复合煤矸石颗粒材料对Cr(Ⅵ)的吸附特性及机制

文章以煤矸石为原料,采用单因素实验并结合响应面方法,优化改性煤矸石制备条件,通过负载壳聚糖制备新型复合颗粒吸附材料。采用动力学模型、等温吸附平衡曲线和热力学模型拟合原煤矸石、改性煤矸石和复合煤矸石3种材料对Cr(Ⅵ)的吸附特性,并结合XRF、TG-DSC、XRD及SEM分析表征手段探讨了其吸附机制。结果表明,缺氧条件下,煅烧温度698℃、煅烧时间28 min、煤矸石/ZnCl2质量比为20∶13时制得的改性煤矸石对Cr(Ⅵ)的去除率最大;当壳聚糖/改性煤矸石质量比为0.09时,Cr(Ⅵ)的去除率达到97.57%。3种煤矸石材料吸附Cr(Ⅵ)均符合准二级动力学方程。复合煤矸石吸附Cr(Ⅵ)更符合Freundlich模型,吸附量随温度增加而减小,是放热反应。3种材料对Cr(Ⅵ)的最大吸附量依次为改性煤矸石(9.56 mg/g)复合煤矸石(7.38 mg/g)原煤矸石(4.88 mg/g)。复合煤矸石颗粒材料克服了原煤矸石和改性煤矸石处理废水时固液分离困难的缺点,是一种新型环保重金属离子吸附剂。     

利用水华微藻生物质去除水中Cr(Ⅵ)离子的研究

将野生水华微藻生物质作为吸附材料去除水中Cr(Ⅵ)离子。实验发现温度对去除效率没有显著影响,而pH值和Cr(Ⅵ)离子去除率呈严格负相关。在微藻吸附剂浓度为5.0 g/L、温度25℃、pH值5.0和初始Cr(Ⅵ)离子浓度30.0 mg/L条件下,经过2次吸附可以将水中Cr(Ⅵ)离子降低到0.45 mg/L,去除率达到98.5%。进一步分析表明,溶液中Cr(Ⅵ)浓度随着吸附时间逐步下降,Cr(Ⅲ)浓度会随着吸附时间逐步上升,逐渐接近总Cr浓度,这表明吸附过程中微藻生物质会将部分Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。本研究表明,野生水华微藻生物质是一种低成本的吸附材料,可以用于去除废水中Cr(Ⅵ)离子。     

不同类型LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附性能

在碱性条件下采用水热-共沉淀法,将ZnCl2、MgCl2和AlCl3、FeCl3等不同2价和3价金属化合物两两组合,生成4种层状双金属氢氧化物(LDHs),并负载于天然麦饭石填料表面;分别通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、竞争性吸附试验、不同温度及pH值吸附试验,研究LDHs涂层负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附效果的提升作用。结果表明,改性后的各种麦饭石填料对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量均大于天然麦饭石,其中ZnAl-LDHs改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,在最适温度15℃时最大理论吸附量接近天然麦饭石的10倍;同时,解吸附试验发现LDHs的负载可以加强填料的重复利用率。所有填料对Cr(Ⅵ)的吸附热力学参数均为ΔGθ0、ΔHθ0、ΔSθ0,表明填料吸附Cr(Ⅵ)过程为可自发进行的放热过程;LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级反应过程,以化学吸附为主。通过选用合适的金属离子组合方式制备不同的LDHs负载改性麦饭石,可达到有效提高麦饭石吸附水体中Cr(Ⅵ)性能的目的。     

不同类型LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附性能

在碱性条件下采用水热-共沉淀法,将ZnCl_2、MgCl_2和AlCl_3、FeCl_3等不同2价和3价金属化合物两两组合,生成4种层状双金属氢氧化物(LDHs),并负载于天然麦饭石填料表面;分别通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、竞争性吸附试验、不同温度及pH值吸附试验,研究LDHs涂层负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附效果的提升作用.结果表明,改性后的各种麦饭石填料对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量均大于天然麦饭石,其中Zn Al-LDHs改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,在最适温度15℃时最大理论吸附量接近天然麦饭石的10倍;同时,解吸附试验发现LDHs的负载可以加强填料的重复利用率.所有填料对Cr(Ⅵ)的吸附热力学参数均为ΔGθ0、ΔHθ0、ΔSθ 0,表明填料吸附Cr(Ⅵ)过程为可自发进行的放热过程;LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级反应过程,以化学吸附为主.通过选用合适的金属离子组合方式制备不同的LDHs负载改性麦饭石,可达到有效提高麦饭石吸附水体中Cr(Ⅵ)性能的目的.     

