改性褐煤半焦的表面性质及对气态Hg0的吸附特性

以廉价的褐煤为原料制备褐煤原料半焦,通过化学改性研制脱除烟气中气态Hg⁰的改性半焦(MnO_x/褐煤半焦)吸附剂,运用N₂吸附-脱附、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射仪)及XPS(X射线光电子能谱)等对吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附试验考察2种吸附剂对气态Hg⁰的吸附特性. 结果表明:原料半焦与改性半焦均具有较发达的孔隙结构,并且以2~5 nm的介孔结构为主;经化学改性后,半焦表面石墨化程度有所提高,石墨碳C─C所占比例由51.37%增至76.17%;MnO_x主要以高度分散的无定形状态均匀分布于改性半焦表面. 固定床吸附试验结果表明,温度为140 ℃时,原料半焦对气态Hg⁰的吸附性能较差,而改性半焦则表现良好,其最高吸附效率可达85.6%;初始ρ(Hg⁰)分别为10.1、20.3、30.0、40.6 μg/m³时,改性半焦的吸附性能随初始ρ(Hg⁰)升高而增强;当吸附温度由30 ℃升至140 ℃时,改性半焦的吸附性能也随着吸附温度的升高而增强. 改性半焦对气态Hg⁰的吸附作用应主要为化学吸附,被吸附后的汞主要以氧化态(Hg²⁺)形式存在.     

改性钙基吸附剂对垃圾焚烧模拟烟气中镉的吸附研究

采用不同的改性方法对轻质碳酸钙进行改性,制得一系列改性钙基吸附剂,利用BET、XRD和AESEDS等方法研究其理化性能,并在垃圾焚烧模拟烟气条件下验证了改性钙基吸附剂对重金属镉的吸附性能.结果表明,高温热活化方法所得的产品为CaO,其比表面积从7.34m2·g-1增加到18.27m2·g-1,盐浸泡煅烧所得的产品为CaONaCl共晶体,其层间距比CaO增大了0.03193nm,具有良好的表面活性和孔隙结构;与轻质碳酸钙相比,改性钙基吸附剂对镉的吸附效果明显提高;CaO的吸附机理主要以物理吸附为主,CaONaCl则以化学吸附为主.     

KI改性黏土脱除烟气中单质汞的研究

卤素改性材料对烟气中单质汞的去除具有较高的效率,黏土(膨润土)在我国分布广,资源丰富且廉价易得.为探究KI改性黏土对烟气中单质汞的脱除效率,以浸渍法制得了KI改性膨润土,研究了不同KI负载量、不同吸附温度及不同烟气氛围下,改性膨润土对Hg0的脱除效率和累积吸附量,并与原始膨润土进行对比.运用比表面分析(BET)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)及热重分析法(TGA)等方法对材料的物理化学特性进行了分析.结果表明,KI改性大大提升膨润土对Hg0的脱除效率,并且Hg0的脱除效率随着KI负载量的加大而上升.温度提高了吸附剂吸附Hg0的性质,吸附剂主要表现为化学吸附.O2有利于吸附剂对Hg0的吸附.SO2对吸附剂吸附Hg0有轻微的促进作用,H2O的存在对吸附剂吸附Hg0具有很强的抑制作用.     

改性底泥吸附模拟废水中Mn~(2+)影响因素的研究

制备高温焙烧改性底泥作为吸附剂,采用静态吸附试验来研究其吸附废水中重金属Mn~(2+)的效果。分别对高温焙烧改性底泥吸附重金属Mn~(2+)的影响因素(Mn~(2+)的质量浓度、吸附时间、p H、吸附剂的投加量)及吸附动力学进行研究。结果表明:改性底泥吸附Mn~(2+)的浓度为10 mg/L、平衡时间为130 min、p H为中性偏酸(范围4~7)、投加量为30 g/L时效果最佳,并对数据进行拟合且符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,但拟合效果更好地符合Freundlich吸附等温方程。在高温焙烧改性底泥对Mn~(2+)的吸附阶段用伪一级吸附动力学方程和伪二级吸附动力学方程进行拟合,其结果表明吸附过程更好地遵循伪二级吸附动力学方程,表明以化学吸附为主,对Mn~(2+)的平衡吸附量为11.560 7 mg/g。     

