生物炭及其复合材料去除水体石油烃研究进展

水体的石油污染对生态环境造成的长期影响和破坏,是一直以来全球重点关注的环境问题之一。生物炭及其复合材料作为可有效吸附石油烃的富炭多孔材料,已成为目前水体修复领域的重要研究对象。文章对近年来生物炭及其复合材料在水体环境中石油烃吸附的相关研究进行了整理,总结了生物炭的类型、理化性质及其常见的制备过程,介绍了表面改性、磁性改性以及纳米改性等生物炭复合材料制备方式。在此基础上,简述了生物炭及其复合材料吸附石油烃时的原材料性质、污染初始浓度、外加物质以及盐度等内外因素的影响,讨论分析了去除石油烃过程中疏水相互作用、孔隙填充、π-π相互作用、毛细管效应以及表面吸附等作用机理。针对当前研究中所存在的生物炭及其复合材料的生态风险不明确、多数研究停留在实验室阶段、吸附过程机理研究不够深入等问题,提出了强化吸附材料风险评估、优化其制作工艺、提升其循环再生性能和深化吸附机理研究等方向,以期为生物炭及其复合材料吸附水体石油烃的大规模应用提供科学参考。     

柚子皮吸附去除水中的六价铬和砷

以生物质废弃物柚子皮为主要原料,将新鲜柚子皮经过烘干粉碎后用于吸附去除水中的六价铬和砷。研究显示柚子皮含有大量纤维状物质,存在大量微细孔道,比表面积大,具有一定的吸附能力,可用于吸附去除水中的六价铬和砷。当水中六价铬和砷离子浓度为1~10 mg/L,吸附反应时间为10 min,柚子皮的投加量为15 g/L,吸附反应温度50℃,水中六价铬和砷的去除率分别可达91.87%和60.57%,单位吸附量q最大值分别为0.63 mg/g和0.41 mg/g。吸附过程可以用Langmuir等温式和Freundlich等温式描述。研究表明柚子皮有一定的酸碱缓冲能力,可自动调节废水p H值,操作简单,无二次污染,考虑用作低浓度含六价铬和砷废水的处理,有利于生物质废弃物的资源化利用。     

石墨烯/SiO2-聚吡咯复合材料对水中Cr(Ⅵ)的吸附

以天然石墨粉、正硅酸乙酯、吡咯单体为原料,通过溶胶-凝胶法和原位沉淀法合成高比表面积石墨烯/SiO₂-聚吡咯复合材料（GS-PPy）,并对其去除水中Cr（Ⅵ）的效果进行研究,探讨溶液pH、反应时间、反应温度等因素对吸附过程的影响,同时结合TEM、XPS、FTIR等多种表征手段,探讨GS-PPy去除Cr（Ⅵ）的反应机理。研究结果表明:在pH=2.0时,GS-PPy对Cr（Ⅵ）吸附效果最好;吸附过程符合伪二级动力学和Freundlich等温线模型,为多分子层化学吸附,反应过程为吸热反应。GS-PPy去除Cr（Ⅵ）的机理主要包括静电吸引、离子交换以及氧化还原作用。     

吸附法去除水中六价铬的研究进展

六价铬C(rⅥ)是工业废水排放中严格控制的污染物之一。文章介绍了吸附法处理水体中六价铬的研究应用,重点阐述了天然矿物质、农林废弃物、聚合物、树脂、微生物絮凝剂以及碳质吸附剂去除水中C(rⅥ)的研究进展、分析了各种吸附剂处理含铬废水的机理和相关的影响因素,并对用于含铬废水处理的吸附剂发展方向进行了展望。     

聚吡咯改性生物炭对氟的吸附特性研究

以聚吡咯(PPy)改性芦苇-底泥生物炭(LB)制备了一种特异性吸附阴离子的吸附剂材料(LB/PPy)并实现水体中氟离子的高效去除.通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、孔径分析仪(BET)和傅里叶红外光谱(FTIR)对LB/PPy材料进行结构表征,并通过批量吸附实验探究LB/PPy对氟离子的吸附动力学和关键影响因素,最终揭示了该材料对氟离子的特异性吸附机理.PPy增加了LB材料的比表面积及表面官能团丰度,赋予其较高的吸附容量及特异性吸附阴离子性能.LB/PPy对氟离子的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,吸附过程同时存在物理吸附和化学吸附作用,但主要以化学键合为主;40℃时,达到最大吸附容量,为45.34mg/g,温度增加,吸附容量提升.该材料去除氟离子的最适p H值范围为8～10,具有高效的吸附效果,在多离子混合存在下仍能够保证对氟离子良好的特异性吸附能力,具有极高的应用价值.     

