高比表面生物质炭的制备、表征及吸附性能

以废弃生物质互花米草与棉秆为原料,采用KOH活化制备了高比表面积微孔生物质活性炭.研究了原料类别、浸渍比、炭化温度及保温时间对炭组成与吸附性能的影响,利用氮气吸附、X-射线衍射、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了分析,并通过BET方程、DFT密度函数理论及Horvath-Kawazoe方程对比表面积与孔分布进行了表征测定.结果表明,氢氧化钾活化制备互花米草与棉秆活性炭的适宜条件为浸渍比3:1、活化温度800℃、活化时间1.5 h.在此条件下制得的互花米草活性炭与棉秆活性炭的得率为16.36%和11.22%,BET比表面积高达2 825 m2.g-1和2 135 m2·g-1,孔容积分别为1.374 mg·g-1和1.038 cm3·g-1;孔径分布狭窄,95%的孔集中在3 nm以内.该条件下制备的互花米草与棉秆活性炭吸附性能好,对碘的吸附值分别为1 797 mg·g-1和1 251 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为495 mg·g-1和478mg·g-1,均超过了国家水处理用活性炭一级品标准;2种生物质炭样品对水中2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量分别为932 mg.g-1、747 mg·g-1,均优于普通活性炭与活性炭纤维.     

不同活性炭对水中微量药物萘普生的吸附规律研究

从吸附平衡、吸附动力学、吸附等温式和吸附热力学等方面详细考察了煤质炭(MAC)、杏壳炭(XAC)和椰壳炭(YAC)对水中微量药物萘普生(Naproxen,NAP)的吸附去除效能和作用机理.实验结果表明,MAC、XAC和YAC对NAP的吸附平衡时间大致为24h,平衡吸附量相应分别为8.23mg·g-1、7.92mg·g-1、6.52mg·g-1;这3种活性炭对NAP的吸附过程均符合假二级反应动力学方程,且吸附速率受到膜扩散和内扩散作用的共同限制;相较而言NAP的吸附行为更符合Langmuir等温式;吸附热力学计算结果表明,MAC、XAC和YAC对NAP的吸附去除机理为化学吸附和物理吸附的共同作用,且化学吸附作用大于物理吸附;NAP在3种活性炭上的吸附作用均为自发进行的不可逆吸热反应.     

富含中孔与酸性基团的生物质炭的制备与吸附性能

以棉秆基生物质纤维为原料,采用磷酸一步活化法制备了同时富含中孔与含氧酸官能团的新型高比表面棉秆纤维基生物质活性炭,分析了浸渍比、炭化温度及保温时间等操作参数对活性炭纤维组成、得率、孔结构及表面官能团含量的影响,测定了制得的棉秆纤维基活性炭对水中对Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的等温吸附性能,并初步探讨了其吸附机制.结果表明,棉秆纤维基生物质炭孔结构与含氧酸基团因制备条件不同有较大变化,实验条件下制备的棉秆基活性炭纤维产率、中孔孔容与比表面的最大值分别为35.5%、0.91 cm3·g-1、1731 m2·g-1;在3∶2的浸渍比,600℃活化90 min的工艺条件下,制备的样品ACF-01的总孔孔容达1.02 cm3·g-1,比表面积为1 731 m2·g-1,微、中孔比例分别为66%与31%,中孔集中在5 nm以内,富含含氧酸官能团.样品ACF-01对水中Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为123 mg·g-1和427 mg·g-1,吸附性能远高于微孔孔容相近的商业活性炭纤维ACF-CK,这表明活性炭ACF-01的中孔和含氧酸官能团在吸附过程中发挥了重要作用.     

紫外辐照改性生物炭对VOCs的动态吸附

采用365 nm紫外光辐照改性椰壳生物炭,以提升对挥发性有机污染物(VOCs)的吸附性能.选取苯和甲苯两种典型的VOCs为吸附质,考察了改性前后生物炭的吸附穿透曲线.结果表明,紫外辐照改性后的生物炭其吸附性能显著增加,对苯和甲苯的饱和吸附量分别由7.27 mg·g~(-1)和7.98 mg·g~(-1)提升至122.80 mg·g~(-1)和236.36 mg·g~(-1),吸附穿透时间也由1 min和2 min大大延长至390 min和620 min.生物炭表面理化特征分析表明,紫外辐照增大了生物炭表面含氧官能团的含量和外比表面积,这可能是改性生物炭吸附性能提升的关键因素.Yoon-Nelson、Thomas和BDST模型均能很好地模拟改性生物炭对不同浓度苯和甲苯的吸附过程,其相关系数大于0.992.热重分析结果表明,紫外辐射对生物炭的热稳定性影响甚微.改性生物炭吸附饱和后,可经热再生后重复利用,对甲苯的吸附重复利用5次后仍有较高的吸附能力.     

