氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂的制备及对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯,再与淀粉进行反应制得了氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂(GO-Starch)。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等技术手段对GO-Starch的结构和官能团进行表征,研究GO-Starch对水中Cu~(2+)、Pb~(2+)吸附性能,探讨吸附时间、温度、吸附剂用量、初始浓度、pH等因素对吸附率的影响。结果表明:(1)在30℃、pH为5、Cu~(2+)初始质量浓度为40mg/L的条件下,GO-Starch对Cu~(2+)的吸附在90min达到吸附平衡。在30℃、pH为4、Pb~(2+)初始质量浓度为20mg/L的条件下,GO-Starch对Pb~(2+)的吸附在120min达到吸附平衡。(2)GO-Starch对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,对Pb~(2+)的吸附符合Freundlich等温吸附模型;对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学特性均符合准二级动力学模型。     

UiO-66/氧化石墨烯的制备及对水中四氯化碳的吸附

采用溶剂热法制备了UiO-66和UiO-66/氧化石墨烯复合材料;以水中四氯化碳为处理对象,研究了吸附时间、污染物浓度及温度等因素对吸附过程的影响,并对吸附过程进行动力学和热力学模拟探讨。结果表明,当四氯化碳浓度为10 mg·L~(-1)、30℃时,吸附反应在6 h达到平衡,四氯化碳的去除率为87.5%。UiO-66/氧化石墨烯材料对四氯化碳的吸附过程符合拟二级动力学模型。热力学结果显示ΔG0、ΔH0、ΔS0,由此判断吸附过程是自发、吸热和熵增加的过程。UiO-66/氧化石墨烯材料中比表面积、表面分散力和晶体缺陷的增加使其对四氯化碳具有更好的吸附性能。     

乙二胺还原的氧化石墨烯对镉离子的动态吸附

以乙二胺(EDA)还原氧化石墨烯(GO)制得一种吸附剂材料,即还原态氧化石墨烯(RGO)。考察了动态条件下Cd2+溶液的初始浓度、流速及吸附床高度对穿透曲线的影响,同时利用Bed-Depth-Service Time(BDST)模型对吸附床高度与穿透时间的关系进行线性拟合分析,研究了RGO对Cd2+溶液的动态吸附性能。结果表明,RGO可以有效地去除水溶液中的Cd2+,随着吸附床高度的增加,离子的去除率增大,穿透时间延长;当溶液初始浓度增大时穿透时间缩短,离子的去除率减小;而溶液的流速加快,穿透时间和去除率都相应减小。吸附床高度与穿透时间的关系可用BDST模型较好地进行描述,预测新的操作条件下的穿透时间与实验值误差均小于5%。     

多胺改性PGMA-DAAM树脂的合成及对Pb~(2+)的吸附性能

甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与双丙酮丙烯酰胺(DAAM)发生共聚,生成一种含环氧基和DAAM亲水链节的PGMA-DAAM共聚物,再与三乙烯四胺反应,合成了一种多胺改性的PGMA-DAAM树脂(TETA-PGMA-DAAM)。树脂的结构经元素分析、红外光谱和热重分析进行表征。探讨了合成树脂对Pb~(2+)的吸附性能,考察了吸附温度、pH、金属离子浓度等因素对吸附效果的影响。结果表明,树脂对Pb~(2+)的吸附量随着温度的升高而略有增大,在pH约为4.7、温度为40℃和Pb~(2+)平衡浓度为0.01299 mol/L时其最高吸附量可达到1.581 mmol/g。树脂对Pb~(2+)的吸附符合Boyd模型,表现为液膜扩散控制,其扩散系数在30℃和35℃时分别为0.0131 min-1和0.0175 min-1。吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附式。吸附热力学参数ΔG,ΔH和ΔS分别为-3.912 k J/mol(25℃)、2.058 k J/mol和20.025 J/mol,表明吸附过程为自发进行的吸热过程。     

PS-TMT树脂的合成及其对水溶液中Hg(Ⅱ)的吸附性能

以氯甲基聚苯乙烯树脂为载体与三聚硫氰酸反应,合成了功能化的螯合树脂PS-TMT,并对其进行了元素分析、红外光谱以及比表面表征。通过静态吸附实验研究了其对水溶液中Hg(Ⅱ)的吸附性能,结果表明,PS-TMT螯合树脂在pH值1～7范围内对Hg(Ⅱ)具有良好的吸附能力,在25℃、pH 7条件下对Hg(Ⅱ)的最大吸附容量为344 mg/g;动力学研究显示树脂对Hg(Ⅱ)的吸附在240 min内可达到吸附平衡,吸附动力学过程符合准二级动力学模型;吸附等温线则符合Langmuir吸附等温线模型。     