巯基改性玉米秸秆吸附Hg(Ⅱ)的热力学特征研究

采用化学反应的合成方法向玉米秸秆中引入巯基官能团,并进行电镜扫描、红外光谱和X射线电子能谱分析.在此基础上,以巯基改性玉米秸秆为吸附剂,通过批处理试验讨论了吸附时间、体系pH和温度等因素对水体中Hg(Ⅱ)吸附的影响.结果表明,采用该合成方法可以成功地向玉米秸秆中引入0.98%的巯基官能团,巯基改性玉米秸秆对水体Hg(Ⅱ)的吸附最佳pH为6,吸附能在120min内达到平衡,在285K时对Hg(Ⅱ)的最大吸附量可达80.04mg·g-1.吸附过程是自发的放热过程,可用Langmuir模型描述,其吸附机理可能为络合反应控制的化学吸附.研究表明,巯基改性玉米秸秆是一种对水体Hg(Ⅱ)具有良好吸附能力的生物吸附剂.     

柠檬酸改性木薯秸秆阳离子吸附剂的制备及其对Cu~(2+)的吸附

以柠檬酸为改性剂对木薯秸秆进行改性制备阳离子吸附剂。以铜离子去除率作为评价吸附剂吸附性能指标,对制备最佳条件进行了优化,利用FT-IR、SEM、Zeta电位和X衍射技术对制备的吸附剂进行了结构表征,考察了对铜离子吸附过程动力学和等温吸附规律。实验结果表明:最佳的改性反应物(木薯秸秆∶柠檬酸)剂量比为1 g∶7.2×10~(-3)mol,反应温度为120℃,反应时间30 min;表征结果证明了改性吸附剂中羧基的存在;柠檬酸改性木薯秸秆吸附剂能够快速吸附重金属铜离子,吸附过程符合准二级动力学模型;吸附等温线符合Langmuir模式,饱和吸附量达到2.19 mmol/g。证明柠檬酸改性木薯秸秆吸附剂是一种潜在的重金属废水处理剂。     

重金属在煤气化过程的分布迁移规律及控制

选用2种气化用煤——大同煤和神府煤,进行水蒸气气化实验,研究了在不同温度下重金属元素——砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)和铅(Pb)在气化产物中的分布.实验数据表明,重金属元素主要富集在气化灰中或是散发到大气中,同时,在焦油中重金属元素也有一定的含量,尤其是Cd,在焦油中的含量达到总量的22%~37%.添加无水CaSO₄,高岭土,铝土矿,无水CaCO₃ 4种不同的吸附剂,发现不同的吸附剂对不同的重金属有不同的吸附作用.4种吸附剂对重金属元素的吸附既有物理吸附,又有吸附剂与重金属之间的化学反应.     

四乙烯五胺改性生物质炭对水中锌(II)的吸附性能研究

以苹果枝和葡萄枝为原料,制备了苹果枝生物质炭和葡萄枝生物质炭,并采用化学改性方法处理两种生物质炭,分别得到表面键合了四乙烯五胺的改性苹果枝生物质炭和改性葡萄枝生物质炭.采用红外光谱、扫描电镜等对两种生物质炭及其化学改性产品分别进行了表征,比较了两种生物质炭及其改性产品对水中Zn~(2+)的吸附性能,并分析了吸附动力学和等温吸附特性.结果表明,改性生物质炭增加了表面吸附位点,最大吸附量明显增加,相同吸附量所用吸附时间大大缩短,吸附效果显著提高.4种吸附剂的吸附行为均符合准二级动力学模型及Langmuir方程.生物质炭吸附重金属的机理初步判定是以离子交换和阳离子-π键的作用为主,改性生物质炭对Zn~(2+)吸附量和吸附速度的显著提升主要与键合基团的螯合作用有关.     

