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.     

不同组成活性污泥胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+特征

以蛋白质和糖含量比分别为2.5∶1、7∶1和9∶1的3种活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)EPS1、EPS2、EPS3作为吸附剂,研究其对水中Cd²⁺、Zn²⁺的吸附效能.结果表明,EPS对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附与其组成有关,EPS1、EPS2和EPS3对Cd²⁺和Zn²⁺吸附量分别约为19.5、　27、　17　mg/g和40.5、 47.5、 37　mg/g. 3种胞外聚合物对Cd²⁺、Zn²⁺吸附过程可在1 h内快速平衡.动力学拟合结果表明,EPS1对2种重金属的吸附速率最快,而EPS2对Cd²⁺、Zn²⁺的平衡吸附容量最高.Freundlich和Langmuir方程均可描述3种EPS对Cd²⁺、Zn²⁺的吸附过程,方程参数拟合结果表明2种金属同EPS之间存在多种作用方式.3种EPS的吸附热力学方程拟合系数均表明EPS对Zn²⁺的吸附稳定性、吸附能力和亲和力均比对Cd²⁺的吸附强;当EPS中糖所占比例增加时,其对重金属的吸附能力也提高,表明糖在吸附过程中起着重要作用.     

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.     

深海适冷菌Pseudoalteromonas sp. SM9913胞外多糖对Pb2+和Cu2+的吸附性能研究

采用深海适冷菌Pseudoalteromonas sp. SM9913分泌的胞外多糖（EPS）分别对Pb²⁺和Cu²⁺进行吸附,研究了多糖用量、pH、吸附时间和共存离子对EPS吸附性能的影响及EPS对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附热力学.结果表明,EPS对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附量随EPS投加量的增加而减小.EPS对Pb²⁺和Cu²⁺的最佳吸附pH分别为4.5～5.5和4.5～6.0. EPS对Cu²⁺的吸附平衡时间为90　min,对Pb²⁺的吸附平衡时间则长达180　min.共存离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺的加入均降低了EPS对Pb²⁺的吸附量,Ca²⁺、Mg²⁺的加入降低了EPS对Cu²⁺的吸附量,但低浓度的Na⁺和实验范围浓度的K⁺不仅没有降低反而增加了EPS对Cu²⁺的吸附量.Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程均能较好地描述SM9913胞外多糖吸附Pb²⁺和Cu²⁺的热力学过程,由Dubinin-Radushkevich方程得到SM9913胞外多糖对Pb²⁺和Cu²⁺的最大吸附量分别为243.3 mg/g (10℃) 和36.7 mg/g (40℃).胞外多糖吸附金属离子前后的红外光谱分析表明,多聚糖中C—O—C、乙酰基和羟基是起主要吸附作用的官能团.     

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%.     

苯胺黑药高效降解菌(Bacillus vallismortis)胞外聚合物去除重金属的研究

微生物胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)在废水中重金属的吸附去除过程中起着非常重要的作用.苯胺黑药高效降解菌(Bacillus vallismortis)对苯胺黑药有良好的降解能力,但对其吸附重金属的性能研究还不充分.因此,本文采用3种方法提取苯胺黑药高效降解菌的EPS,主要考察了p H、温度、底物浓度和时间对重金属去除效果的影响.结果表明,热提法提取的效率较高;p H对金属离子吸附影响很大,当p H7时,随着p H变大吸附量逐渐升高,而温度对吸附量影响不大.EPS对Cu~(2+)、Zn~(2+)的去除为快速表面吸附过程,在第8 min时对Cu~(2+)、Zn~(2+)的去除率分别达到了90.7%、52.3%,EPS对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附表观上符合拟二级动力学规律.在单一体系中,根据Langmuir方程计算出EPS对Cu~(2+)的最大吸附量为2.155 mg·mg-1,对Zn~(2+)的最大吸附量为0.508 mg·mg-1;Cu~(2+)吸附过程与Freundlich方程拟合效果较好,Zn~(2+)吸附过程与Langmuir方程拟合效果较好.红外光谱分析结果表明,EPS表面的羟基、氨基、酰胺基团、羧基和C—O—C基团都参与了吸附,且Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附位点基本一致,本文的研究结果对工程实践具有一定的理论指导意义.     

