光还原法制备Ag/TiO_2催化剂及光催化性能

采用光还原法制备了Ag/TiO_2催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对催化剂自身结构、形貌和孔结构等性质进行表征,并研究其对亚甲基蓝的光催化性能。结果表明,Ag的沉积能够大幅提高催化剂的光响应度,大大提高光催化活性。当Ag的摩尔分数为3%时,在可见光照射90 min后,催化剂对亚甲基蓝的脱色率达到78.52%。     

铁碳微电解填料制备及其对亚甲基蓝的降解

针对传统铁碳微电解工艺中填料易板结的问题,在较低的烧结温度800℃条件下,将铁、活性炭、粘结剂和催化剂按一定配料比混合烧结4 h制备了一种铁碳微电解填料。将印染废水中的染料成分亚甲基蓝作为目标污染物,探究溶液pH、铁碳材料添加量和亚甲基蓝起始浓度等反应条件对亚甲基蓝降解效率的影响。在pH=3,铁碳投加量30 g·L~(-1),亚甲基蓝浓度10 mg·L~(-1)的条件下,亚甲基蓝的去除率达到55%左右;相同条件下对于微电解填料的循环使用实验中亚甲基蓝的去除率能维持在50%以上,证明了该微电解填料具有连续运行的能力。另外,通过微电解与芬顿反应联用的初步实验发现联用效果对于亚甲基蓝的降解率能大幅度提升至90%以上,证明微电解与芬顿反应联用具有较大的应用潜力。     

基于过碳酸钠的类Fenton体系对亚甲基蓝的降解动力学

采用改良低温结晶法制备过碳酸钠(sodium percarbonate,SPC),对其进行XRD表征,并用以作为氧化剂构建类Fenton体系(SPC/Fe~(2+))降解亚甲基蓝(MB),对其降解的影响因素及反应动力学进行了研究。结果表明,在该体系中,当溶液初始pH分别为2~10时,亚甲基蓝的去除率在1 min时均可达到97%以上,说明该体系可高效去除水体中的亚甲基蓝,反应速率快,且过碳酸钠的使用可以拓宽Fenton反应的pH范围。该反应的最佳工艺条件为0.75 g·L~(-1)硫酸亚铁,300 mg·L~(-1)过碳酸钠,亚甲基蓝去除率在反应10 min后可达99.0%。亚甲基蓝在该体系中的降解遵循二级反应动力学方程,反应速率常数分别为64.50×10~(-3)L·(mol·s)~(-1),快于Fenton体系的17.83×10~(-3)L·(mol·s)~(-1)。该体系反应活化能为16.6 kJ·mol~(-1),远小于Fenton体系(46.234 kJ·mol~(-1)),说明以过碳酸钠为氧化剂更有利于非均相类Fenton反应的发生。     

Fe_3O_4/纤维素纳米复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用化学沉淀法与液相复合方法联合制备磁性无机-有机Fe_3O_4/纤维素复合材料。采用扫描电镜及红外光谱对其进行结构表征,以亚甲基蓝溶液为模拟废水,考察了接触时间、溶液初始pH及反应温度等因素对其吸附性能的影响,分别用准一级动力学和准二级动力学方程对数据进行拟合。结果表明,温度为22℃,溶液初始pH为7.55,Fe_3O_4/纤维素纳米复合材料加量为0.67 g·L~(-1),接触时间2 h,30 mg·L~(-1)亚甲基蓝脱色率达99.20%,准二级动力学模型能更好地描述Fe_3O_4/纤维素复合材料对亚甲基蓝的吸附行为。同时,Fe_3O_4/纤维素纳米复合材料具有较强的磁性,可通过简单的磁铁吸引作用进行分离。     

