小麦秸秆生物炭对水中Cd~(2+)的吸附特性研究

以小麦秸秆生物炭(WSBC)为吸附剂,研究了WSBC对水中Cd~(2+)的吸附特性,探讨了溶液pH值、投加量和共存阳离子对其吸附Cd~(2+)的影响.WSBC结构表征结果表明,WSBC表面含有大量的含氧官能团.吸附结果表明,溶液pH值会对WSBC吸附Cd~(2+)产生较大影响.吸附动力学数据分别用准一级动力学、准二级动力学、Elovich和颗粒内扩散方程拟合,结果表明,准二级动力学方程可以很好地描述Cd~(2+)在WSBC上的吸附.采用Langmuir、Freundlich和Temkin等温吸附模型对吸附数据进行拟合,发现Cd~(2+)在WSBC上的吸附符合Freundlich等温吸附模型.热力学结果表明,WSBC对Cd~(2+)的吸附是一个自发的吸热过程.     

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。     

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.     

3种海洋硅藻藻粉吸附水中镉离子特性研究

利用3种海洋硅藻(角毛藻、菱形藻、海链藻)干粉对水中重金属镉离子进行吸附.实验结果表明,3种海洋硅藻对Cd~(2+)的吸附容量在一定范围内均与吸附时间、Cd~(2+)初始浓度和温度3个变量分别呈正相关关系.3种硅藻干粉对Cd~(2+)的吸附均很好地符合Pseudo二级动力学模型;吸附等温数据均更符合Langmuir等温吸附;在不考虑温度对吸附焓和吸附熵影响的前提下,计算得到的3种海洋硅藻的ΔG值均小于0.以上结果表明,3种海洋硅藻对Cd~(2+)的吸附过程是一个自发进行、有化学吸附参与的以单分子层吸附为主的吸附过程.角毛藻、菱形藻和海链藻最大实验吸附容量分别为275.25、303.75和224.36 mg·g~(-1),大大高于已报道各类生物吸附剂.以吸附容量最大的菱形藻干粉为吸附剂,考察实际水体中可能存在物质对其吸附性能的影响.结果表明,菱形藻对Cd~(2+)的吸附容量随着溶液中盐(Na Cl、Ca(NO_3)_2、Mg(NO_3)_2)浓度和浊度的增加而下降,而随着腐植酸浓度的增加不断升高.最后,利用HCl对吸附Cd~(2+)后的菱形藻进行解吸附再生实验,结果表明HCl可有效解吸菱形藻上的Cd~(2+),实现Cd~(2+)的脱附回收.     

Cd~(2+)、Pb~(2+)在湘江流域河床表层沉积物上的吸附特性研究

以湘江流域河床表层沉积物为吸附剂,用于去除水中Cd~(2+)、Pb~(2+),系统研究了沉积物对Cd~(2+)、Pb~(2+)的吸附规律,并探讨了其吸附Cd~(2+)、Pb~(2+)后的化学稳定性。结果表明,当2种离子单独存在时,沉积物对Cd~(2+)、Pb~(2+)均具有较好的吸附效果;当2种离子同时存在时,由于竞争作用,沉积物对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量分别减小了约40%和16%。对吸附平衡的溶液进行曝气和用双蒸水清洗吸附饱和的沉积物后,Cd~(2+)、Pb~(2+)的释放比例较小,说明湘江流域河床表层沉积物吸附Cd~(2+)、Pb~(2+)后,其化学稳定性较好。沉积物的SEM、FTIR和XRD分析发现,沉积物结构多孔,表面含有大量—OH、—NH,这些基团在吸附重金属阳离子过程中起重要作用。研究结果表明,湘江流域河床表层沉积物对去除水中的Cd~(2+)、Pb~(2+)有较好的效果,该成果对湘江流域重金属污染控制具有重要参考价值。     

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.     

酸碱复合改性海泡石亚结构特征及其对Cd(Ⅱ)吸附性能

为强化海泡石(Sep)对溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用酸碱复合改性处理获得改性海泡石(ABsep),借助氮气吸脱附等温线、SEM-EDS、TEM、FTIR和XRD等技术分析了改性前后海泡石的结构特征,采用静态吸附实验研究了时间、ABsep/Cd~(2+)质量比、温度、吸附剂用量、pH及共存离子等因素对ABsep吸附Cd~(2+)的影响.结果表明,ABsep孔隙结构发达,比表面积、平均孔径和孔容分别较改性前增加66.1%、15.7%和34.8%,可交换性离子含量有所增加,主要成分为SiO_2和Mg(OH)_2.改性前后海泡石对Cd~(2+)吸附过程能较好地以准二级动力学方程和Langmuir模型进行拟合,且均为自发吸热反应,以化学吸附为主并伴有物理性吸附;最佳ABsep/Cd~(2+)质量比为3:1;298 K时Sips拟合ABsep对Cd~(2+)最大饱和吸附量为142.43 mg·g~(-1),为改性前海泡石的3.55倍;随着吸附剂投加量的增加,Cd~(2+)吸附量表现为先增大后减小,最佳用量为0.3 g·L~(-1);ABsep对Cd~(2+)的吸附量随溶液初始pH的升高而增加最佳pH为7;不同浓度K~+、Na~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)的存在均会对Cd~(2+)的吸附产生一定的抑制作用其中Mg~(2+)的抑制作用最强.     

