改性西瓜皮生物炭的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以西瓜皮为原料,使用硫化铵[(NH₄)₂S]对其改性制备生物炭(MBC),用于对Pb(Ⅱ)进行吸附.探究了溶液pH、吸附时间、吸附剂添加量、Pb(Ⅱ)初始质量浓度和离子强度等因素对Pb(Ⅱ)吸附效果的影响.结果表明,饱和吸附时间为5 h,吸附反应的最佳pH为6,当Pb(Ⅱ)初始质量浓度1 000 mg·L^-1,吸附剂添加量为2.0 g·L^-1时,MBC对Pb(Ⅱ)的最大吸附量可达97.63 mg·g^-1,明显高于未改性西瓜皮生物炭(BC)对Pb(Ⅱ)的吸附量.改性西瓜皮生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学模型,证明吸附以单分子层化学吸附为主.使用氢氧化钠溶液对吸附Pb(Ⅱ)之后的MBC进行解吸来研究MBC的可重复使用性,在第六次循环中吸附量仍达64.74 mg·g^-1.采用傅立叶转换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、氮吸附(BET)、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)和Zeta电位...     

高锰酸钾改性桉木生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以桉木为原料,使用高锰酸钾对桉木生物炭（BC）进行改性,制备改性生物炭（KBC）.对其进行表征,并进行了水溶液中Pb （Ⅱ）的静态吸附实验,探究了溶液pH、吸附剂投加量、吸附时间、温度和初始浓度对Pb （Ⅱ）的吸附效果影响.结果表明,最佳吸附反应pH为5,吸附在6 h达到饱和,当温度为25℃,Pb （Ⅱ）的初始浓度为100mg ·L^-1,吸附剂投加量为0.06 g时,KBC对Pb （Ⅱ）的最大吸附量为83.059mg ·g^-1,去除率为99.67%.KBC对Pb （Ⅱ）的吸附遵循二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,其是发生在均匀表面的单层吸附.采用BET、SEM-EDS、XRD、FT-IR和XPS对吸附剂进行表征分析,发现吸附机制主要是KBC含氧和KBC含锰基团通过络合作用和沉淀作用来吸附Pb （Ⅱ）,以及在吸附过程中生物炭表面会形成—O—Pb—O—双齿配合物.因此,高锰酸钾改性BC可以作为一种很好的Pb （Ⅱ）吸附剂.     

海藻酸钙/生物炭复合材料的制备及其对Pb (Ⅱ)的吸附性能和机制

利用海藻酸钙(CA)包覆生物炭(BC)制备了一种新型复合材料(CA/BC),用以吸附水溶液中的Pb(Ⅱ).系统研究了溶液的初始浓度、p H、时间对吸附的影响.BC和CA/BC吸附Pb(Ⅱ)等温热力学数据符合Langmuir模型,在p H=5的条件下对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别为93.20 mg·g~(-1)和155.04 mg·g~(-1).BC吸附Pb(Ⅱ)动力学数据符合准二级动力学模型,化学吸附是速率控制步骤.CA/BC吸附Pb(Ⅱ)动力学数据符合准一级动力学模型,扩散是速率控制步骤.结果表明CA/BC吸附Pb(Ⅱ)的机制主要包括形成配合物,以及Ca(Ⅱ)与Pb(Ⅱ)发生离子交换.     

改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

高锰酸钾改性椰壳生物炭对水中Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除性能及机制

以高锰酸钾改性商业椰壳生物炭(MCBC)为吸附剂,探讨了它对Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除性能及机制.当初始pH和MCBC投加量分别为5和3.0 g·L^-1时,Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除率均高于99%.Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除更符合准二级动力学模型,表明它们的去除以化学吸附为主;Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)去除的控速步骤为快速去除阶段,而该阶段的速率取决于液膜扩散和颗粒内扩散(表面扩散).Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)主要通过表面吸附和孔隙填充附着在MCBC上,表面吸附的贡献更大;MCBC对Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的饱和吸附量分别为57.18 mg·g^-1和23.29 mg·g^-1,约为前驱体(椰壳生物炭)的5.74倍和6.97倍.Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除是自发的、吸热的,具有较为明显的化学吸附热力学特征.Cd(Ⅱ)通过离子交换、共沉淀、络合反应和阳离子-π相互作用附着在MCBC上;而Ni(Ⅱ)则是通过离子交换、共沉淀、络合反应和氧化还原反应被MCBC去除;其中,共沉淀和络合作用是Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)表面吸附的主要方式,且络合...     