ATP@Fe_3O_4复合材料催化过硫酸盐降解四环素

通过共沉淀法将四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米粒子负载于凹凸棒土(ATP)制备出兼具吸附与催化性能的非均相类芬顿催化剂ATP@Fe_3O_4。采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)、VSM(振动磁强计)等对材料的结构进行了表征分析,并研究了其对催化过硫酸盐(PS)降解四环素(TC)的效果。结果表明,ATP@Fe_3O_4复合材料是活化过硫酸盐(PS)生成硫酸根自由基(SO_4~-)强有力的催化剂,可大幅提高PS对水溶液中四环素的降解能力。当PS浓度为10 mmol·L~(-1)、ATP@Fe_3O_4投加量为1.5 g·L~(-1),其对pH=3.9的80 mg·L~(-1)四环素溶液的降解率在90 min可达98.75%。负载于ATP表面的Fe_3O_4粒子和部分溶解于水中的Fe~(2+)共同催化PS生成SO_4~-,将TC氧化为CO_2、H_2O和中间体,是ATP@Fe_3O_4/PS体系去除四环素的主要机理。以上研究结果可为催化材料的应用提供参考。     

磁性花生壳基活性炭对亚甲基蓝的吸附特性

以花生壳为原料,在K2CO3和Fe3O4共活化条件下制备了磁性花生壳基活性炭(MPSAC)。通过扫描电子显微镜、氮气吸附脱附等温线、X射线衍射和振动样品磁强计等手段表征了材料的结构和性质,测定了其对亚甲基蓝的吸附特性,考察了初始pH、吸附时间、MPSAC投加量、亚甲基蓝初始浓度和温度对吸附的影响。结果表明:(1)初始pH对亚甲基蓝的吸附影响较小;吸附时间对亚甲基蓝的吸附效率有明显的影响,在120min时吸附达到平衡,吸附过程符合准二级动力学方程。(2)吸附平衡数据更好地符合Langmuir方程,在25、35、45℃下,MPSAC的理论饱和吸附量分别为617.28、617.28、666.67mg/g。(3)热力学参数吉布斯自由能变0J/mol、焓变0J/mol、熵变0J/(mol·K),说明MPSAC对亚甲基蓝的吸附属于熵变增加的自发吸热反应过程。     

虾壳粉对水溶液中阴、阳离子型染料的吸附

采用废弃虾壳制备吸附剂处理含刚果红或亚甲基蓝的溶液。考察了温度、吸附时间、初始浓度、吸附剂投加量和初始溶液pH对吸附效果的影响并构建了去除率预测模型,并对吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学进行系统研究。结果表明:虾壳粉对刚果红和亚甲基蓝的吸附分别在24 h和4 h时达到平衡,平衡吸附量随吸附时间、初始浓度及吸附剂投加量的增加而增大;刚果红平衡吸附量随pH升高而增大,亚甲基蓝平衡吸附量几乎不随pH变化。在15℃下,吸附剂投加量为1 g·L~(-1),刚果红吸附的最优条件为接触时间24 h、pH=4,在该条件下,虾壳粉对刚果红的饱和吸附量为276.64 mg·g~(-1);亚甲基蓝吸附的最优条件为接触时间4 h、pH=12,在该条件下,虾壳粉对刚果红的饱和吸附量为1.44 mg·g~(-1);虾壳粉对2种染料的吸附过程以物理吸附为主,符合准二级动力学方程。虾壳粉对阴离子型染料的吸附效果较优,对阳离子型染料有一定吸附性能,是一种经济高效的染料废水吸附材料。     

ZnO在光催化降解亚甲基蓝染料领域中应用研究

以Zn(CH3COO)2·2H2O为起始原料,采用非水解溶胶—凝胶法合成ZnO光催化剂,并对其进行了表征。以亚甲基蓝为光催化反应的模型化合物,考察了ZnO光催化剂的紫外光催化活性,探索了清除剂(异丙醇、草酸铵、对苯醌、H2O2酶)对ZnO紫外光催化活性的影响。结果表明,此方法制备的ZnO具有良好的光催化性能,光照1h,ZnO光催化降解亚甲基蓝的脱色率达到84.1%;而同样条件下,TiO2光催化降解亚甲基蓝的脱色率为73.8%。     