钛柱撑膨润土吸附水溶液中微量Cr(Ⅵ)研究

针对水中微量Cr(Ⅵ)的吸附脱除问题,以河北灵寿县膨润土制备的钛柱撑膨润土为吸附剂,进行了25℃条件下对水溶液中微量Cr(Ⅵ)脱除的试验,测得了被吸附物浓度、吸附时间,吸附剂用量对吸附过程的影响,得出钛柱撑膨润土具有优越的吸附性能.此外还测定了钛柱撑膨润土对Cr(Ⅵ)吸附的等温线,探讨了Cr(Ⅵ)的吸附机理,钛柱撑膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附包括表面物理吸附和层间离子化学吸附.     

植酸掺杂聚苯胺对水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为实现对废水中Cr（Ⅵ）的高效去除,利用PA（植酸）掺杂PANI（聚苯胺）制备了一种新型三维多孔吸附剂PANI/PA,探究PA的掺杂浓度、pH、反应时间、反应温度、共存金属离子和无机阴离子对Cr（Ⅵ）去除率的影响.首先,采用SEM、FTIR、XPS等表征手段证实PA成功掺杂到PANI上形成三维多孔结构,并进一步利用吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学模型分析PANI/PA对Cr（Ⅵ）的吸附特性.结果表明:①0.05 mol/L PA掺杂的吸附材料具有最优吸附效果.当pH为4.0时,吸附剂可以实现对Cr（Ⅵ）最有效的去除.②吸附动力学符合准二级动力学模型,表明化学吸附是控制反应速率的主要因素.Langmuir等温吸附模型对等温吸附过程实现较准确拟合,在318 K时达最大吸附容量（99.0 mg/g）,优于普通PANI吸附剂.③吸附机理主要是表面静电吸附、络合作用和还原作用.④在其他金属离子和无机阴离子共存下,PANI/PA对Cr（Ⅵ）具有较强的选择吸附性.研究显示,PANI/PA吸附材料成功制备并具有稳定结构,能够对水中Cr（Ⅵ）实现有效去除,并具有较强的选择吸附性,因此对废水中Cr（Ⅵ）的去除具有潜在的应用价值.      

垃圾填埋场衬垫对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)吸附的动力学研究

通过静态平衡吸附试验对垃圾填埋场衬垫土壤材料对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附进行了观察.在试验中考察了溶液的初始浓度、pH值和溶液的温度对吸附的影响,通过动力学实验确定了动力学参数,并探讨了天然黏土材料对重金属Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附机理.结果显示,黏土对重金属的吸附过程可以通过伪二阶动力模式来描述.根据对lnk2与1/T线形图斜率的计算,可以确定Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的活化能(Ea)分别为22.7 kJ·mol1-和26.88 kJ·mol-1.活化能的计算结果说明,温度的升高能促进黏土材料对Cr(Ⅵ)和zn(Ⅱ)的吸附,同时也表明吸附很可能是一个化学吸附.热力学参数(△H0,△S0,△G0)值可以通过图1gKD与1/T的斜率与截距来计算.热力学参数值的结果表明,天然黏土材料对Cr(Ⅵ)和Zn(Ⅱ)的吸附是吸热反应.     

