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.     

负载铁锰氧化物的玉米芯炭对Pb2+的吸附作用

采用两步浸渍-草酸盐热解法制备了均匀负载铁锰氧化物的磁性玉米芯炭(MnFeO_x@CCBC),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪和pH漂移实验等表征,证明制备的MnFeO_x@CCBC材料表面由MnFe_2O_4和无定形态的δ-MnO_2或水合氧化锰组成,pH_(ZPC)约为6.0,比表面积为3.9 m~2·g~(-1).同时,比较研究了MnFeO_x@CCBC和原始玉米芯炭(CCBC)对Pb~(2+)的吸附动力学和热力学行为.结果表明:吸附过程均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,在实验条件下,MnFeO_x@CCBC对Pb~(2+)的吸附速率和吸附量都明显优于CCBC,准二级动力学速率常数大3.3倍,理论平衡吸附量高6.95倍;在30℃时,MnFeO_x@CCBC和CCBC的饱和吸附量分别为99.60和15.66 mg·g~(-1);Pb~(2+)的吸附过程是熵驱动和吸热的.傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析表明,MnFeO_x@CCBC的主要吸附位是Mn—OH,其主要吸附机理是Pb~(2+)对Mn—OH中H~+的置换,并形成内层表面络合物.     

聚羟基铝柱撑硅藻土的制备及其对水溶液中Cu2+、Zn2+的吸附特性

鉴于天然硅藻土因理化构造缺陷而导致的吸附性能局限性和传统物化方法对硅藻土改性效果的有限性,为了显著改善硅藻土的吸附性能,采用聚羟基铝对硅藻土实施了柱撑改性.通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)分析了硅藻土柱撑前后理化特性的变化,并考察了柱撑前后硅藻土表面性能及其对Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附特性的差异.结果表明,硅藻土最佳柱撑条件为n(OH-)/n(Al3+)=2.2、KCl浓度1.8 mol·L~(-1)、Al/土比10 mmol·g~(-1)、反应温度60℃、反应时间24 h、老化温度200℃、老化时间0.5 h.柱撑后,聚羟基铝被成功置入硅藻壳体内部,形成了有效柱体,增大了孔道间距,拓展了吸附反应界面,使微孔表面羟基数量增多,表面活性增强.柱撑前后硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)的等温吸附特性均符合Langmuir模型,吸附动力学特性均符合二级动力学模型.柱撑后硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附容量分别达到7.491 mg·g~(-1)、11.312mg·g~(-1),较柱撑前分别提高了32.9%、33.3%,硅藻土吸附性能得到了极大的改善.     

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.     

镁-钙羟基磷灰石吸附剂对水中Pb2+的去除

选择Mg2+为掺杂离子,通过溶胶-凝胶法制备了不同比例的镁-钙羟基磷灰石吸附剂,研究其对水溶液中Pb~(2+)的去除特性和过程机制.结果表明,吸附剂表面以羟基磷铅矿化合物[Pb10(PO4)6(OH)2]为主,其晶体结构由短棒状转变为针状结构;在温度25℃,p H为5时,镁-钙羟基磷灰石吸附Pb~(2+)在720 min内达到平衡,吸附剂的最佳投加量为0. 6 g·L-1,最大吸附量为813. 17 mg·g-1;热力学实验结果:ΔGθ0、ΔSθ 0和ΔHθ 0,表明镁-钙羟基磷灰石吸附Pb~(2+)的过程是自发的吸热、熵增的过程,升温有利于吸附;吸附过程符合伪二级动力学方程,Langmuir吸附模型能更好地描述等温吸附行为;材料表征与吸附实验分析表明,表面络合与溶解-沉淀是镁-钙羟基磷灰石去除Pb~(2+)的主要机制.     