LiFePO4非均相Fenton法处理亚甲基蓝染料的研究

采用水热法制备出LiFePO4催化剂,通过电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅立叶红外光谱(FTIR)对其进行表征,并将其作为非均相Fenton催化剂处理亚甲基蓝(MB)染料溶液。实验结果表明,在催化剂用量为4 g/L,H2O2浓度为0.04 mol/L,pH值为3,温度为50℃,反应时间为60 min的条件下,浓度为500 mg/L的亚甲基蓝脱色率达99%。根据实验结果,讨论了LiFePO4作为非均相Fenton催化剂对亚甲基蓝的降解机理。     

纳米钒酸铋/偕胺肟纤维的制备及光催化性能

以Bi(NO3)3和NH4VO3作为原料,偕胺肟纤维作为配体,采用液相法合成钒酸铋/偕胺肟纤维(Bi VO4/AOCF),通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等手段对样品进行了表征分析,结果显示,颗粒状的Bi VO4均匀分布在纤维表面,并以配位键的形式与纤维结合。以罗丹明B为模拟污染物来考察Bi VO4/AOCF的光催化活性,实验结果表明,Bi VO4/AOCF有着很好的光催化活性,并且在酸性条件下的催化活性更好。催化剂对活性黄、亚甲基蓝和甲基橙也表现出很好的光催化活性,且可以重复使用多次,光催化反应过程符合一级反应动力学。     

HKUST-1晶格空位的构建及对偶氮染料吸附的影响

采用1,3-苯二甲酸与1,3,5-苯三甲酸不同摩尔比例的混合配体策略,制备了4类具有晶格空位的Cu基金属有机框架化合物HKUST-1,并研究了其对刚果红和亚甲基蓝的吸附性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、BET比表面积测定仪、热重分析仪(TGA)进行表征,证实了HKUST-1晶格空位的框架结构与稳定性,晶格空位HKUST-1的BET表面积和总孔容(1 220 m~2·g~(-1)和0.62 cm3·g~(-1))均大于初始HKUST-1(698 m~2·g~(-1)和0.40 cm~3·g~(-1))。吸附实验表明,由于尺寸排阻效应,晶格空位HKUST-1的构建增加了与刚果红的结合能力,且与亚甲基蓝相比,晶格空位HKUST-1对刚果红具有更高的吸附选择性。随着有机配体1,3-苯二甲酸与1,3,5-苯三甲酸的摩尔比例(0:1,1:1,2:1,3:1)的增加,晶格空位HKUST-1对刚果红的吸附去除效果随之增加,室温、pH 6.0条件下,Langmuir吸附量增加了1.53倍,Langmuir最大吸附量为528.03 mg·g~(-1),吸附过程符合准二级动力学和Langmuir吸附等温线模型。     

改性沸石对二级生化出水中氨氮的吸附特性

采用氯化钠联合高温对天然斜发沸石进行改性,通过批次实验探究改性沸石吸附氨氮特性。结果表明:氯化钠浓度为0.8 mol·L~(-1),焙烧温度为300℃条件下,氨氮去除效果最佳;改性沸石在氨氮初始浓度为8mg·L~(-1),投加量为10 g·L~(-1),反应时间为120 min的条件下,去除率可达71%,相比天然沸石提高23.1%。通过扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)和傅里叶光谱(FT-IR)考察改性前后沸石组成特征以及化学键的变化,可以看出,改性机制可去除孔道杂质及Na~+置换沸石中金属阳离子;氨氮吸附过程满足拟二级动力学方程(R~2=0.986),Langmuir等温线模型拟合结果 (R~2=0.998)优于Freundlich模型(R~2=0.839),且改性沸石最大吸附容量为5.94 mg·L~(-1)。热力学计算结果表明,沸石对氨氮的吸附过程是一个自发、吸热、熵增过程。上述结果表明,改性沸石能够有效地对污水厂二级生化出水中氨氮进行深度处理。     