改性累托石对废液中Pb2+吸附研究

通过采用HCl、Na2CO3、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、十六烷基三甲基氯化铵(1631)等试剂对天然累托石进行改性研究,并将改性后的累托石用于吸附废液中过量Pb2+。实验结果表明单独采用无机改性的效果明显好于单独使用有机改性的效果。考虑到采用无机改性后的累托石在溶液中的沉降性很差,不利于沉淀分离,故而采取无机-有机相结合的方法改性累托石。此法对Pb2+的去除率基本达到100%,吸附容量可达到8.31mg/g,并且吸附后的混合液很容易实现两相分离,有利于提高吸附效果。     

氧化锰改性活性炭的优化制备及其对Cd(Ⅱ)的吸附研究

采用浸渍焙烧法制备了活性炭负载氧化锰的除镉(Cd(Ⅱ))吸附剂,通过L_9(3~4)正交试验确定最优制备条件如下:浸渍时间7 h,KMnO_4质量分数2.7%,焙烧温度470℃,焙烧时间2.5 h。通过BET、SEM、FTIR、XRD对改性活性炭(MOAC)进行表征,研究了pH值、吸附时间、初始浓度、吸附温度等对Cd(Ⅱ)吸附效果的影响。结果表明:MOAC表面烃基含氧官能团增多,氧化锰以MnO_2的形式负载到其表面;当MOAC的投加量为0.5 g/L,Cd(Ⅱ)的初始浓度为50 mg/L,溶液pH值为6.0,温度为298 K,吸附时间为12 h时,MOAC对Cd(Ⅱ)的吸附量高达84.15 mg/g,吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程,热力学参数表明该吸附过程为放热、自发的过程。     

醋糟生物炭对水体中Pb(Ⅱ)吸附的影响

以醋糟为原料在700℃绝氧条件下制得醋糟生物炭,对比研究了醋糟炭化前后对水体中Pb(Ⅱ)的吸附效果与特性。采用比表面分析仪、傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对吸附质进行表征,并通过吸附试验测定了吸附质对Pb(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,在温度为298 K,p H为3~6的条件下,醋糟生物炭与醋糟对Pb(Ⅱ)达到吸附平衡的时间均为30 min,最佳投加量均为3.3 g/L。两种物质对Pb(Ⅱ)的吸附均高度拟合准二级动力学方程,吸附过程符合Langmuir模型,推测其主要为单分子层的化学吸附。与醋糟相比,醋糟生物炭具有更大的吸附容量,为68.027 mg/g,且在常温下即可表现出优异的吸附效果。由SEM和FTIR分析结果可知,醋糟生物炭孔隙结构较醋糟更为发达,且表面含有丰富的含氧官能团和芳香类化合物。     

植物根际分泌有机酸对生物炭吸附Pb (Ⅱ)的影响

本研究采用室内模拟实验的方法,考察了生物炭（热解温度200,300,400,500℃）对Pb（Ⅱ）的吸附行为,并以草酸和柠檬酸为代表,探讨有机酸对生物炭吸附Pb（Ⅱ）的影响.结果表明：Langmuir模型较Freundlich模型更适合于对两类生物炭（花生壳生物炭、松木生物炭）吸附Pb（Ⅱ）的数据进行拟合,200℃制备的花生壳生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附容量最大;生物炭吸附Pb（Ⅱ）的过程为自发过程,且花生壳生物炭强于松木生物炭,低温生物炭强于高温生物炭;柠檬酸浓度为2.60×10^-2mmol/L及草酸浓度为7.65×10^-2mmol/L以下时,其在生物炭表面的吸附为Pb（Ⅱ）提供了更多的吸附位点,从而促进了Pb（Ⅱ）吸附;有机酸浓度增大以后,占据生物炭的内部孔隙,竞争重金属吸附位点,从而抑制了Pb（Ⅱ）在生物炭上的吸附.本研究将为系统认识生物炭的环境效应提供重要的基础信息,有助于全面评估有机酸影响下生物炭在环境修复中的功能.     