炭化温度对废旧布袋制备活性炭性能的影响及其表征

以水泥厂废旧除尘布袋为原料,KOH为活化剂制备了活性炭.利用热重分析法(TG-DTG)对废旧布袋热解过程进行分析;重点考察了不同炭化温度(400、450、500、550和600℃)对废旧布袋制备活性炭的产率及活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的影响;同时采用N2吸附等温线对最佳工艺条件制备的活性炭孔隙结构进行了表征.研究结果表明,500℃为最佳炭化温度.最佳炭化温度下制备的活性炭,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和产率分别为1350.72 mg·g-1、97.5 mg·g-1和20.16%.活性炭比表面积高达1228.51 m2·g-1,总孔容达0.7134 cm3·g-1,孔径分布以微孔居多,N2吸附等温线为I型.     

聚丙烯塑料-锯末干混合制备高介孔率柱状活性炭

以聚丙烯塑料和梧桐锯末为原材料,无水K2CO3为活化剂,采用干混合法制备高介孔率柱状活性炭.通过单因素实验,探究了塑料含量、盐料比、活化温度及活化时间对活性炭吸附亚甲基蓝(MB)性能的影响.结果表明:当塑料含量为20%、盐料比为2.5、活化温度为950℃、活化时间为80 min时,所制备的活性炭具有较高的MB吸附量(322.9 mg·g-1).所制备的活性炭具有发达的微观孔隙结构,其比表面积达到1461.99m2·g-1,平均孔径为3.23 nm,总孔容为1.04 cm3·g-1,其中,介孔孔容为0.80 cm3·g-1,介孔率超过70%,充分说明该方法可制备优质高介孔率柱状活性炭.     

秸秆污泥基活性炭的制备及吸附H2S的实验研究

以市政污泥和玉米秸秆的混合物为原材料,KOH为活化剂,制备了秸秆污泥基活性炭(AC).实验考察了秸秆与污泥用量比例,以及活化剂用量对秸秆污泥基活性炭物化特性的影响.结果显示,m(污泥)∶m(秸秆)∶m(KOH)为3∶7∶2的条件下,制备的活性炭C372以微孔为主,微孔率达到0.59,比表面积达到369.271 m2·g-1.该活性炭的穿透硫容与饱和硫容均最高,分别为5.82 mg·g-1(以H2S计)和7.00 mg·g-1(以H2S计),活性炭表面内酯基的存在不利于其对硫化氢的吸附.SEM和BET表征分析显示,随着秸秆在污泥中比例的增加,活性炭比表面积增大,对H2S的吸附量提高.活性炭C372具有较好的再生性能,二次再生后其穿透硫容与饱和硫容均能恢复55%以上.     

负载Cu改性活性炭吸附VOCs性能的研究

采用浸渍焙烧法对活性炭进行铜负载改性,并用于甲苯、乙酸乙酯及甲苯-乙酸乙酯二元混合气体的吸附。结果表明:醋酸铜负载量1.5%时活性炭吸附性能最好,对于单组分气体吸附,改性活性炭对甲苯和乙酸乙酯的吸附量较未改性前分别提高了29.7%和21.3%,穿透时间分别延迟了19.3%、18.6%;对于二元混合气体吸附,改性后活性炭较未改性活性炭对甲苯和乙酸乙酯的吸附量分别提高了19.4%和33.0%。采用BET、SEM、FTIR、XRD等分析表明,铜负载改性后的活性炭比表面积变大、总孔容变大,且铜与VOC的络合作用是改性后吸附量提高的主要原因。     

KOH活化法制备牛粪活性炭的研究

以牛粪为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并考察了浸渍比、活化剂浓度、活化时间和活化温度等不同制备条件对牛粪活性炭样品性能的影响.实验结果表明,在浸渍比1∶4、KOH质量分数35%、活化时间60min、活化温度700℃条件下制备的活性炭性能最佳,制得的活性炭比表面积为979.8m2·g-1,碘吸附值可达796.37mg·g-1,亚甲基蓝吸附值可达150.30mg·g-1.最后,将制备的牛粪活性炭应用于对Cr(Ⅵ)的吸附,研究了最佳工艺条件下制备的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的适宜条件.结果表明,在投加量为8g·L-1时、吸附时间90min、pH值为5和较低温度的适宜条件下,自制牛粪活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附量最大.     