铁酸盐-还原石墨烯复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

以氯化铁(FeCl_3·6H_2O)、氯化锰(MnCl_2·4H_2O)、氯化锌(ZnCl_2)、氯化钴(CoCl_2·6H_2O)、氯化镍(NiCl_2·6H_2O)和氧化石墨烯(GO)为原料,制备了4种铁酸盐与还原氧化石墨烯(RGO)的复合材料(RGO-MFe_2O_4,M=Mn,Zn,Co或Ni),通过扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、拉曼光谱仪进行了表征,系统研究了4种材料对亚甲基蓝的吸附。结果发现,RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附能力最好,而对吸附起主要作用的是RGO。随着温度升高、染料初始浓度的增加和吸附时间的延长,RGO-NiFe_2O_4吸附量逐渐增大。RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附动力学拟合符合伪二级动力学模型。吸附等温线模型拟合结果表明,Langmuir方程可以很好地描述其对亚甲基蓝的吸附。热力学参数ΔG~0在不同温度下均为负值,ΔH~0为正值,ΔS~0为正值说明吸附过程是自发的吸热反应。     

废弃脱硝催化剂碱浸提取钒和钨的浸出动力学研究

针对不同NaOH浓度和浸出温度进行碱浸提取废弃脱硝催化剂中钒、钨的实验研究。在NaOH浓度为7.5 mol·L~(-1),碱浸温度为100℃的条件下,V_2O_5和WO_3的碱浸效率分别可达到92.94%和97.30%。基于液-固浸出过程中的核收缩模型研究了碱浸过程中钒、钨的浸出动力学,考察了NaOH浓度、碱浸温度对V_2O_5、WO_3浸出反应速率的影响,进而确定浸出过程中的控制步骤。结果显示,在100℃温度下,NaOH浓度在0.5~7.5 mol·L~(-1)范围内,V_2O_5、WO_3的浸出过程为固膜扩散控制过程,其表观反应级数分别为0.305、0.436。在7.5 mol·L~(-1)NaOH浓度下,V_2O_5、WO_3的浸出过程在30~100℃的反应温度范围内均为固膜扩散控制过程,浸出反应的表观活化能分别为17.74和37.88 k J·mol-1。     

硅酸镁/PES复合膜吸附材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用共混法制备了硅酸镁/聚醚砜(PES)复合膜吸附材料,通过傅氏转换红外线光谱分析仪(FT-IR)和扫描式电子显微镜(SEM)等手段对膜的结构进行表征,研究了复合膜的吸附性能、机械性能和热稳定性。考察了时间、溶液平衡浓度和pH等对亚甲基蓝吸附的影响。结果表明,综合机械性能和吸附性能考虑,硅酸镁含量为19%时的复合膜最佳。25℃条件下,对亚甲基蓝的吸附6 h达到平衡,最大吸附量为1.85 mg/cm2;25℃条件下,弱酸或碱性条件时有利于复合膜对亚甲基蓝的吸附。     

Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维的制备及其吸附性能

选用对空气和人居环境具有污染的悬铃木果毛为基质,通过将四氧化三铁磁性纳米粒子在多巴胺改性悬铃木果毛表面的固载,制备得到具有中空结构的Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合吸附材料。用X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、电子扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和震动样品磁强计(VSM)等手段对样品进行了表征和分析,考察了Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明:通过多巴胺对悬铃木果毛的化学改性,有效促进了反尖晶石型结构的四氧化三铁纳米粒子在其表面的固载,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维直径约为25.8μm,其饱和磁化强度为12.51 emu/g,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛对亚甲基蓝的吸附在140 min达到平衡,吸附容量可达12.6 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学。     