混合金属氧化物/碳复合材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附性能

由金属离子及其类似物可控合成的层状双金属氢氧化物具有丰富的层间离子和表面官能团,因而在吸附方面得到了广泛研究,但吸附-脱附应用方式会对环境造成二次污染.将吸附刚果红的层状双金属氢氧化物通过煅烧碳化制备混合金属氧化物/碳复合材料,详细研究了对水溶液中重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附性能.结果表明,混合金属氧化物/碳复合材料对Pb(Ⅱ)具有较快的吸附速率和较高的吸附容量.30 min内吸附量即可达到150 mg·g^-1以上,同时,其吸附量随层状双金属氢氧化物中引入Mg²⁺含量的增加而增加,最大达到368 mg·g^-1.混合金属氧化物/碳复合材料对Pb(Ⅱ)的去除机制主要是表面诱导生成难溶物Pb₃(CO3)₂(OH)₂.研究结果为混合金属氧化物/碳复合材料对含铅土壤的修复奠定了应用基础.     

响应曲面法优化KOH改性污泥生物炭的制备及其强化去除Pb（Ⅱ）的研究

采用响应曲面法优化了KOH改性污泥生物炭（SB-KOH）的制备条件,研究了各因素之间对生物炭吸附性能的交互影响,并且探讨了KOH强化生物炭吸附能力的机制.同时,研究了吸附时间、吸附温度及pH对SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）的影响,探讨其吸附机理.结果表明：KOH浸渍浓度是最显著因素,较高浸渍浓度有利于提高SB-KOH的吸附性能;增加KOH浸渍浓度和升高热解温度可以协同提高SB-KOH的吸附性能;最佳制备条件为2.5 mol·L^-1的KOH浸渍浓度、7 h的浸渍时间、631 ℃的热解温度和44 min的热解时间.KOH改性后的污泥生物炭表面粗糙, 比表面积增大,微孔数量增加,SB-KOH的比表面积为141.22 m²·g^-1,是原污泥生物炭（SB,5.93 m²·g^-1）的24倍,改性后的生物炭碱性提高、K元素含量增加.SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）是以化学吸附为主的多分子层混合吸附,膜扩散是主要的速率控制步骤,增加溶液pH、提高温度可促进吸附.吸附机制涉及矿物沉淀（Q_mp）、离子交换（Q_ie）、含氧官能团的络合（Q_oc）和金属π键结合（Q_mπ）,不同吸附机理的贡献顺序为：Q_mp（143.5 mg·g^-1）>Q_ie（39.67 mg·g^-1）>Q_oc（8.56 mg·g^-1）>Q_mπ （1.65 mg·g^-1）,KOH改性强化了生物炭对Pb（Ⅱ）的矿物沉淀和离子交换吸附量.本研究丰富了KOH改性污泥生物炭的制备理论,阐明了SB-KOH吸附Pb（Ⅱ）吸附机理及其影响的主要机制.     

浮萍生物炭的老化作用对其性质及对Cd(Ⅱ)吸附的影响

为了研究老化作用对生物炭性质及其对重金属Cd吸附的影响,将浮萍生物炭(LM)分别进行了高温老化(high temperature aging)、冻融循环老化(freeze-thaw cyclesaging)和自然老化(spontaneous aging),通过SEM-EDS、FTIR和吸附实验探究可能存在的变化机理。结果显示:冻融循环老化和高温老化会使生物炭表面O/C分别增加56.98%和90.14%,自然老化比较缓慢,对生物炭O/C影响不大。高温老化使生物炭表面羟基转化为羧基,为羧基化过程;冻融循环老化会使生物炭表面羟基增加,其他官能团基本不变;自然老化条件下,生物炭表面官能团无明显变化。老化作用增强了生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附,冻融循环、高温、自然老化作用使LM最大平衡吸附量分别增加了32.67%,83.17%,15.97%。研究表明生物炭的老化会使生物炭本身性质发生变化,但这一变化有利于生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附,生物炭在环境中具有较好的稳定性。     

