯醇浓度为8%,海藻酸钠浓度为5%,CaCl₂浓度为2%,活性炭浓度为1%,包菌量为0.6 g,钙化时间为8 h时,复合固定化细胞对DCM的降解速率达到最高为18.2 mg·L^-1·h^-1,同时活性炭的添加对小球的机械强度也有显著提升.与游离细胞相比,固定化细胞具有更好的热稳定性与pH稳定性,并且固定化细胞的重复利用性较好,连续处理9批底物后,DCM降解速率仍保持在13.4 mg·L^-1·h^-1以上.吸附动力学与等温线拟合结果显示,在固定化载体中加入1%活性炭后,小球对DCM的吸附量明显提高,而且吸附能在更短的时间内达到平衡.吸附动力学符合准二级反应动力学方程,复合载体对DCM的吸附遵循Langmuir吸附模型（R²>0.99）.