包埋固定化海洋硅藻吸附材料的制备及其对水中铅离子的吸附特性研究

采用海藻酸钠(SA)凝胶包埋法对海洋硅藻藻粉进行固定化,考察了藻粉用量、海藻酸钠浓度、Ca Cl2质量分数、交联时间及小球粒径对固定化小球吸附铅离子性能的影响,并研究了这种吸附材料对Pb~(2+)的吸附特性.结果表明,固定化海洋硅藻生物吸附剂的最佳制备条件为:藻粉用量5.0 g/100 m L SA、海藻酸钠浓度20 g·L~(-1)、Ca Cl2质量分数0.5%、交联时间1 h、小球粒径2.8 mm左右.Langmuir等温吸附模型能够较好地描述固定化小球吸附对Pb~(2+)的等温吸附特征,R2为0.9983,最大理论吸附量为833.33 mg·g~(-1).准二级动力学模型能够较好地拟合固定化小球吸附Pb~(2+)的动力学过程,理论平衡吸附量为714.29 mg·g~(-1),与实验所得平衡吸附量706.55 mg·g~(-1)较为接近.固定化小球吸附Pb~(2+)的适宜初始p H值为4~5.Na Cl、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2对固定化小球的吸附性能有一定的促进作用.本研究所制固定化海洋硅藻球形吸附材料对Pb~(2+)的吸附容量明显优于大部分研究所报道的固定化生物吸附剂,是一种很有潜力的生物吸附材料.     

双功能介孔吸附材料的制备及其同时吸附废水中Cd2+和Cr2O72-的研究

采用直接法和后嫁接法成功制备出骨架掺杂Al原子,孔道表面接枝大位阻含胺基基团的双功能介孔硅基吸附材料.采用SAXRD、TEM、FTIR、NH3-TPD等手段对合成材料进行表征,结果表明合成的双功能AN-SBA-15具有有序的二维六方介孔结构,孔道表面的Al-OH与胺基不会发生自发复合反应.对模拟废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)的同时吸附去除实验研究表明AN-SBA-15具备同时吸附废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的能力,吸附最佳pH值为5.0,吸附在40 min就达到平衡.AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层吸附.由Langmuir模型拟合出的AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的最大吸附容量分别为125.9 mg·g~(-1)和156.5 mg·g~(-1).此外AN-SBA-15具备良好的脱附再生能力.     

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.     

小麦秸秆驱动菱铁矿热解制备磁性生物质碳及其吸附Cd2+活性

以小麦秸秆和菱铁矿为原料,在500℃下热处理改性,制备了一种C-Fe_3O_4复合材料.采用FTIR、XRD、SEM、BET、磁化率仪对C-Fe_3O_4复合材料(以下统称复合材料)进行表征.考察了接触时间、初始pH、初始Cd~(2+)浓度、离子强度对Cd~(2+)去除率的影响,结合吸附前后表征结果分析了复合材料对Cd~(2+)的吸附机制.结果表明:复合材料及单独煅烧制备的小麦秸秆炭的比表面积分别为23.38 m~2·g~(-1)和7.20 m~2·g~(-1),孔容积分别为1.04×10-1cm~3·g~(-1)和2.23×10-2cm~3·g~(-1),平均孔径分别为17.74 nm和12.38 nm;红外光谱显示复合材料和小麦秸秆炭表面富含羧基、羟基等具有金属离子吸附活性的官能团;磁化率测试结果显示复合材料的质量磁化率为42 900×10~(-8)m~3·kg~(-1).复合材料对Cd~(2+)的吸附动力学用准二级动力学模型拟合度最好;吸附等温线符合Freundlich模型;pH在3.0~6.0之间,吸附容量随pH增大而升高,pH在6.0~9.0之间,吸附容量趋于稳定;pH在4.0~9.0之间,解析量随pH增大而减少;离子强度从1 mmol·L~(-1)增至100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的吸附容量略有减少,解析率由0.51%提升至8.5%;说明复合材料主要通过表面络合作用及离子交换去除溶液中的Cd~(2+).此外,复合材料的磁化性能使其在固液分离方面比一般的吸附材料具有很大优势.     

硅藻土的复合改性及其对水溶液中Cd2+的吸附特性

鉴于单一常规方法对硅藻土吸附性能的改善空间有限,为了显著改善硅藻土的吸附性能,应用酸活化-钠化-柱撑-焙烧复合改性工艺对硅藻土实施了改性,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(IR)对硅藻土改性前后微观形貌、物相组成和官能团的变化进行了分析,探究了硅藻土改性前后对Cd~(2+)的吸附能力与机制.结果表明,最佳复合改性工艺条件为:硫酸体积分数10%,NaCl质量分数6%,OH/Al摩尔比2.2,焙烧温度150℃;改性后,硅藻土对Cd~(2+)的吸附容量由原来的5.44 mg·g~(-1)提升至9.60 mg·g~(-1),提升了76.5%;改性前后硅藻土对Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir等温吸附模型和二级动力学模型,吸附以物理过程为主.SEM、XRD和IR分析结果均表明,经复合改性,硅藻土壳体杂质得到清除,聚合羟基铝离子(Al13)成功引入硅藻土孔道并发挥柱撑作用,硅藻土壳体孔隙结构得到了充分改善.     