EDTA-nSiO2纳米颗粒对Cd2+的吸附

nSiO_2纳米颗粒是一种广泛应用的工程纳米材料,为增加其对水溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用接枝改性的方法制备出乙二胺四乙酸(EDTA)改性nSiO_2纳米颗粒(EDTA-nSiO_2),并用透射电镜、氮气吸附-解吸、红外光谱和差热分析等手段对其进行了结构表征,同时以其为吸附剂,通过批处理实验法探讨了体系pH、吸附时间、温度、离子强度等因素对Cd~(2+)吸附的影响,并结合X射线能谱(XPS)分析对其吸附机制进行了分析.结果表明,以EDTA为改性剂,可以成功制备出稳定性良好的EDTA-nSiO_2纳米颗粒,其对Cd~(2+)的吸附受体系p H控制;nSiO_2对Cd~(2+)的吸附量较小,EDTA改性可增加nSiO_2对Cd~(2+)的吸附作用,随着p H的升高,Cd~(2+)的吸附效果逐渐增强,在p H大于4.0后逐渐趋于稳定.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附速率较快,可在1 h内达到吸附平衡.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附为吸热的自发过程,吸附等温线可用Langmuir模型描述.NaCl浓度增加会导致Cd~(2+)的吸附量下降,当体系Na Cl浓度从0增加到100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的最大吸附量从0.433 mmol·g-1降低至0.294mmol·g-1.0.1 mol·L~(-1)HCl是较为合适的吸附剂再生液,Cd~(2+)洗脱率约94.36%.结合pH、温度、离子强度、再生和XPS分析结果,可以推测出EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附是包含有简单的物理吸附和离子交换过程,并以化学络合为主的吸附过程.EDTA-nSiO_2是一种对水体Cd~(2+)具有较好吸附能力的工程纳米材料吸附剂.     

改性稻壳生物炭对水溶液中甲基橙的吸附效果与机制

本文以废弃稻壳为原料,通过不同改性方法将其制成生物炭吸附剂,并用于水体中甲基橙(MO)的吸附.通过氮吸附、X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)、热重分析(TG)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术分析了改性剂种类、浸渍比和热解温度对生物炭的物理化学性质及对MO吸附量的影响,发现热解温度为400℃,以ZnCl_2为改性剂,浸渍比为2∶1时制备的生物炭Z2RT400对MO的去除效果最好.以Z2RT400为吸附剂,探究吸附剂添加量、吸附时间、初始污染物浓度、溶液pH等对甲基橙吸附效果的影响,结果表明,饱和吸附时间为420 min,吸附反应的最佳pH为4,当吸附剂用量为10 mg,初始甲基橙浓度为2 000 mg·L~(-1)时,Z2RT400对MO的最大吸附量可达1 967. 72 mg·g~(-1);当吸附剂添加量为80 mg时,去除率最高可达99. 52%.此外,对吸附机制进行分析,发现吸附等温线数据符合Freundlich模型,吸附动力学数据符合拟二级动力学模型,说明吸附以化学吸附为主,物理吸附为辅.因此,废弃稻壳为原料改性制备的生物炭可作为高效的有机染料吸附剂,并应用于水体中污染物的治理.     

Capture of carbon dioxide from flue gas on TEPA-grafted metal-organic framework Mg2(dobdc)

Carbon dioxide （CO2） adsorption on a standard metal-organic framework Mg2（dobdc） （Mg/DOBDC or Mg-MOF-74） and a tetraethylenepentamine （TEPA） modified Mgz（dobdc） （TEPA-Mg/DOBDC） were investigated and compared. The structural information, surface chemistry and thermal behavior of the adsorbent samples were characterized by X-ray powder diffraction （XRD）, infrared spectroscopy （IR）, thermogravimetric analysis （TGA） and nitrogen adsorption-desorption isotherm analysis. CO2 adsorption capacity was measured by dynamic adsorption experiments with N2-CO2 mixed gases at 60℃. Results showed that the CO2 adsorption capacity of Mg/DOBDC was significantly improved after amine modification, with an increase from 2.67 to 6.06 mmol CO2/g adsorbent. Moreover, CO2 adsorption on the TEPA-Mg/DOBDC adsorbent was promoted by water vapor, and the adsorption capacity was enhanced to 8.31 mmol CO2/g absorbent. The adsorption capacity of the TEPA-Mg/DOBDC adsorbent dropped only 3% after 5 consecutive adsorption]desorption cycles. Therefore, this kind of adsorbent can be considered as a promising material for the capture of CO2 from flue gas.     