Ni2+生物吸附动力学及吸附平衡研究

研究了金属离子Ni²⁺在酿酒酵母上的生物吸附特性,内容包括生物吸附动力学和吸附等温线.生物吸附动力学结果表明,当Ni²⁺初始浓度为65.6 mg/L时,Ni²⁺在酿酒酵母上的生物吸附可以分为2个阶段,第1阶段为物理吸附,在10　min内快速达到平衡.Ni²⁺在酵母上的吸附过程可以很好地用准二级动力学方程来描述 （R²=0.999）,动力学参数k₂为0.018 4 g/(mg·min),q_e为5.96 　mg/g.吸附等温线结果表明,Ni²⁺在酿酒酵母上的生物吸附可以用Langmuir和Freundlich方程来描述,最大吸附量q_max为6.32 　mg/g.酿酒酵母可用于处理低浓度的含Ni²⁺废水.     

烟曲霉胞外聚合物对Pb2+的吸附特性

采用阳离子交换树脂(CER)法提取了烟曲霉胞外聚合物（EPS）,并分析了其生物化学成分.同时,考察了烟曲霉EPS对重金属离子Pb2+的去除效果,探讨了其生物吸附机理和动力学特性.结果表明,CER法提取的烟曲霉EPS多糖含量较高,对细胞破坏程度较小.烟曲霉EPS吸附Pb2+的平衡时间约为3h,最佳吸附pH为6.5,吸附平衡时 Pb2+去除率为73.48%.烟曲霉EPS对Pb2+的吸附平衡均能较好地用Langmuir模型和Freundlich模型来描述,而且更适用Langmuir模型,最大吸附量qm为32.22mg·g -1.烟曲霉EPS的FTIR分析结果表明,多聚糖中的羟基、羧基和C—O—C等是与Pb2+发生了作用的基团,而其中蛋白质的作用不明显.     

硫酸盐还原菌混合菌群胞外聚合物对Zn2+的吸附和机理

硫酸盐还原菌（SRB）混合菌群分泌的胞外聚合物（EPS）能有效地吸附水溶液中的Zn^2＋在初始p（Zn^2＋）为500mg/L时，EPS对Zn^2＋的吸附量达到326．07mg/g，g。Freundlich方程能相对较好地拟合实验所得吸附数据。SRB混合菌群分泌的EPS的IR分析表明，EPS吸附Zn^2＋起主要作用的官能团是多聚糖C-O-C，羧基和脂类官能团，而蛋白质和多聚糖的-OH对Zn^2＋的结合能力有限。     

牛粪源蚓粪及其生物炭对Pb2+、Cd2+的吸附特性

以牛粪源蚓粪(CV)为原料,于350℃下热解制备蚓粪生物炭(标记为CVC350)并表征其物理化学性质,进一步就CV和CVC350对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能进行了研究,结果表明:与CV相比,CVC350的比表面积增大,孔径变小,芳香性和非极性增强.CV和CVC350对Pb~(2+)和Cd~(2+)的等温吸附曲线均符合Langmuir方程,两者对Pb~(2+)的最大吸附量表现为CVC350CV,而两者对Cd~(2+)的最大吸附量间差异不明显.解吸特性研究表明,CV和CVC350对Pb~(2+)的吸附率明显高于其对Cd~(2+)的吸附率,且两者的吸附态Cd~(2+)与其吸附态Pb~(2+)相比均相对更易解吸.CV和CVC350对Pb~(2+)的吸附动力学均为快速吸附过程,而CV和CVC350对Cd~(2+)的吸附动力学则均表现为快速吸附和慢速吸附两个阶段.当溶液初始pH较低时,CV和CVC350对Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附量受pH影响明显,且CV和CVC350对Cd~(2+)的吸附受pH变化的影响相对更大.FTIR分析表明,CV对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附位点主要集中在脂肪醇或脂肪酸、碳酸盐和磷酸盐,而CVC350对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附位点主要为芳香醇或芳香酸和碳酸盐.     