不同制备温度下污泥生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以城市剩余污泥为原料,于300,400,500,600℃温度条件下制备生物炭,通过单因素静态吸附实验探讨制备温度对生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:在500℃以内随着温度上升制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量增加,制备温度高于500℃后变化不明显;扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、傅里叶红外光谱(FTIR)表征结果显示,热解温度对生物炭表面形貌和官能团组成有显著影响;等温模型及动力学拟合结果表明,生物炭吸附Cr(Ⅵ)为单分子层吸附、物理-化学复合吸附。热解温度对污泥制备生物炭吸附Cr(Ⅵ)的性能有显著影响,最佳制备温度为500℃,在此条件制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的理论吸附量可达7. 93 mg/g。     

老化作用促进生物炭已吸附Cd (Ⅱ)的进一步稳定化研究

环境变化是否会导致已被生物炭吸附Cd(Ⅱ)的活化?本文通过人工加速模拟老化实验研究老化作用对生物炭已吸附Cd(Ⅱ)稳定性的影响.首先进行2种生物炭对Cd(Ⅱ)的饱和吸附实验,再将饱和吸附Cd(Ⅱ)的秸秆生物炭(RS+Cd)和浮萍生物炭(LM+Cd)分别进行化学老化、物理老化和自然老化,通过TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)提取实验研究生物炭吸附Cd(Ⅱ)的稳定性并探究可能存在的稳定机理.结果显示,老化56 d时,RS+Cd的3种老化处理的TCLP提取态Cd(TCLP-Cd)较老化初期降低了18.58%~49.23%,而LM+Cd降低了15.10%~26.16%,老化作用提高了生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附稳定性,稳定化效果依次为化学老化物理老化自然老化.进一步稳定化机理为老化作用提高了生物炭表面氧化性,增加含氧官能团,并且老化后生物炭发生破碎,有利于生物炭内部的P、Fe、Ca等元素的溶解释放,为Cd(Ⅱ)提供更多的吸附点位.浮萍生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附较秸秆生物炭有更强的稳定性.     

碱和磁复合改性小麦秸秆生物炭对水体中镉的吸附特性及机制

通过对小麦秸秆生物炭(BC)进行碱和磁复合改性得到改性小麦秸秆生物炭(FKC),在SEM-EDS、 BET、 FT-IR、 XRD和VSM等表征的基础上,研究了FKC对水中Cd~(2+)的吸附特性及温度、pH值和投加量等对吸附特性的影响,探讨了碱和磁复合改性提高小麦秸秆生物炭吸附Cd~(2+)性能的机制.结果表明,与BC相比,KFC结构疏松多孔,表面积增加了19.11倍,O—H、■等芳香族和含氧官能团数量增多,并且出现新的官能团Fe—O. FKC具有磁性,其磁化强度为8.43 emu·g~(-1),能够回收重复使用. FKC对Cd~(2+)的吸附更符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型,表明其主要以化学吸附为主,FKC的理论最大平衡吸附量为23.44mg·g~(-1),是BC的1.47倍. FKC对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程.在pH为2～8范围内,随pH的升高FKC的吸附能力逐渐提高.生物炭的投加量为10 g·L~(-1)较好.经3次"吸附-解吸-再吸附"循环后,FKC对Cd~(2+)的吸附量仍达到17.71mg·g~(-1),表明其有良好的重复利用性.该研究结果可为碱和磁复合改性小麦秸杆生物炭应用于Cd污染废水处理提供理论指导.     

Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)吸附性能及其作用机理研究

采用水浴共沉淀法在碱性条件下制备两种Zn系层状双金属氢氧化物(Zn-LDHs),并对天然麦饭石进行覆膜改性得到Zn-LDHs覆膜改性麦饭石.运用能谱分析仪(EDS)配合场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)检测改性前后麦饭石,及吸附试验后ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石的形貌和元素变化;采用X射线衍射仪(XRD)对天然麦饭石和ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石的结构进行表征;通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、吸附热力学试验、不同pH值条件下的吸附试验和竞争离子吸附试验,探究Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附效果及其作用机理.结果表明,Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附性能显著提升,其中ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石饱和吸附容量(2500 mg·kg~(-1))较天然麦饭石(714.29 mg·kg~(-1))提高了3.5倍;吸附时间、pH值和温度条件均对吸附容量产生影响;Zn-LDHs覆膜改性麦饭石吸附过程更符合Langmuir等温模型、准二级动力学模型、Elovich模型,为均匀的单分子层化学吸附,而天然麦饭石吸附过程符合Freundlich等温模型和准一级动力学模型,吸附类型为非均匀多分子层物理吸附;Zn-LDHs覆膜改性麦饭石热力学参数ΔG~θ0,ΔH~θ0,ΔS~θ0,说明Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附是自发放热过程,天然麦饭石吸附则为自发的吸热过程.研究结果可为ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石有效应用于生态工程除Cd(Ⅱ)提供理论依据和技术参考.     