响应面法优化制备污泥基活性炭

利用响应面法进行试验设计,选定炭化温度、升温速率、炭化停留时间及保护气体流量为影响因素,对利用污水厂二次污泥制备污泥基活性炭的工艺条件进行优化.通过响应面法得到了污泥基活性炭的碘吸附值与4种因素之间的非线性回归方程,确定了制备污泥基活性炭的最优工艺条件为:炭化温度530℃、升温速率17℃·min-1、炭化停留时间22 min、保护气体流量280 m L·min-1.在最优条件下,制备的污泥基活性炭碘吸附值为675.9 mg·g-1,比表面积为639.5 m2·g-1,平均孔径为4.1 nm,中孔孔径为3~5 nm;羧基、内酯基和酚羟基含量分别为1.625、0.125和0.375 mmol·g-1,更适合吸附大分子污染物和金属离子.     

质子化交联壳聚糖对水中高氯酸根的吸附特性研究

通过合成质子化交联壳聚糖,采用静态试验方法对水中高氯酸根(ClO4-)的吸附效果及机制进行了研究,考察了pH、温度和初始浓度对吸附过程的影响以及吸附剂的重复使用性能.结果表明,质子化交联壳聚糖吸附ClO4-过程属放热反应;当pH在3.0~6.0之间时,对ClO4-均有较好的吸附作用;随着ClO4-初始浓度的增加,吸附容量增加,当初始浓度为100 mg.L-1时,吸附容量在34.39~37.98 mg.g-1之间;当ClO4-为400 mg.L-1时,吸附容量达128.78 mg.g-1.质子化交联壳聚糖对水中ClO4-的吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,ClO4-在质子化交联壳聚糖小球上的吸附过程中化学吸附为速率控制步骤.质子化交联壳聚糖小球可在pH为12.8的NaOH溶液中再生,反复使用10次其吸附容量无明显变化,表现出较好的吸附/解吸性能,这为有效地去除水中的ClO4-提供了新的方法.     

不同粒径铁铝泥对砷(Ⅲ)的吸附效果

以给水处理厂废弃铁铝泥(ferric and alum water treatment residuals,FARs)为载体,考察了不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附效果.不同粒径FARs的有效铁铝含量、比表面积和孔体积分别为523.72～1 861.72 mmol.kg-1、28.15～265.59 m2.g-1和0.03～0.09 cm3.g-1,总有机质、富里酸、胡敏酸和胡敏素分别为46.97～91.58、0.02～32.27、22.27～34.09和10.76～34.22 mg.kg-1.SEM和XRD检测表明,不同粒径FARs均以无定形结构存在.批量实验结果表明,准一级和准二级动力学方程均能较好地反映FARs吸附砷(Ⅲ)的动力学过程.不同粒径FARs对砷(Ⅲ)的吸附量随着浓度的增加而增高,用Langmuir等温线方程拟合获得理论饱和吸附量在6.72～21.79 mg.g-1之间.pH值对FARs吸附砷(Ⅲ)的作用影响不大.砷(Ⅲ)吸附量大小与不同粒径FARs的理化性质的变化趋势基本一致,由相关性分析可得,有效铁铝含量和孔体积大小是影响FARs对砷(Ⅲ)吸附的主要因素.     

北京及其北部地区大气降尘中的黑碳含量特征

在北京及其北部地区的10个采样点开展了为期一年的大气降尘样品采集,并测定了降尘样品中的黑碳含量.结果表明:该地区大气降尘中黑碳含量的时空差异明显,变化范围在1.21 ～50.10 mg·g-1之间.研究区总体平均月降尘黑碳含量最低、最高值分别为5月份的3.32mg·g-1和9月份的10.40 mg·g-1.总体而言,整个研究区夏秋季节降尘中黑碳含量普遍高于春冬季节.这主要是由于冬春季节,沙尘天气频发,降尘中表土来源比例增多,对降尘的黑碳浓度起到“稀释”作用.研究区各点降尘中黑碳的年通量在1659 mg·m-2·a-1(北京城区)和761mg·m-2,a-1(丰宁)之间.主要黑碳排放源强度的常年持续性,决定了城市地区的降尘中黑碳通量季节间差异较小.而在一些受沙尘天气影响大的地区,沙尘暴主导的月份里降尘量较多,也产生了相对高的黑碳通量.     