Modification of a magnetic carbon composite for ciprofloxacin adsorption

A magnetic carbon composite, Fe₃O₄/C composite, was fabricated by one-step hydrothermal synthesis, modified by heat treatment under an inert atmosphere (N₂), and then used as an adsorbent for ciprofloxacin (CIP) removal. Conditions for the modification were optimized according to the rate of CIP removal. The adsorbent was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction measurements, vibrating-sample magnetometry, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and N₂ adsorption/desorption isotherm measurements. The results indicate that the modified adsorbent has substantial magnetism and has a large specific area, which favor CIP adsorption. The effects of solution pH, adsorbent dose, contact time, initial CIP concentration, ion strength, humic acid and solution temperature on CIP removal were also studied. Our results show that all of the above factors influence CIP removal. The Langmuir adsorption isotherm fits the adsorption process well, with the pseudo second-order model describing the adsorption kinetics accurately. The thermodynamic parameters indicate that adsorption is mainly physical adsorption. Recycling experiments revealed that the behavior of adsorbent is maintained after recycling for five times. Overall, the modified magnetic carbon composite is an efficient adsorbent for wastewater treatment.     

TiO2/Ag modified penta-bismuth hepta-oxide nitrate and its adsorption performance for azo dye removal

A modified hydrophilic penta-bismuth hepta-oxide nitrate (Bi₅O₇NO₃) surface was synthesized via a precipitation method using TiO₂ and Ag as modified agents. The synthesized product was characterized by different analytical techniques. The removal efficiency was evaluated using mono-and di-sulphonated azo dyes as model pollutants. Different kinetic, isotherm and diffusion models were chosen to describe the adsorption process. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results revealed no noticeable differences in the chemical states of modified adsorbent when compared to pure Bi₅O₇NO₃;however, the presence of hydrophilic centres such as TiO₂ and Ag developed positively charged surface groups and improved its adsorption performance to a wide range of azo dyes. Dyes removal was found to be a function of adsorbent dosage, initial dye concentration, solution pH and temperature. The reduction of Langmuir 1,2-mixed order kinetics to the second or first-order kinetics could be successfully used to describe the adsorption of dyes onto the modified adsorbent. Mass transfer can be described by intra-particle diffusion at a certain stage, but it was not the rate limiting step that controlled the adsorption process. Homogenous behavior of adsorbent surface can be explored by applying Langmuir isotherm to fit the adsorption data.     

利用改性钒钛钢渣和飞灰吸附模拟烟气中的Hg0

固体废弃物钒钛钢渣(VTS)、飞灰(FA)含有Fe、V、Ti等可促进Hg0氧化吸附的过渡金属氧化物,为提高VTS吸附Hg0性能、改性FA的抗硫特性,利用蒸汽活化、浸渍FeCl₃方法改性FA/VTS、FA/CaO,在固定吸附床上研究了不同改性方法、反应温度(T)、烟气ρ(SO₂)和ρ(HCl)对η(吸Hg0效率)的影响. 结果表明:蒸汽活化对提高η的作用有限. 经浸渍FeCl₃方法改性的FA/VTS,其η显著提高,在200 ℃下,吸附20 min时可达93%,吸附10 h后的Q(吸附容量)为0.42 mg/g;而浸渍FeCl₃方法改性的FA/CaO,其η随温度呈先升后降趋势,在120 ℃、吸附20 min时达到最高(74%). SO₂抑制Hg0的吸附,但FA/VTS的抗硫性能较FA/CaO有显著提高,具有低温抗硫吸附Hg0的潜势,可能与VTS中Ti的质量分数高有关. HCl可促进Hg0的吸附,在ρ(HCl)为30 mg/m3条件下,浸渍FeCl₃方法改性的FA/VTS吸附2 h的η在90%以上. 研究表明,经FeCl₃浸渍改性的FA/VTS是较好的Hg0吸附剂,具有实际应用的潜势.      

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.     