固定化改性累托石微球对水中染料橙黄Ⅱ的吸附

旨在为提高累托石对染料的吸附效率,便于其在工业中的应用,采用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对天然累托石进行改性,并利用聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠等材料固定改性累托石粉末,制备了微球状吸附剂。考察了固定化改性累托石微球对水中橙黄Ⅱ的吸附性能以及吸附热力学和动力学规律。结果表明,等温吸附规律可用Freundlich和Langmuir模式较好地模拟。吸附活化焓ΔH0呈正值,且吸附体系的ΔH0<-TΔS0,整个吸附过程活化熵的影响大于活化焓,适当升温有利于加速吸附反应的进行。吸附动力学规律符合准一级、二级吸附速率模型、Bangham模式和Elovich模型。膜扩散过程是吸附过程的控制步骤。     

废毛发生物炭的特性及其对Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附研究

对利用废毛发制备得到的生物炭进行元素组成、扫描电子显微镜(SEM电镜)等特性的分析,考察其对水中重金属的吸附作用。采用Lagergren模型对Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)吸附动力学过程进行拟合,采用Langmuir和Freundlich模型对Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附等温过程进行拟合,以研究生物炭对水中重金属Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特征。结果表明:生物炭含碳量较高,pH呈碱性,表面结构呈多孔性,具有较强的吸附能力;碳化温度为300、350 ℃时制备的生物炭,对Ni(Ⅱ)的实际最大平衡吸附量分别为5.48、6.25 mg/g,对Zn(Ⅱ)的实际最大平衡吸附量分别为3.02、3.78 mg/g;生物炭的吸附以化学吸附为主,碳化温度越高,吸附速率越快,Lagergren模型能较好地描述生物炭对Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附过程;Langmuir和Freundlich模型拟合曲线能较好地描述生物炭对Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的等温吸附,吸附温度升高,生物炭吸附量增加,在温度为20、30和40 ℃时,对Ni(Ⅱ)的最大吸附量分别为5.59、7.16和7.23 mg/g,对Zn(Ⅱ)的最大吸附量分别为1.28、1.29和1.32 mg/g。     

改性水稻生物炭对水体中Sb(Ⅲ)的吸附

采用铁、锰对水稻秸秆生物质碳(BC)进行改性,将制备所得的锰改性生物碳(Mn-BC)和铁锰改性生物碳(Fe-Mn-BC)作为吸附剂,用于对水中Sb(Ⅲ)的吸附实验.通过全自动比表面积及孔隙度分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)对吸附剂的表面性质进行研究,在吸附最佳pH值和投加量条件下开展等温吸附、动力学吸附及体系...     

两种碳酸系Fe-LDHs负载改性沸石对Cd(Ⅱ)吸附特性对比研究

为提升以沸石为代表的天然吸附材料对重金属污染物吸附效果,并将新型功能材料层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides,LDHs）有效应用于实际工程,采用水浴-共沉淀法制备两种Fe系碳酸型LDHs即时负载于沸石填料表面,利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对改性前后的沸石表面形态、化学成分和晶体结构进行表征;通过等温吸附及解吸附、吸附动力学、吸附热力学、竞争离子吸附和不同pH吸附试验,对比原始及改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附效果及其作用机理.结果表明:①改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型.②相较于原始沸石,两种改性沸石对Cd（Ⅱ）的吸附性能明显提升,且MgFe-LDHs负载改性沸石理论最大饱和吸附容量更高.③沸石改性后对Cd（Ⅱ）的吸附由放热过程变为吸热过程.④吸附时间、竞争离子及pH对沸石吸附Cd（Ⅱ）的效果产生不同程度的影响.研究显示,MgFe-LDHs负载改性沸石最大饱和吸附容量显著提升,吸附能力更强,且在不同条件下均表现出优良的吸附特性,具有作为高效除镉填料的潜力.