茶树菇废菌体对水中Cr(Ⅵ)吸附的响应面优化及机理研究

采用响应面优化(Box-Behnkendesign,BBD)法对茶树菇废菌体吸附水中Cr(Ⅵ)的过程进行了优化,并设定pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应时间、摇床转速和吸附剂用量为5个影响因子,Cr(Ⅵ)吸附率为响应值,对吸附过程的热力学特征及吸附机理进行了研究.结果表明,对废菌体吸附Cr(Ⅵ)有显著影响的因素是pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度和吸附剂用量;废菌体对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件为pH=1.19,Cr(Ⅵ)初始浓度为148.58mg·mL-1,反应时间为89.02min,摇床转速为180.12r.min-1,吸附剂用量为10.90g.L-1,在此条件下,实测Cr(Ⅵ)的吸附率达96%以上.用Langmuir、Freundlich及Dubinin-Raduskevich吸附等温模型对吸附过程进行拟合发现,Langmuir模型可以很好地反映茶树菇废菌体对Cr(Ⅵ)的吸附特性,在298K时最大吸附量为46.95mg·g-1.对表观热力学参数ΔG、ΔS及ΔH的计算表明,废菌体对Cr(Ⅵ)吸附为吸热的自发过程,并且吸附过程增加了体系的混乱度.最后结合FTIR图对吸附机理进行了探讨,结果表明,废菌体对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,可用于处理含铬废水,达到以废治废的目的.     

稻草秸秆对水中六价铬去除效果的研究

为实现农业废料资源化,解决水体Cr(Ⅵ)污染的问题,研究了稻草秸秆对水中Cr(Ⅵ)的去除效果。实验考察了pH,温度,溶液初始Cr(Ⅵ)浓度以及稻草秸秆粒径大小对吸附效果的影响,进而确定了稻草秸秆去除Cr(Ⅵ)的最佳条件。结果表明,在pH2.0,温度47℃时,稻草秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附效果最好,在48h内可将100mg/L的Cr(Ⅵ)完全去除。利用酒石酸对稻草秸秆进行化学改性,研究其对溶液中Cr(Ⅵ)的去除以及溶液pH的变化。Cr(Ⅵ)的去除过程中伴随着Cr(Ⅲ)的出现,说明改性稻草秸秆(TARS)不仅可以将Cr(Ⅵ)从溶液中去除,且还可将其转化成低毒的Cr。溶液pH的上升说明Cr(Ⅵ)的去除需要消耗溶液中的H+。通过RS和TARS对Cr(Ⅵ)的热力学吸附过程的进一步分析,结果表明:RS和TARS对Cr的吸附均较符合Langmuir吸附等温模式,其中TARS的最大吸附容量可以达到5.266mg/g。     

不同pH对Cr(Ⅵ)在紫色土中的吸附影响

通过紫色土对Cr(Ⅵ)在不同酸度的静态吸附实验,用Langmuir吸附模型进行拟合得到土壤对Cr(Ⅵ)的吸附曲线和曲线方程,得到酸度影响紫色土对Cr(Ⅵ)的吸附的规律。结果显示:在pH为3.0、5.0和7.0的溶液中,紫色土对Cr(Ⅵ)的吸附随pH降低而降低;不同亚类紫色土吸附能力为石灰性紫色土中紫色土酸性紫色土。石灰性紫色土胶体核的碳酸钙含较高,加强了土壤中碳酸盐、氧化物对铬的吸附和固定作用;不同pH环境紫色土对Cr(Ⅵ)吸附的不同,一方面是pH影响了土壤的电势,部分Cr(Ⅵ)转变为Cr(Ⅲ)而沉淀;另一方面是pH影响了土壤中的H+浓度,使胶体团的电位平衡发生破坏,土壤中活性铝和铁溶蚀作用使H+和Cr(Ⅵ)竞争吸附加强,降低对Cr(Ⅵ)的吸附。     

六价铬离子耐受菌株的筛选及吸附能力研究

六价铬Cr(Ⅵ)污染主要来自钢铁、染色、电镀、皮革加工、冶炼、表面处理工业等排放的污水和废气。Cr(Ⅵ)通过消化道、呼吸道、皮肤及黏膜进入人体，造成伤害，甚至引起遗传变异而致癌。生物吸附法因其高吸附率、无二次污染等因素被认为是新兴的重金属离子回收技术。该文从钢铁厂污泥中分离得到6株耐受Cr(Ⅵ)的细菌，分子水平鉴定结果表明，它们分别为3株假单孢属细菌、1株诺卡氏菌、1株芽孢杆菌和1株产碱杆菌。在这6株耐受细菌中均鉴定到编码Cr离子转运蛋白的chrA基因。进一步吸附实验证明24 h内假单孢属和芽孢杆菌属的4株细菌能够吸附去除77%左右的Cr(Ⅵ)，诺卡氏菌和产碱杆菌的吸附率分别达到66.8%和64.9%。实验结果为微生物重金属耐受机理研究和进一步开发新型生物吸附剂提供了良好的基础。     