生物炭与膨润土对镉吸附性能比较

比较了松木生物炭(PN-B)、花生壳生物炭(PT-B)及膨润土(Bent)对镉的吸附能力及机理,模拟其吸附等温模型和吸附动力学,并讨论p H、初始投加量对实验的影响,对吸附前后的吸附剂进行电镜扫描、傅里叶红外光谱及X射线衍射分析,探讨其吸附机理。结果表明:2种生物炭和膨润土对Cd~(2+)的吸附都符合Freundlich模型; 3种材料吸附动力学均符合标准二级反应动力学方程;其中pH=6、投加量为0. 1g时吸附效果最高,PN-B、Bent、PT-B最大吸附量及最大吸附率分别为16. 56 mg/g(95%)、15. 07 mg/g(91. 06%)、15. 52 mg/g(89. 4%);生物炭对Cd~(2+)的吸附机理主要为—OH、—C O及—CH_2与Cd~(2+)发生表面吸附、离子交换和络合反应共同作用,膨润土对Cd~(2+)的吸附机理主要为离子交换反应。研究表明,松木生物炭对镉的吸附效果最好。     

两性-阴离子复配修饰对黄棕壤吸附Cd~(2+)的影响

为了探究膨润土吸附Cd~(2+)的最佳条件应用于实际土壤的可行性,在十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和十二烷基磺酸钠(SDS)复配修饰膨润土对Cd~(2+)吸附的最佳修饰比例基础上,制备了2个系列的BS-12+SDS复配修饰黄棕壤.通过X射线衍射和有机碳含量表征了黄棕壤的结构;研究了黄棕壤对Cd~(2+)的吸附特征,分析了离子强度、pH和温度对黄棕壤吸附Cd~(2+)的影响;讨论了黄棕壤与膨润土以及2种黄棕壤之间对Cd~(2+)吸附的差异.结果表明,2种黄棕壤各修饰土层间距较未修饰土样变化不明显,有机碳含量随土样总修饰比例的增大而升高;复配修饰黄棕壤和膨润土相同,对Cd~(2+)的吸附能力较两性及未修饰黄棕壤增强,30℃时吸附量呈现215BS+322SDS(215%BS-12+322%SDS)215BS(215%BS-12)CK1(43%蒙脱石含量黄棕壤),33BS+49SDS(33%BS-12+49%SDS)33BS(33%BS-12)CK2(6%蒙脱石含量黄棕壤);且Cd~(2+)在2种黄棕壤复配修饰土中的解吸程度均高于CK和BS修饰土.Langmuir模型适合描述黄棕壤对Cd~(2+)的吸附;膨润土对Cd~(2+)吸附的最佳修饰比例应用到黄棕壤中,仍具有对Cd~(2+)最佳吸附效果;黄棕壤修饰土对Cd~(2+)的吸附,随离子强度的增大而减小,pH值对其影响不大,SDS复配修饰后,温度效应由CK、BS修饰土的升温正效应向BS+SDS修饰土的升温负效应转变,和膨润土吸附Cd~(2+)规律相同;CEC是不同基质间吸附Cd~(2+)产生差异的根本原因.     

穗花狐尾藻铅吸附特征与机理

为探讨沉水植物对低浓度重金属废水的吸附特征,研究了不同重金属质量浓度及pH影响下,穗花狐尾藻鲜样在单一、二元和三元金属离子体系中对Pb2+的生物吸附特征及吸附机理. 结果表明,在单一Pb2+体系中,穗花狐尾藻对Pb2+的吸附能力随pH的升高而增强; 当初始ρ(Pb2+)为100mg/L、初始pH为6.5时,Pb2+吸附率可达80.95%. Cu2+和Zn2+的存在负向干扰穗花狐尾藻对Pb2+的吸附; 当初始ρ(Cu2+)和ρ(Pb2+)均为250mg/L时,Cu2+干扰下Pb2+吸附量降低为单一体系中Pb2+吸附量的62.40%. Sips和Langmuir模型的拟合效果优于Freundlich模型. 根据Langmuir模型模拟,穗花狐尾藻对Pb2+的理论最大吸附量(q_max)可达52.12mg/g. 红外光谱分析表明,—OH、—C=O、—COOH、C—O及C—H为主要作用基团. 吸附Pb2+后,溶液中矿质元素含量增加,ρ(Ca2+)和ρ(Mg2+)与初始ρ(Pb2+)达到极显著正相关(R_Ca2+=0.943,P<0.01;R_Mg2+=0.915,P<0.01). Pb2+更易与Ca2+和Mg2+产生离子交换而被吸附.