响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.     

液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

基于废陶瓷的多孔陶瓷研制及其对Ni2+的吸附性能

通过SEM、XRD、FT-IR表征及多孔陶瓷对废水中镍的去除能力,确定多孔陶瓷的制备条件:原料中田菁粉掺杂质量分数为4%,焙烧温度为800℃.SEM和孔结构表征说明,焙烧使多孔陶瓷形貌、结构发生变化;随着焙烧温度的升高,多孔陶瓷的比表面积和孔容呈现降低的趋势,而孔径呈现增大的趋势;EDS分析能表明,原废瓷粉和多孔陶瓷的主要元素组成均为Si、Al、O.SEM、XRD和FT-IR分析表明,多孔陶瓷吸附前后结构稳定.吸附Ni2+的系列实验表明,多孔陶瓷用量为10 g·L-1,吸附时间为60 min,进水pH值为6.32,进水Ni2+浓度在100 mg.L-1以内.在此条件下废水的Ni2+去除率可达89.7%,多孔陶瓷对废水中镍有较好的去除效果.以制备的多孔陶瓷处理含镍废水,考察多孔陶瓷对废水中Ni2+的吸附动力学和吸附等温线,结果表明,多孔陶瓷对Ni2+的吸附过程符合准二阶动力学模型(R2=0.999 9),Qe为9.09 mg·g-1;吸附过程可用Freundlich方程和Langmuir方程来描述,温度由20℃升高至40℃,最大吸附量Qm由14.49 mg·g-1上升至15.38 mg·g-1.     

污泥吸附剂的制备及其对含Pb2+模拟废水的吸附特性研究

以污水处理站脱水污泥和煤为原料,通过共热解法制备污泥吸附剂,并将其用于吸附含Pb2+的模拟废水.同时,考察了污泥吸附剂制备过程中热解温度、配比、热解时间、粒径对碘吸附值及产率的影响,以及吸附时间、温度、pH值、污泥吸附剂投加量对吸附效果的影响,并对其吸附动力学和热力学特性进行了探讨.结果表明,制备污泥吸附剂的最佳条件为...     

硅藻类粗多糖生物剂的制备及其对Cd2+的吸附性能

为了考察粗多糖对Cd2+的吸附性能,采用不同方法（稀酸法、稀碱法及超声-冻融-加热法）由海洋硅藻提取粗多糖,并进一步揭示硅藻粗多糖对Cd2+的吸附潜力.通过对比不同方法下粗多糖的组分质量分数（总糖、蛋白质和硫酸基）及其对Cd2+的吸附量,筛选出优质的粗多糖吸附材料,利用FTIR（傅里叶变换红外光谱）和SEM（扫描电镜）浅析粗多糖对Cd2+的吸附机制,采用吸附动力学和吸附等温模型详细探讨其对Cd2+的吸附特性.结果表明:①超声-冻融-加热法比稀酸法、稀碱法所提取的粗多糖的总糖质量分数高,分别为31.39%（480 nm）、26.74%（490 nm）;蛋白质杂质质量分数为7.09%,硫酸基质量分数为2.86%.②硅藻类细胞壁具有微孔结构,主要是由硅藻壳、多糖、蛋白质和脂肪组成,提取出的粗多糖表面均含有氨基、酰胺基、羰基、羟基等官能团,为其吸附重金属离子提供可能性.③超声-冻融-加热法在3倍体积乙醇沉淀时提取的粗多糖对Cd2+吸附量最大,为353.12 mg/g;该粗多糖对Cd2+的吸附更符合伪二级动力学模型,表明吸附过程有化学吸附参与;相比于Freundlich等温吸附模型,吸附数据更符合Langmuir等温吸附模型,表明该粗多糖对Cd2+的吸附主要为单层吸附.研究显示,利用超声-冻融-加热法提取出的硅藻粗多糖对Cd2+的吸附量为353.12 mg/g,是一种很有应用潜力的生物吸附材料.      