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。     

Fe(0)复合材料的制备及其去除对氯硝基苯的研究

为克服Fe(0)易团聚和氧化钝化的缺陷,以凹凸棒土(ATP)为载体、羧甲基纤维素钠(CMCNa)为表面改性剂,并掺杂少量Ni作为催化剂,构筑了CMCNa-ATP-Fe/Ni复合材料,研究其对水中对氯硝基苯的去除性能、还原途径与机制。研究结果表明,m(凹凸棒土)∶m(铁)为2∶1、投加量为0.5 g/L、反应时间60 min时,95.0%的对氯硝基苯被复合材料脱氯还原为苯胺。去除过程符合L-H模型,说明去除为还原与吸附的协同作用,其中k_1?k_2,因此吸附为速率决定步骤。还原途径与去除机制为:材料中的Fe(0)作为电子供体首先将对氯硝基苯上的硝基还原为胺基,生成了对氯苯胺,随后Ni将Fe(0)腐蚀产物H_2转化为活性氢原子攻击硝基对位的氯,使其被还原脱除。pH值在5～9范围内时,对复合材料还原脱氯有利。升高温度利于反应物越过能垒,加速进行反应。     

水体中阿特拉津去除技术研究进展

在阐述了阿特拉津的污染现状和危害基础上,探讨了国内外常规生物处理技术及深度处理:膜处理、高级氧化、催化还原、吸附等技术对阿特拉津的去除研究进展,并总结对比了各种处理技术的优缺点。     

不同pH值和O2条件下硝酸改性生物炭去除六价铬机理

为改善生物炭对Cr（VI）的去除性能并探究溶液初始pH值和O₂对生物炭的氧化还原活性物质（RAMs,即含氧官能团和环境持久性自由基 （EPFRs））还原Cr（VI）的影响,用硝酸（HNO₃）改性玉米秸秆生物炭（NBC）,采用电子扫描显微镜-能谱仪（SEM-EDX）、比表面积及孔隙测定仪（BET）、Zeta电位仪和红外光谱仪（FTIR）分析生物炭性质,通过X射线光电子能谱仪（XPS）、Boehm滴定和电子顺磁共振波谱仪（EPR）测定生物炭RAMs含量变化.结果表明,HNO₃改性增加了生物炭的比表面积、总孔体积、含氧官能团和表面电位,从而能更有效地去除Cr（VI）（在pH 2.0时去除率达到100%,其表面吸附的铬89.12%被还原为Cr（III））.动力学实验表明,NBC可以直接还原Cr（VI）,也可以通过还原O₂产生的?O₂^-间接还原Cr（VI）;直接还原途径占主导地位,间接还原途径对Cr（VI）的还原贡献率随着pH值的升高而增加.此外,酸性条件下含氧官能团（—OH和C—O—C）是还原反应的主要电子供体,而中性条件下EPFRs主导还原.因此,HNO₃改性提高了生物炭对Cr（VI）的去除能力,NBC可以通过直接途径和间接途径还原Cr（VI）,并且在不同pH值下通过不同电子供体主导NBC还原Cr（VI）的过程.     

聚吡咯膜电极选择性分离离子研究

电渗析作为一种高效且环境友好的电驱动膜分离技术,可以在外加直流电场的驱动下实现离子的选择性分离,被广泛应用于水处理与资源回收,其中离子交换膜是选择性分离的关键 . 本研究采用电化学沉积法成功制备了聚吡咯/对甲苯磺酸(PPy/pTS)膜电极,发现其可在0.4 V 与-0.8 V(vs. Ag/AgCl)下分别发生氧化和还原反应,并伴随着阴离子的嵌入和脱出,从而实现阴离子的富集与分离 .采用 PPy/pTS 膜电极建立了膜电极电渗析器并进行 Cl^-和 SO₄^2-的分离 . 研究发现低 pTS 的掺杂量有助于提高离子分离性能,pTS 浓度为 0.1 mol·L^-1时,接收液 Cl^-和SO₄^2-的浓度分别为 0.59 mmol·L^-1和 0.03 mmol·L^-1,Cl^-/SO₄^2-分离因子可以达到 13.92.此外,优化 PPy/p...     

茶渣生物炭制备及其对溶液中四环素的去除特性

以茶渣(tea waste)为对象,在300、 500和700℃限氧条件下热解制备成生物炭(TWBC300、 TWBC500和TWBC700),研究其对溶液中四环素(tetracycline,TC)的去除特性.采用元素分析、比表面积分析仪、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对TWBC300、 TWBC500及TWBC700进行表征;考察生物炭添加量、溶液初始pH、离子类型及强度等因素对四环素去除效果的影响;结合吸附动力学、吸附等温线和仪器表征结果探究生物炭对溶液中四环素的作用机制.结果表明,适合的生物炭投加量为4.0g·L^-1.溶液初始pH对生物炭去除四环素的影响较小.溶液中阳离子类型对生物炭吸附四环素的抑制作用依次是Mg²⁺>Ca²⁺>K⁺>Na⁺.NH⁺₄能略微促进生物炭对四环素的吸附,而铜离子却显著抑制生物炭对四环素的去除.环境温度增加能提升生物炭对四环素的去除效果.拟二级动力学方程和Lan...     