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。     

二乙烯三胺改性花生壳纤维素对水中刚果红的吸附

采用环氧氯丙烷和二乙烯三胺对花生壳中纤维素进行改性,制备了二乙烯三胺花生壳纤维素(DMPSC),运用红外光谱(FTIR)进行表征,并探究了DMPSC对刚果红的吸附性能和机理。结果表明,DMPSC的吸附率明显高于其他吸附剂。在原始p H,吸附剂用量为1 g·L~(-1),吸附时间为180 min,温度为8、30和50℃时,100 mg·L~(-1)的刚果红溶液吸附量分别达到83.24、99.04和99.78 mg·g-1。吸附过程符合Langmuir等温线模型,在8℃时饱和吸附量(qm)为111.86 mg·g-1。准二级动力学方程能更好地描述吸附动力学过程,表观活化能Ea为56.88 k J·mol-1,升高温度有利于DMPSC对刚果红的吸附,该过程属于化学吸附。     

花生壳基和木屑基生物炭对离子型染料和Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

采用花生壳和木屑为原材料分别在300、600℃限氧条件下热裂解制备4种生物炭,研究了其对阳离子型染料亚甲基蓝(MB)、阴离子型染料刚果红(CR)和重金属Pb(Ⅱ)的吸附等温线和吸附动力学效应以及生物炭上Pb(Ⅱ)的解吸再生效应。结果表明,相比Freundlich方程,生物炭对MB和Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir方程。其中,生物炭对MB的吸附受到表面含氧官能团和平均孔径影响,对Pb(Ⅱ)的吸附机制以离子交换或共沉淀为主。相比Langmuir方程,生物炭对CR的吸附等温线更符合Freundlich方程,吸附机制主要以疏水作用为主。300℃热裂解花生壳制备的生物炭对MB吸附效果最好,最大吸附量达28.0 mg/g;600℃热裂解制备的生物炭对CR吸附效果最好;300、600℃热裂解花生壳制备的生物炭对Pb(Ⅱ)吸附效果均较好,最大吸附量分别为63.7、73.2 mg/g。生物炭对MB、CR和Pb(Ⅱ)的吸附基本在24 h内达到平衡,相比准一级动力学模型,吸附过程均更符合准二级动力学模型。0.1 mol/L盐酸能有效解吸4种生物炭吸附的Pb(Ⅱ)。生物炭的吸附效果和吸附机制与生物炭制备时的热裂解温度和原材料种类关系密切。     

柚子皮水热炭对六价铬的吸附

采用水热炭化的方法制备柚子皮水热炭吸附剂,用红外光谱仪和氮吸附仪测定水热炭表面的官能团和孔结构,考察了吸附剂用量、溶液pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附时间对吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:水热炭是典型的介孔材料且有较多的含氧官能团,有利于Cr(Ⅵ)的吸附。溶液pH值小于7时,吸附效果较好;当溶液中Cr(Ⅵ)离子的初始浓度为50mg·L~(-1),pH=6,吸附剂用量为0.4 g·(50 mL)~(-1)、吸附时间为90 min时、水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附率和吸附量分别为99.03%、6.19 mg·g~(-1)。柚子皮水热炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型,且35、45、55℃的等温吸附数据拟合结果表明等温吸附过程符合Freundlich模型。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

改性粉煤灰合成沸石对甲基橙的吸附动力学

以粉煤灰(FA)为原料,采用水热晶化一步法制备了Na P1型沸石(ZFA),对合成产物的结构进行了表征,并采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对其进行改性。通过静态吸附实验,研究了改性后Na P1型沸石(MZFA)对水溶液中甲基橙的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理。结果表明,在所研究的浓度条件下,改性Na P1型沸石对甲基橙的吸附符合Langmuir等温吸附方程,在25℃时,静态饱和吸附量(Qm)为64.76 mg/g。动力学分析表明,改性Na P1型沸石对溶液中甲基橙的吸附符合准二级动力学模型。     