Fe3O4@SiO2-Chitosan的制备及其对水中Cu2+的吸附效能研究

以SiO_2包覆Fe_3O_4,戊二醛为交联剂,交联壳聚糖(Chitosan, CTS),制得Fe_3O_4@SiO_2-Chitosan复合磁性纳米粒子.以Fe_3O_4和Fe_3O_4@SiO_2为对照,采用X射线衍射、透射电镜和傅立叶红外光谱对其进行表征分析,并测定了投加量、pH值、吸附时间和温度等因素对Cu~(2+)吸附效果的影响,从动力学、热力学以及再生回用性能评价等方面对其吸附性能进行了探究.结果表明Fe_3O_4@SiO_2-Chitosan对Cu~(2+)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir模型,为自发、放热、优惠型的单分子层化学吸附.在pH为6.0, 298 K下达到最大吸附量154.8 mg·g~(-1),吸附解吸4次后吸附容量变化不大,说明Fe_3O_4@SiO_2-Chitosan具有较高的吸附容量,可作为处理含铜废水和回收铜的高效吸附剂.     

氨三乙酸酐改性纤维素对Cd~(2+)的吸附性能

本实验采用氨三乙酸酐改性玉米秸秆纤维素和苎麻纤维素,制备了两种改性纤维素吸附剂NTAA-CS及NTAA-RF,并研究了这两种吸附剂对水中Cd2+的吸附性能.通过元素分析、FTIR及SEM分析发现,纤维材料表面成功引入了氨三乙酸分子中的酯键和氨基基团.在改性纤维素吸附剂投加量为2 g·L-1,Cd2+的初始浓度为200 mg·L-1,p H值为4.0时,NTAA-CS和NTAA-RF对Cd2+的去除率分别为82.6%和90.2%.吸附实验结果表明:改性纤维素吸附剂对Cd2+的吸附是一个快速过程,吸附的最佳p H范围为4.0~7.0.吸附等温线用Langmuir方程的拟合效果优于Freundlich方程.经过5次吸附再生,吸附剂仍可以保持较大的吸附容量.这些结果表明,NTAA-CS和NTAA-RF在去除重金属废水中有较大的应用前景.     

有机改性蛭石的特性及其对Hg~(2+)吸附性能的研究

以巯基乙胺(MEA)为改性剂制备有机改性蛭石(MEA-VER),研究其对Hg2+的吸附行为,并用XRD、FTIR、BET、Zeta potentials等技术对有机改性蛭石进行表征与分析.XRD、FTIR、BET、Zeta potentials等分析结果显示,MEA成功负载到蛭石上.吸附实验结果表明,改性蛭石对Hg2+的吸附量明显增加,吸附基本在2 h内达到平衡,在p H为5~10范围内都有较好的吸附效果.改性蛭石对Hg2+的吸附更符合Langmuir等温吸附模型和Pseudo-second-order动力学模型.改性蛭石对Hg2+的吸附机理主要为配位吸附、电荷吸附.     

多微孔苄基化木粉对Cu2+和Pb2+的吸附研究

以中国杉木粉为研究对象,经苄基化改性和水热处理制得多微孔苄基化木粉.同时,以多微孔苄基化木粉为吸附材料,研究了苄基化木粉的增重率、溶液的p H值、接触时间、离子初始浓度和吸附温度等因素对Cu2+和Pb2+吸附效果的影响,并采用红外光谱、扫描电镜、核磁共振等分析手段对木粉改性与水热处理前后的材料进行了结构表征.结果表明:木粉经苄基化改性及水热处理后所制得的多微孔苄基化木粉对Cu2+和Pb2+的吸附百分率比原木粉分别提高57%和209%,木粉的苄基化程度、溶液的p H值、接触时间、离子初始浓度和温度是影响Cu2+和Pb2+吸附百分率的重要因素.当溶液的p H值为5.5,Cu2+和Pb2+的浓度为30 mg·L-1,吸附温度为40℃,吸附时间为60 min,多微孔苄基化木粉质量为溶液质量的2.0%时,Cu2+去除率达94.4%,Pb2+去除率达88.7%.