不同有机分子修饰对二氧化钛光降解甲基橙的影响

采用改进的溶胶-凝胶法制备了不同有机分子修饰的纳米TiO_2粉体材料。利用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、高分辨率的透射电镜(HRTEM)对有机分子修饰的TiO_2进行分析表征。结果表明,制备的纳米TiO_2粉体粒径均匀,表面修饰效果较好,完全为锐钛矿型。通过甲基橙溶液光降解实验,比较了不同有机分子修饰的TiO_2粉体的光降解性能,实验发现有机分子修饰的纳米TiO_2吸附甲基橙达到平衡所需要的时间远大于P25吸附平衡时间,修饰的有机分子均能提高催化剂的光催化活性,胺类有机分子修饰的TiO_2光降解甲基橙的效能要比酸类有机分子修饰的TiO_2光降解甲基橙的效能好,其次有机分子链长也有一定的影响。     

高PHAs合成性能菌株的筛选及其条件优化

通过尼罗蓝荧光筛选,从活性污泥体系中筛得Ace-6、But-1和But-17。经DNA分子鉴定,Ace-6缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta),But-1约氏不动杆菌(Acinetobacter Johnsonii),But-17蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。采用摇瓶平行发酵实验,确定了各自的最佳碳源和氮源,并通过多因素正交实验对其进行合成条件优化。结果表明,Ace-6菌株合成条件为温度30℃、乙酸钠30 g·L~(-1)、酵母粉0.35 g·L~(-1)、pH 7.0、接种量5%,PHAs的总量可达412.02 mg·L~(-1);But-1菌株的合成条件为温度35℃、乙酸钠20 g·L~(-1)、硫酸铵0.35 g·L~(-1)、pH 7.5、接种量8%,PHAs的合成量可达392.39 mg·L~(-1);But-17菌株合成条件为温度35℃、淀粉20 g·L~(-1)、氯化铵0.35 g·L~(-1)、pH 7.5、接种量5%,PHAs可达304.70 mg·L~(-1)。     

紫外光降解硝酸盐体系中四环素

为了考察紫外光照射下四环素(tetracycline,TC)在硝酸盐(NO_3~-)体系中的降解过程,研究了初始pH、TC初始浓度、NO_3~-浓度、腐殖酸以及磷酸盐等环境因子对TC光降解的影响,利用ESR检测和自由基猝灭实验,量化分析体系中不同氧化途径对TC去除的贡献率。结果表明:TC在NO_3~-体系中的光降解受pH影响显著;腐殖酸和磷酸盐对TC的降解表现出不同程度的抑制作用;TC通过直接光解、HO·、~1O_2和O_2~(·-)氧化4种途径降解,当TC浓度为10.0 mg·L~(-1),NO_3~-浓度为1.0 mmol·L~(-1),pH为7.0时光照150 min后,不同途径的贡献率分别为60.4%、25.6%、8.9%和5.1%。结果有助于了解TC的环境化学行为,为TC治理提供参考。     

KOH活化花生壳生物质炭对亚甲基蓝吸附性能研究

以花生壳生物质炭(P-BC)为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制得活化生物质炭(K-BC),通过考察对亚甲基蓝的吸附性能,研究了花生壳生物质炭的最佳活化条件,并利用N2吸附-脱附实验、SEM等对最佳活化条件下的生物质炭进行表征。结果表明,K-BC活化的最佳条件为碱炭比为1.5∶1,活化温度为800℃,活化时间为90 min,此时K-BC的比表面积达到597.93 m2/g,总孔容达到0.76 cm3/g。并考察了亚甲基蓝初始浓度、pH等对K-BC吸附亚甲基蓝的影响,随着初始浓度的增加,吸附平衡时间显著延长,亚甲基蓝去除率显著降低;当pH=6时,K-BC对亚甲基蓝的吸附量最大;K-BC对亚甲基蓝的吸附动力学曲线符合伪二阶动力学模型,吸附平衡时K-BC对亚甲基蓝的吸附能力为80~149.95 mg/g。