废茶活性炭脱硫脱硝性能的应用研究

为探讨废茶活性炭对于SO2和NO脱除作用的制约因素,分别考察了材料孔径结构、石墨化程度及表面结构对其脱硫脱硝性能的影响,同时研究了其吸附机制及动力学过程.结果表明,较高的石墨化程度是影响材料脱硫性能的主要因素,微孔径较小且含氮碱性基团较高时有利于SO2的脱除;发达的中孔结构是制约NO脱除效率的关键因素,含氮碱性基团对NO的脱除具有一定的促进作用;烟气中SO2和NO共存时,材料的脱硫脱硝性能均有所降低,氧气和水蒸气的加入能够改善其脱硫脱硝效率;废茶活性炭在无水环境下对于SO2和NO的吸附作用均以物理吸附为主,水蒸气的存在促进了材料对SO2的化学吸附;通过动力学模型的拟合发现,Bangham吸附模型能够很好地描述材料脱硫脱硝的动力学过程,其R2均高于0.989,材料对于SO2和NO的吸附速率常数均随氧气和水蒸气的加入而减小.     

镁盐改性生物质炭的合成及其在废水氮磷资源化中的应用研究

通过直接沉淀-热改性法将纳米氢氧化镁晶体(Mg(OH)_2)负载在生物质炭(BC)上,系统研究了该改性材料(Mg(OH)_2-BC)对模拟废水中氮、磷的固定特性,并探讨了投加量、反应溶液pH、接触时间对吸附过程的影响.结果表明,Mg(OH)_2-BC在投加量为0.3 g·L~(-1),反应溶液初始pH为7,反应时间≥40 min时对氮、磷的固定效果最佳,最大吸附量分别达到58.8、130.0 mg·g~(-1).Mg(OH)_2-BC对氮、磷的吸附过程均符合准二级动力学模型,吸附过程受化学吸附机理的控制.通过SEM、XRD、FTIR等对反应产物进行表征分析,结果表明,Mg(OH)_2-BC对氮、磷的固定机制主要为鸟粪石结晶沉淀,也即化学沉淀.     

Enhanced CO2 adsorptive performance of PEI/SBA-15 adsorbent using phosphate ester based surfactants as additives

In this study,a series of polyetherimide/SBA-15: 2-D hexagonal P6 mm,Santa Barbara USA(PEI/SBA-15) adsorbents modified by phosphoric ester based surfactants(including tri(2-ethylhexyl)phosphate(TEP),bis(2-ethylhexyl) phosphate(BEP) and trimethyl phosphonoacetate(TMPA))were prepared for CO_2 adsorption.Experimental results indicated that the addition of TEP and BEP had positive effects on CO_2 adsorption capacity over PEI/SBA-15.In particular,the CO_2 adsorption amount could be improved by around 20% for 45PEI–5TEP/SBA-15 compared to the additive-free adsorbent.This could be attributed to the decrease of CO_2 diffusion resistance in the PEI bulk network due to the interactions between TEP and loaded PEI molecules,which was further confirmed by adsorption kinetics results.In addition,it was also found that the cyclic performance of the TEP-modified adsorbent was better than the surfactant-free one.This could be due to two main reasons,based on the results of in situ DRIFT and TG-DSC tests.First and more importantly,adsorbed CO_2 species could be desorbed more rapidly over TEP-modified adsorbent during the thermal desorption process.Furthermore,the enhanced thermal stability after TEP addition ensured lower degradation of amine groups during adsorption/desorption cycles.     

污泥焚烧过程中氯化物对Cd迁移行为的影响

采用固定层燃炉及向污泥中添加Cd方式,分别研究了污泥焚烧过程中有机氯(PVC)与无机氯(NaCl)对Cd迁移转化行为的影响,同时考察了不同焚烧条件下Cd的迁移及分布规律.结果表明,污泥焚烧过程中不同氯化物的加入均增强了Cd向飞灰或者烟气中迁移,但随着氯化物加入量的增加,Cd挥发增加的趋势并不明显.随温度的升高,有机氯(PVC)与无机氯(NaCl)均使得Cd在底渣中的分布减少,而焚烧时间及初始浓度对Cd迁移分布没有显著影响.底渣和飞灰的SEM-EDS和XRD分析表明,污泥焚烧过程中NaCl的加入导致Cd易与氯化物形成CdCl2、Na2CdCl4、K2CdCl6、K2CdSiO4和NaCdO2,而PVC的加入,除了与Cd形成Na2CdCl4和CdCl2外,还生成了K4CdCl6和K6CdO4氯化物,可见有机氯(PVC)与无机氯(NaCl)对Cd迁移转化影响主要与Cd的生成物种类及形态有关.