异丙甲草胺与锌共存对斜生栅藻毒性手性差异影响

为评价重金属与手性农药共存的生物选择性毒性,采用毒性试验标准方法研究了Rac-、S-异丙甲草胺单独及与锌共存对斜生栅藻的手性毒性差异.结果表明,Zn2+存在条件下Rac-、S-异丙甲草胺对斜生栅藻的生长趋势影响与除草剂单独作用时的趋势基本相同,Zn2+的存在降低了高浓度除草剂对斜生栅藻的生长抑制作用,处理初期(24 h)0.30 mg·L-1Rac-和S-异丙甲草胺单独对斜生栅藻生长的抑制率分别为49.61%和59.73%,与Zn2+联合作用其抑制率分别为38.41%和42.52%.Zn2+的存在增加了Rac-和S-异丙甲草胺对斜生栅藻的立体选择性毒性差异,使S-异丙甲草胺急性毒性增大的程度大于Rac-异丙甲草胺毒性的增加;与Zn2+的联合毒性作用类型表现为除草剂在低浓度下为部分相加作用,高浓度下为拮抗作用;除草剂单独及与Zn2+联合作用处理96 h后的斜生栅藻叶绿素含量变化与其生长趋势基本一致.     

层状金属硫属化物对水中锌的离子交换性能研究

通过水热反应制备的层状金属硫属化物K1.9Mn0.95Sn2.02S6(KMS),对水中Zn2+具有良好的吸附性能.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和能谱仪(EDS)等手段表征了KMS吸附前后的结构、化学组成和微观形貌.Zn2+与K+发生离子交换后,会与硫产生共价键作用而被吸附,材料的层间距由0.851 nm变为1.123 nm.化学吸附导致吸附后的KMS表面会变得粗糙.考察了p H、反应时间、初始浓度、反应温度和共存离子等因素对KMS吸附Zn2+的影响.在p H=3~6之间,溶液的p H对吸附量没有明显影响.在不同温度下,动力学数据符合准二级动力学模型,而且速率控制步骤主要由液膜扩散控制.吸附过程的活化能为40.24 k J·mol-1.在10℃、25℃和40℃下,KMS对Zn2+的最大吸附量分别是:111.67 mg·g-1、142.91 mg·g-1和161.02 mg·g-1.Langmuir等温吸附模型可以用来描述吸附平衡过程.碱金属和碱土金属离子对Zn2+去除率的影响较小,影响顺序是Ca2+Mg2+Na+,而重金属离子对Zn2+的去除影响较大,影响顺序是Cd2+Pb2+Cu2+Ni2+.离子交换后的KMS不会再释放出Zn2+,可以作为一种永久储存重金属的废弃物.     