壳聚糖/改性平菇复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以壳聚糖和经酒石酸改性的平菇粉末为材料,通过戊二醛进行交联反应,制得壳聚糖-改性平菇凝胶小球(CMPOD)复合生物吸附剂,用于水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附去除.结果表明,在实验所测pH值(2～10)范围内,复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附量随着pH值上升而降低;随着Cr(Ⅵ)初始浓度或温度的提高,吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附量均相应增加,当Cr(Ⅵ)初始浓度为600mg/L,温度为50℃,Cr(Ⅵ)吸附量可达190mg/g以上;Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程及Freundlich等温吸附模型;热力学分析表明,吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附过程为自发的吸热反应.扫描电镜(SEM)分析显示,吸附剂具有发达的网状结构,吸附Cr(Ⅵ)后网状孔隙被填充,且能谱分析(EDS)出现明显的Cr(Ⅵ)吸收峰;傅立叶红外光谱分析(FTIR)表明,壳聚糖中的氨基成功引入复合吸附剂中,在Cr(Ⅵ)吸附中为主要作用官能团.     

CuAl水滑石衍生物吸附Cr(Ⅵ)的性能研究

采用共沉淀法制备了CuAl-HTLs水滑石及其衍生物材料CuAl-LDOs,研究了CuAl-LDOs材料对Cr(Ⅵ)吸附反应动力学,并考察了pH值、反应温度对吸附容量的影响,通过对样品XRD和FT-IR表征分析了CuAl-LDOs对Cr(Ⅵ)的吸附过程;结果表明,CuAl-LDOs材料Cr(Ⅵ)吸附动力学曲线符合Elovich方程,其饱和吸附量达178.24mg/g;溶液的pH是影响吸附容量的重要因素,当pH=6时,样品对Cr(Ⅵ)的吸附性能最好;温度会影响吸附和脱附反应的平衡,当温度为40℃时,样品吸附性能最好。通过对CuAl-HTLs水滑石、衍生物材料CuAl-LDOs和CuAl-HTLs水滑石吸附Cr6+后烘干再生的材料CuAl-Reg的XRD和FT-IR分析发现,CuAl-LDOs对Cr(Ⅵ)的吸附本质上属化学吸附,对阴离子的吸附机制是通过结构重建来实现的,由于记忆效应CuAl-LDOs在吸附阴离子后可以恢复形成层状水滑石结构。     

黄孢原毛平革菌菌丝球吸附水中Cr(Ⅵ)的去除机理

利用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)菌丝球作为吸附剂去除水中的Cr(Ⅵ),对吸附过程的热力学特征及机理进行研究。利用光学显微镜和扫描电镜观察菌丝球吸附Cr(Ⅵ)前后的外观形态及内部结构后发现,吸附后的菌丝球形状褶皱不规则,菌丝体网状结构发生断裂,表面出现大量固态胶状物质。采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich吸附等温模型对吸附过程进行拟合,Langmuir方程拟合相关性最好,在30℃时理论最大吸附量为36.66 mg/g。傅立叶红外光谱分析显示:菌丝球分泌的胞外蛋白质和多糖中的羟基、氨基、羧基和羰基等基团对吸附Cr(Ⅵ)主要起配位络合作用。菌丝球对水中Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,是一种很有潜力的环境友好型微生物重金属吸附剂。     

二硫代羧基化小麦秸秆对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能及机理

选取小麦秸秆(WS)为原材料，采用化学合成法向WS上引入了二硫代羧基，制备了一种新型重金属吸附剂二硫代羧基化小麦秸秆(DTWS)，考察了DTWS投加量、振荡速率、pH值、吸附温度以及Cr(Ⅵ)初始浓度等对DTWS吸附Cr(Ⅵ)性能的影响，并通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学、FTIR、SEM-EDS等方法探究了DTWS对Cr(Ⅵ)的吸附机制.结果表明，在振荡速率为200 r·min^-1、吸附温度为30℃时，DTWS对Cr(Ⅵ)初始浓度为25 mg·L^-1、pH值为6.0的含Cr(Ⅵ)水样吸附效果最好，最高去除率可达99.12%.DTWS对Cr(Ⅵ)的吸附更加符合准二级动力学方程和Langmuir模型，且DTWS对Cr(Ⅵ)的整个吸附过程是一个自发的放热过程.DTWS对Cr(Ⅵ)的吸附过程中主要发生了静电吸附、物理吸附以及包括氧化还原反应、配位反应在内的化学吸附，其中小麦秸秆中引入的二硫代羧基发挥了很大的作用.     