菜籽粕对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能

以菜籽粕为吸附剂去除水溶液中Pb2+,考察了pH值、吸附剂投放量、反应时间对吸附性能的影响,研究了不同温度下菜籽粕对溶液中Pb2+吸附热力学和动力学。当Pb2+溶液浓度为100 mg/L时,吸附剂投放量为4 g/L,pH值3~5.5,吸附时间120 min,Pb2+去除率达到95%以上。铅吸附等温线很好地符合Langmuir等温方程,293 K时饱和吸附量达31.9 mg/g。对吸附热力学参数ΔGθ,ΔHθ,ΔSθ的计算表明,吸附过程属于熵驱动型的吸热自发过程。Pb2+在菜籽粕上动力学吸附符合准二级速率方程,表观吸附活化能Ea=49.6 kJ/mol。结合吸附前后红外光谱(FTIR)分析,Pb2+在菜籽粕上吸附主要发生在蛋白质的酰胺结构、-NH2、-C-S-上,具有化学吸附的显著特征。菜籽粕作为一种廉价的生物质吸附剂,对低浓度Pb2+溶液吸附量大,吸附速度快,具有良好的开发应用前景。     

碳基材料负载纳米零价铁去除六价铬的研究进展

近年来,纳米零价铁(nZVI)因具有比表面积大、还原能力强、成本低的特点被用于去除环境中的六价铬〔Cr(Ⅵ)〕,然而由于高表面能、固有磁力等因素的影响,nZVI具有易团聚、易氧化和不稳定的缺点,限制了其广泛应用. 鉴于此,本文以碳材料作为支持材料改性nZVI,比较了制备碳基nZVI复合材料的方法,分析了不同碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应效能,阐述了影响复合材料去除Cr(Ⅵ)的因素. 结果表明:①湿化学法合成的复合材料有利于提高nZVI的分散性,减少团聚. 热转化法合成的复合材料有利于节约成本,提高碳材料和nZVI的结合性. ②不同碳材料负载nZVI能有效提高nZVI的分散性、稳定性和抗氧化性. ③碳基材料负载nZVI能有效降低环境因素对nZVI的负面影响. ④碳基nZVI复合材料能提高对Cr(Ⅵ)的去除能力,其对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2～20倍. 本文旨在深入了解碳基nZVI复合材料的合成方法,提高碳基nZVI复合材料的性能,以期为开发高效稳定的碳基nZVI复合材料修复环境中的Cr(Ⅵ)提供一些启示.      

阳离子聚合物改性膨润土对六价铬的吸附特性研究

采用阳离子聚合物聚环氧氯丙烷二甲铵（EPIDMA）和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）分别对钠基膨润土进行了改性,研究了改性膨润土吸附Cr(Ⅵ)的主要影响因素.结果表明,膨润土经阳离子聚合物改性处理后,吸附Cr(Ⅵ)的能力提高了5倍以上.改性膨润土所使用的阳离子聚合物量、阳离子聚合物/膨润土的投加量、溶液pH值、温度、振荡时间影响其对Cr(Ⅵ)的吸附行为.阳离子聚合物负载量分别为99.6 mg/g的EPIDMA/Bt和55.1 mg/g的PDMDAAC/Bt,在20℃、pH=4.0的溶液中,投加量为10 g/L反应120 min时,对Cr(Ⅵ)的吸附量分别为0.71 mg/g和0.56 mg/g.EPIDMA/Bt和PDMDAAC/Bt对Cr(Ⅵ)的吸附符合伪二级动力学方程和Langmuir等温吸附模式.     

水溶液中磷的吸附与预测模型

用红壤和水滑石作为吸附剂,进行了水溶液中磷的等温吸附试验,目的是研究吸附剂(W)0效应和起始吸附质浓度(C)0效应对经典方程参数变异的影响,分析经典Langmuir和Freundlich方程在液/固离子吸附体系中的适用性和验证新吸附模型的预测精确度。试验结果显示,红壤和水滑石在吸附磷的过程中存在明显的吸附剂和吸附质浓度效应,单一的经典方程仅适用于给定吸附剂或吸附质浓度的体系,因此,用其参数来表征不同吸附剂的吸附能力或描述不同吸附剂或吸附质浓度水平上的吸附规律具有一定的局限性。数据分析表明,单位吸附剂的平衡吸附量qe不唯一由初始浓度C0或液相平衡浓度Ce所决定,而是C0/W0或Ce/W0的函数,新吸附预测模型能较好的反映红壤和水滑石磷吸附的总体趋势。新的预测模型用来描述红壤和水滑石的磷吸附曲线时具有较高的精确度。在实践中,新模型可用来预测给定条件下磷的吸附量和所需吸附剂的用量。     