石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁对As(Ⅲ)的去除

以氧化石墨烯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制得石墨烯/二氧化硅复合材料(GS),以GS为基体,采用液相还原法,得到石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁(NZVI/GS),将其用于水中As(Ⅲ)的吸附研究。通过XRD、TEM、BET、Zeta电位等表征手段对NZVI/GS进行表征。探讨不同反应条件对NZVI/GS的吸附影响,并进行动力学方程和吸附等温线方程拟合。结果表明,NZVI/GS对As(Ⅲ)具有良好的去除效果,当初始溶液pH为6~8,投加量为0.4 g·L~(-1),反应温度为35℃,砷初始浓度为2 mg·L~(-1)时,NZVI/GS对As(Ⅲ)的去除率高达99.81%。通过Langmuir等温吸附方程得到NZVI/GS对As(Ⅲ)最大吸附量55.93 mg·g~(-1)。     

TiO_2/壳聚糖/氧化石墨烯复合微粒的制备及吸附As(Ⅲ)

用化学混合法将采用Hummer方法制备的氧化石墨烯加载到了二氧化钛/壳聚糖基复合微粒中,并用于水中As(Ⅲ)的去除。通过扫描电镜、Zeta电位仪和BET比表面积分析仪对微粒进行了表征。结果表明,经改性后的二氧化钛/壳聚糖/氧化石墨烯复合微粒在紫外光照下最大吸附容量可达12.43 mg·g-1,而二氧化钛/壳聚糖微粒的最大吸附量仅为4.97 mg·g-1。吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附等温线可用Langmuir模型描述。随p H值的增加,吸附剂对As(Ⅲ)的吸附量逐渐减小。该新型复合微粒吸附剂制备方式、合成条件简单,具有吸附容量较高和易于固液分离再生的优点,因此对水中除As(Ⅲ)有较好的应用前景。     

藻类吸附剂对六价铬的吸附特性

以浮游藻类制成的生物吸附剂为对象,研究了不同液相起始pH、吸附剂用量Cm和不同吸附时间t等因素对生物吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的影响,并进行了热力学分析和对吸附前后藻类吸附剂进行了FTIR分析。结果表明,最佳吸附条件为:在起始pH=1.0,吸附剂用量Cm=6.0 g/L,吸附时间t=180 min,吸附温度T=30℃时吸附效率达到了92.10%;藻类吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附能很好地符合Langmuir模型和Freundlich模型,在实验的温度范围内,ΔG0均为负值,说明实验条件下藻类吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附反应能够自发进行;红外图谱显示在1 261~1 537 cm-1和1 034~1 053 cm-1区域峰发生了明显变化,说明其为细胞上的多糖、蛋白质等成分更多地参与了对Cr(Ⅵ)的吸附过程。由此可见,利用中水里生长的藻类制成生物吸附剂,吸附Cr(Ⅵ)具有可行性,吸附速率较高,吸附平衡时间较快。     

赤铁矿的硫化改性及硫化产物对水中六价铬的还原固定化

以赤铁矿为原料、硫化钠为硫化试剂,对赤铁矿进行了硫化改性,考察了硫化赤铁矿(SH)对水中六价铬Cr(Ⅵ)的还原固定化性能。Langmuir等温吸附模型拟合结果表明,该材料在pH=7时对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为66.7 mg·g^-1,约为原始赤铁矿的39倍。SH对Cr(Ⅵ)的去除过程符合准二级动力学模型,表明该过程可能受化学吸附控制。进一步采用TEM、XRD等手段对SH进行了表征,并结合材料吸附前后的XPS图谱变化,对SH去除水中Cr(Ⅵ)的机制进行了分析。结果表明,与未改性的赤铁矿相比,硫化改性赤铁矿对Cr(Ⅵ)去除性能显著提高的原因可能源于赤铁矿表面形成的铁-硫化合物层。在SH还原固定化Cr(Ⅵ)的过程中,表面硫化层中的还原性物质FeS、吸附态Fe(Ⅱ)和S(-II)将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而实现对Cr(Ⅵ)的稳定化。     

PVDF/ZrO_2杂化膜的制备及其吸附刚果红的性能

采用浸没沉淀法制备了ZrO_2共混的聚偏氟乙烯杂化膜,通过扫描电子显微镜(SEM)和热重(TG)对其结构进行了表征,并将其应用于对染料刚果红的吸附。考察了pH、温度、吸附时间和ZrO_2用量对刚果红吸附的影响。结果表明:在弱酸性条件下有利于杂化膜对刚果红的吸附;随着ZrO_2用量的增加,吸附量逐渐增加;在25℃条件下,吸附平衡时间为25 min,吸附动力学过程符合准二级动力学方程;Langmuir吸附模型能较好的描述等温吸附过程,最大吸附量达到0.271 7 mg·cm-2。     