Zn2+和Cd2+对萼花臂尾轮虫种群增长的单一和联合毒性效应

为探究Zn2+和Cd2+对轮虫种群增长的单一和联合毒性效应,在不同温度(15、20和25 ℃)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)不同密度(0.5×106、1.0×106和2.0×106 mL-1)下,以萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)为受试生物,采用3 d种群累积培养方法,研究了不同 Zn2+污染处理组〔ρ(Zn2+)分别为0.315、0.630和1.260 mg/L〕、Cd2+污染处理组〔ρ(Cd2+)分别为0.073、0.145和0.289 mg/L〕、Zn2+-Cd2+复合污染处理组〔ρ(Zn2+)、ρ(Cd2+)分别为0.315、0.073 mg/L,0.630、0.145 mg/L和1.260、0.289 mg/L〕 对轮虫种群增长率和混交雌体百分率的影响. 结果表明:当藻密度为0.5×106和2.0×106 mL-1时,与对照组相比,随着温度上升,对轮虫种群增长率产生抑制作用的处理组数明显增加,高温(25 ℃)下,所有处理组均显著降低轮虫种群增长率. 15和20 ℃下,与较低、中等藻密度(0.5×106、1.0×106 mL-1)相比,较高藻密度(2.0×106 mL-1)下轮虫种群受到毒性影响的处理组数明显减少;25 ℃下,各处理组轮虫种群增长率均随藻密度的升高而增加. 在温度为15和20 ℃、藻密度为0.5×106 mL-1条件下,Zn2+-Cd2+复合污染处理〔当ρ(Zn2+)、ρ(Cd2+)分别为1.260、0.289 mg/L时〕的轮虫种群增长率明显低于ρ(Zn2+)为1.260 mg/L和ρ(Cd2+)为0.289 mg/L时的轮虫种群增长率;温度为25 ℃、藻密度为2.0×106 mL-1条件下,Zn2+-Cd2+复合污染处理〔当ρ(Zn2+)、ρ(Cd2+)分别为0.630、0.145 mg/L时〕的轮虫种群增长率明显低于ρ(Zn2+)为0.630 mg/L和ρ(Cd2+)为0.145 mg/L时的轮虫种群增长率. 研究显示,温度、藻密度和重金属质量浓度之间的交互作用对轮虫种群增长率的影响大于其对混交雌体百分率的影响,随着温度的升高和藻密度的降低,Zn2+、Cd2+对轮虫的单一和联合毒性效应增加.      

介孔铁锰双金属氧化物对Pb2+的吸附及其机理研究

采用高温热解金属草酸盐的方法制备了介孔铁锰双金属氧化物(MFMBO),通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(HRTEM)和比表面测定仪等表征,证实合成的材料为类蠕虫状的介孔结构,比表面积为218.68 m~2·g~(-1).MFMBO对Pb~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程,吸附等温曲线符合Langmuir模型,热力学参数表明对Pb~(2+)的吸附过程是非自发和吸热的.实验条件下最大吸附量为250mg·g~(-1),吸附性能优于大多无机吸附剂.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析结果表明MFMBO对Pb~(2+)的吸附机理主要为Pb~(2+)对MFMBO表面羟基中H~+的替换,从而形成内层表面络合物.     

Hg2+，Ni2+和Cu2+对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

采用混合毒性指数法,研究了重金属离子Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)BF5的急性及联合毒性效应.急性毒性效应研究表明:Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫的毒性大小为Hg2 >Ni2 >Cu2 ,且3种重金属离子的,IC50值随时间的延长而变小.联合毒性效应研究表明:Hg2 与Cu2 ,Hg2 与Ni2 ,以及Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存.在毒性比为1:1时,表现为先相加后协同作用;Hg2 与Cu2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后相加作用;Hg2 与Ni2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后独立作用;Ni2 与Cu2 在毒性比为1:1时,表现为协同作用.在浓度比为1:I时表现为相加作用;Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存,在浓度比为1:1时,表现为拮抗作用.     

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.     

黑木耳菌糠对Cu2+的生物吸附及其机理

针对现代工业废水中铜离子的污染及黑木耳产业链中菌糠废弃物资源化等问题,以黑木耳菌糠为吸附剂去除废水中的Cu2+.通过单因素试验确定响应面的高水平条件,并用响应面方法对其优化,确定最佳吸附条件;采用SEM-EDX、FTIR和XRD等手段对吸附前后的菌糠进行表征,初步探索了菌糠吸附的机理.结果显示:最佳单因素条件为菌糠投加量30.0 g·L-1、pH 7.0、Cu2+初始浓度75 mg·L-1、吸附时间120 min、温度25℃、转速150 r·min-1,吸附率为77.96%.响应面分析显示投加量、吸附时间和pH为显著因素.优化后投加量为31.6 g·L-1,吸附时间134 min,pH 7.0,吸附率可达80.51%,吸附符合Langmuir等温方程.菌糠表面疏松多孔,极易通过物理吸附方式吸附Cu2+,菌糠表面的氨基、羟基、酮基和羧基可以有效配位络合Cu2+.研究结果表明,黑木耳菌糠作为一种高效廉价环保的吸附剂,可用于Cu2+废水的处理.