二苯碳酰二肼光度法测定水中六价铬方法的改进

对比了6种酸体系对二苯碳酰二肼光度法测量六价铬的影响,得出盐酸体系步骤简化。分析速度快,易操作。线性关系、精密度、准确度能得到保证。     

六价铬细菌还原的分子机制研究进展

工业化进程中铬(Cr)的广泛使用造成了严重的环境污染,其中Cr(Ⅵ)由于具有致癌、致畸变作用以及极强的水相迁移性使其成为Cr污染的主要形式,而Cr(Ⅲ)在环境中易形成沉淀且毒性较小,因此将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)被认为是一种有效的Cr(Ⅵ)污染治理策略.Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)可以通过化学反应或微生物转化,其中细菌介导的Cr(Ⅵ)还原是一种极具潜力的铬污染修复方式,具有反应温和、能耗低且无二次污染等特点,因此其还原过程的分子机制受到了越来越多的关注.本文总结了已发现的Cr(Ⅵ)还原细菌种类以及在污染治理中的应用,并详细阐述了Cr(Ⅵ)还原的分子途径和具体的功能蛋白,逐级深入的展示了目前已研究的Cr(Ⅵ)细菌还原的分子机制,对目前该领域存在的科学问题及未来的发展方向进行了归纳和总结.     

改性壳聚糖的制备及其对水中酞酸酯的吸附

以柠檬醛化学改性壳聚糖,制备柠檬醛交联壳聚糖树脂。采用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面测定及孔径分析方法表征柠檬醛交联壳聚糖树脂的结构。在25℃,pH为7条件下,考察柠檬醛交联壳聚糖树脂对3种酞酸酯(PAEs)邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸2-乙基己酯(DEHP)的吸附性能,剖析吸附机理。研究结果表明,壳聚糖对DMP、DEHP和DBP的吸附容量分别为92、113和87 mg/g,而柠檬醛交联壳聚糖树脂对DMP、DEHP和DBP的吸附容量分别为147、166和190 mg/g,柠檬醛交联壳聚糖树脂对3种PAEs的吸附效果明显提高,吸附动力学均满足一级动力学方程。经吸附剂再生实验,柠檬醛交联壳聚糖树脂对PAEs的脱附率达到96.5%~97.1%,可重复使用。     

地质封存中CO_2水溶液密度研究进展

CO2地下盐水层封存是减排CO2、缓解气候变化的可行方案之一。CO2盐水溶液密度影响CO2在储层中的扩散和运移,从而影响封存的安全性;因此,对于CO2盐水层封存十分重要。文章从实验测量和数学模型两个角度总结了对CO2水溶液密度的研究进展,认为现有实验数据的工况范围能够覆盖封存条件范围,但在数量和准确性方面都无法满足CO2地下盐水层封存需要。现有溶液密度模型大多数是经验公式,适用范围较窄、预测精度不高。理论模型正处于研究阶段,基于SAFT状态方程的理论模型是目前的研究热点。因此,需要系统研究封存条件下的CO2水溶液密度与温度、压力、CO2质量分数、盐度等因素之间的关系,建立适用范围广、预测精度高的理论模型,为CO2地下盐水层封存提供必要的支持。     

针铁矿改性生物炭对砷吸附性能

为了提高生物炭(BC)对砷的吸附能力,本研究选取小麦秸秆作为原料,采用共沉淀方法制备了针铁矿(Goethite)改性生物炭材料(Goethite@BC).比较了BC、Goethite和Goethite@BC对As(Ⅲ)的吸附特性,同时使用SEM-EDS、BET、FT-IR、XRD和XPS等技术对改性吸附剂的理化性质和吸附机制进行表征.结果表明,扫描电子显微镜分析显示有纳米级针铁矿附着在生物炭表面,可有效提高生物炭的比表面积和总孔容; 3种吸附剂对As(Ⅲ)的吸附符合伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,Goethite@BC对As(Ⅲ)的最大吸附量为65. 20 mg·g~(-1),与BC相比吸附量提高了62. 10倍. Goethite@BC吸附机制包括非特异性吸附(静电引力)和特异性吸附(配位、络合、离子交换等),纳米针铁矿颗粒在Goethite@BC表面对污染物的吸附起到重要作用. Goethite@BC在污染物修复领域具有很好地应用前景.