1株异养硝化菌胞外聚合物的研究

研究异养硝化菌(Acinetobacter sp.YY-5)在不同生长时期胞外聚合物(EPS)组成成分及其变化规律.利用热处理提取YY-5菌的EPS,分析该菌株在不同生长时期EPS组分,包括蛋白质、总糖、核酸和游离氨基酸等.并进一步把蛋白质水解成氨基酸,分析其氨基酸的变化规律及其对蛋白质理化性质的影响.结果表明,该菌株具有较高含量的EPS,且其在稳定期时EPS含量最高.在不同时期分泌的EPS组分均以蛋白质为主.EPS中各组分含量及其变化规律与该菌生长状态密切相关,在该菌株生长过程中,EPS中各组分的变化情况:蛋白质从14.599 mg.g-1增加到28.489 mg.g-1后减少为15.139 mg.g-1;总糖从6.757 mg.g-1增加到10.199 mg.g-1后减少为7.857 mg.g-1.核酸从1.56 mg.g-1一直增加到6.287 mg.g-1;游离氨基酸从3.713 mg.g-1增加到4.374 mg.g-1后减少为1.299 mg.g-1.蛋白质水解后,其中极性氨基酸呈先增加后减少的趋势,非极性氨基酸一直呈增加趋势;在生长过程中一直以带负电的氨基酸占优.     

重金属对猪场废水厌氧消化蓄积抑制

为了探明重金属离子在猪场废水厌氧消化中的蓄积抑制作用,用急性抑制试验法和蓄积抑制试验法,研究了Cu2+、Zn2+、Cr3+对厌氧消化的半抑制浓度和蓄积特性.结果表明,Cu2+、Zn2+、Cr3+对厌氧消化的半抑制浓度分别为1.26、1.79和2.10 mg·g+1(以VSS计),当Cu2+、Zn2+、Cr3+的浓度分别累积到1.92 mg·g-1,0.96 mg·g-1和2.24 mg·g-1(以VSS计)时,甲烷产生速率被抑制50%,说明Zn2+属于高度蓄积,Cu2+和Cr3+为明显蓄积.     

未开发油气田地表烃氧化菌空间定量分布

利用Real-time PCR技术,分别对非油气田对照区域、未开发油田、未开发气田地表30、60、100、150、200 cm深度的甲烷氧化菌、C5～C16烃氧化菌进行定量研究,目的在于加深对该类型区域烃氧化菌空间分布特征的了解,为微生物油气勘探技术的发展提供基础资料.结果表明,气田区域甲烷氧化菌(pmoA)含量为1.34E+04～3.90E+05 copies.g-1,并随深度的加深逐渐减少;油田仅为3.14E+02～4.32E+03 copies.g-1.100～200 cm深度,油田C5～C16烃氧化菌(alkB)含量为1.38E+07～3.61E+07 copies.g-1,高于等深度对照(4.24E+06～2.14E+07 copies.g-1)和气田区域(5.82E+06～3.52E+07copies.g-1).甲烷氧化菌分布受全氮、有机碳、pH影响显著,相关系数分别为0.859、0.631、-0.549,而C5～C16烃氧化菌分布受环境因素影响相对较小.100～200 cm深度范围内,该区域全氮、有机碳、pH等理化因素相对稳定,烃氧化菌含量在不同深度间差异较小.因此,本研究表明,气田区域具有明显的甲烷氧化菌异常,油田在100 cm以下深度具有一定的C5～C16烃氧化菌异常;100～200 cm更适于作为统一取样深度进行大范围定量调查,但仍需要进一步的验证.     

铁改性赤泥吸附剂的制备及其除砷性能研究

以氧化铝生产废渣--赤泥为原料,采用铁盐改性处理制备了新型羟基铁包覆型赤泥除砷吸附剂.研究考察了吸附剂吸附砷效能、投加量、吸附时间和pH值对吸附除砷效果的影响;采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、比表面积(BET)等仪器对吸附剂进行了表征,并探讨了吸附机制.结果表明,铁盐改性赤泥吸附剂对As(V)具有显著吸附效能,在pH为7,初始砷浓度为1 mg·L-1,铁盐改性赤泥吸附剂饱和吸附容量为50.6mg·g-1时,除砷率高达99.9%,吸附后出水砷含量可达到0.01 mg·L-1以下,吸附规律符合Langmuir等温方程式;溶液pH值显著影响砷去除效果,吸附机制主要为羟基铁的表面吸附机制;吸附后的吸附剂可通过NaOH溶液再生,脱附率达到92.1%.     

TiO2@酵母复合微球固定床吸附荧光增白剂-VBL的研究

研究了Ti O2@酵母复合微球在固定床中吸附阴离子型荧光增白剂-VBL(FWA-VBL)的特性,考察了溶液p H(2.0~8.0)、床层高度(1~3 cm)、进水浓度(20~80 mg·L-1)和进水流速(5~11 m L·min-1)等因素对固定床吸附特性的影响.结果表明在溶液p H为2.0,床层高度为1 cm,进水浓度为80 mg·L-1和进水流速为5 m L·min-1时,吸附剂的最大吸附量为223.80 mg·g-1.BDST、Thomas和Yoon-Nelson模型均能很好地描述不同条件下动态吸附行为,相关系数均大于0.980.同时,Ti O2@酵母复合微球具有很好的再生性能,可以重复利用4次.