TiO_2光催化还原有机废水中Cr(VI)的研究

二氧化钛具有较高的光稳定性和反应活性,可以用于光催化还原去除水中的重金属离子,本文以含有Cr(Ⅵ)的有机废水为研究体系,分别考察了环糊精、pH值、反应物初始浓度、催化剂用量等对光催化还原反应的影响。结果表明,当催化剂浓度为0.5g/L,经过100分钟的紫外光照射时,Cr(Ⅵ)的光催化还原效率可达到92%;初始Cr(Ⅵ)浓度较低时,在相同条件下反应更加迅速,10min已经基本全部去除;β-CD对Cr(Ⅵ)的光催化还原有一定的促进作用;同时反应在酸性条件下可以获得较高的还原效率。     

磁性荞麦壳炭的制备对水中Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

以当地农业废弃物荞麦壳为原料,用硝酸改性后负载磁性Fe3O4,得到一种易于分离的吸附剂荞麦壳磁性炭。在空气为载气的氛围中,用SHMADZU DTG-60差热-热重分析仪得到荞麦壳的最佳热解温度为589℃,XRD分析结果表明磁性荞麦壳炭晶体构成主要由半晶体涡轮层碳和一些矿物质组成,并检测到了Fe3O4的特征峰,通过傅里叶红外光谱分析(FTIR)表明磁性荞麦壳炭表面在3 426 cm-1较宽的吸收峰为磁性物质与荞麦壳炭缔合形成的—OH。探究了在不同影响因素下荞麦壳磁性炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附效果,结果表明,当pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度150 mg/L、吸附时间为150 min、荞麦壳磁性炭对Cr(Ⅵ)的去除率达到98.3%。用Langmuir和Freundlich吸附模型对该吸附过程进行拟合,发现磁性荞麦壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir吸附模型。     

载钛活性炭对Cr(Ⅵ)的电吸附行为

研究了载钛活性炭(TiAC)在一定电压下对水中Cr(Ⅵ)的电吸附/电脱附.结果表明,当Cr(Ⅵ)初始浓度为20mg/L,施加+1.2V电压时,TiAC对Cr(Ⅵ)的吸附率比相同条件下的普通活性炭提高了17.1%,电极倒向后的脱附率提高了69.4%.Cr(Ⅵ)在TiAC上的电吸附符合二级反应动力学方程,其速率常数与电压间关系符合指数函数;其吸附等温线符合Freundlich等温方程,KF和1/n值与电压线性相关.     

微波合成介孔材料及其对Hg(Ⅱ)吸附性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,蒙脱土作为硅源,采用微波辐射晶化法合成了有序介孔材料;通过X射线衍射、透射电子显微镜、Fourier变换红外光谱和比表面积孔径等测试手段对所合成的材料进行了表征,考察了所合成材料对水中重金属离子Hg(Ⅱ)的吸附性能。实验表明:所合成材料结构与介孔材料MCM-41基本一致;比表面积为510.5m2 g-1,平均孔径为2.8nm;所合成材料对水中重金属离子Hg(Ⅱ)具有较高吸附性能。     

TiO2光催化还原有机废水中Cr(Ⅵ)的研究

二氧化钛具有较高的光稳定性和反应活性,可以用于光催化还原去除水中的重金属离子,本文以含有Cr(Ⅵ)的有机废水为研究体系,分别考察了环糊精、pH值、反应物初始浓度、催化剂用量等对光催化还原反应的影响.结果表明,当催化剂浓度为0.5g/L,经过100分钟的紫外光照射时,Cr(Ⅵ)的光催化还原效率可达到92%;初始Cr(Ⅵ)浓度较低时,在相同条件下反应更加迅速,10min已经基本全部去除;β-CD对Cr(Ⅵ)的光催化还原有一定的促进作用;同时反应在酸性条件下可以获得较高的还原效率.