D006树脂对Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

通过树脂筛选实验,选用大孔强酸性阳离子树脂D006作为Cd(Ⅱ)的吸附材料,通过静态实验考察吸附时间、振荡转速、溶液pH和树脂用量对吸附效果的影响,并探讨了吸附的热力学和动力学性能,同时对树脂进行了再生实验。结果表明,D006树脂对Cd(Ⅱ)的平衡吸附量可达20.98mg/g;D006树脂吸附Cd(Ⅱ)的最佳条件为吸附时间120min、振荡转速120r/min、溶液pH 2.9左右、树脂用量0.20g;D006树脂对Cd(Ⅱ)的吸附过程符合Langmuir方程,为单分子层吸附;准二级动力学模型能较好地描述Cd(Ⅱ)在D006树脂上的吸附行为,吸附的活化能为5.46kJ/mol,该吸附过程主要为物理吸附;于30℃下采用1mol/L硫酸对吸附后的D006树脂进行脱附,脱附率可达到96%以上,可实现对Cd(Ⅱ)的富集与回收。     

交联壳聚糖珠吸附活性染料的动力学研究

利用交联剂环氧氯丙烷(ECH)对壳聚糖进行改性,制备了交联壳聚糖珠,对活性染料(活性艳蓝ST-RV)的脱色性能进行了研究。分别从起始染料浓度(100～200 g/cm3)、温度(30～50℃)以及pH(7～9)考察了对染料吸附的动力学影响。当起始染料浓度为200 g/cm3,温度30℃,pH=7时,交联壳聚糖珠对ST-RV的吸附量达到77.49 mg/g。用准一级和二级动力学模型描述了动力学数据并确定了速率常数,最后进行了交联壳聚糖珠的再生实验。结果表明,吸附数据符合二级动力学模型;当pH=10时,交联壳聚糖珠可少量解吸。     

热活化介孔水生苔藓植物化石对水溶液中Cd(Ⅱ)的去除效应

采用热活化技术改性上水石,探讨热活化前后上水石的特征变化和吸附能力,同时考察了热活化后上水石对Cd(Ⅱ)的吸附动力学、吸附热力学及吸附机理。结果表明:(1)热活化后上水石表面形成塌陷和界面缺陷,能提供更多的吸附活性位点来有效提高其吸附能力。(2)上水石经750℃热活化后,吸附量显著提高。其中,750℃热活化后的山东省、山西省上水石的最大吸附量分别为37.20、24.65mg/g。上水石对Cd(Ⅱ)的吸附更符合准二级动力学模型,表明吸附速率由化学吸附控制。Langmuir模型能更好拟合上水石对Cd(Ⅱ)的吸附,反映了该吸附过程是单层吸附。(3)热活化后上水石对Cd(Ⅱ)的吸附机理可归因于形成了CdCO_3、Cd(OH)_2和(Ca,Cd)CO_3的表面沉淀。     

3种污泥对磺胺二甲基嘧啶的吸附性能

研究了厌氧颗粒污泥、厌氧污泥及好氧污泥对磺胺二甲基嘧啶(SM2)的吸附性能。当SM2初始浓度为50μg/L时,采用活性污泥灭活吸附,考察了吸附平衡时间、吸附等温线及温度对污泥吸附的影响,并比较了失活污泥与活性污泥的吸附性能。结果表明,3种污泥对SM2的吸附均在1 h内达到吸附平衡;3种失活污泥对SM2的吸附都可用Freundl-ich和Langmuir吸附模型来描述,并且Freundlich吸附模型的拟合效果要好于Langmuir模型(R2F>R2L);温度对3种污泥吸附影响规律一致,并且吸附常数KF(15℃)>KF(25℃)>KF(35℃),这说明吸附为放热反应,低温有利于吸附反应的进行。活性污泥对SM2的吸附与失活污泥吸附规律一致,都符合Freundlich模型。3种活性污泥对SM2的去除是吸附和降解的共同作用,并且都是降解占主导地位,降解效率为厌氧污泥>好氧污泥>厌氧颗粒污泥。