双功能介孔吸附材料的制备及其同时吸附废水中Cd2+和Cr2O72-的研究

采用直接法和后嫁接法成功制备出骨架掺杂Al原子,孔道表面接枝大位阻含胺基基团的双功能介孔硅基吸附材料.采用SAXRD、TEM、FTIR、NH3-TPD等手段对合成材料进行表征,结果表明合成的双功能AN-SBA-15具有有序的二维六方介孔结构,孔道表面的Al-OH与胺基不会发生自发复合反应.对模拟废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)的同时吸附去除实验研究表明AN-SBA-15具备同时吸附废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的能力,吸附最佳pH值为5.0,吸附在40 min就达到平衡.AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层吸附.由Langmuir模型拟合出的AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的最大吸附容量分别为125.9 mg·g~(-1)和156.5 mg·g~(-1).此外AN-SBA-15具备良好的脱附再生能力.     

EDTA-nSiO2纳米颗粒对Cd2+的吸附

nSiO_2纳米颗粒是一种广泛应用的工程纳米材料,为增加其对水溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用接枝改性的方法制备出乙二胺四乙酸(EDTA)改性nSiO_2纳米颗粒(EDTA-nSiO_2),并用透射电镜、氮气吸附-解吸、红外光谱和差热分析等手段对其进行了结构表征,同时以其为吸附剂,通过批处理实验法探讨了体系pH、吸附时间、温度、离子强度等因素对Cd~(2+)吸附的影响,并结合X射线能谱(XPS)分析对其吸附机制进行了分析.结果表明,以EDTA为改性剂,可以成功制备出稳定性良好的EDTA-nSiO_2纳米颗粒,其对Cd~(2+)的吸附受体系p H控制;nSiO_2对Cd~(2+)的吸附量较小,EDTA改性可增加nSiO_2对Cd~(2+)的吸附作用,随着p H的升高,Cd~(2+)的吸附效果逐渐增强,在p H大于4.0后逐渐趋于稳定.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附速率较快,可在1 h内达到吸附平衡.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附为吸热的自发过程,吸附等温线可用Langmuir模型描述.NaCl浓度增加会导致Cd~(2+)的吸附量下降,当体系Na Cl浓度从0增加到100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的最大吸附量从0.433 mmol·g-1降低至0.294mmol·g-1.0.1 mol·L~(-1)HCl是较为合适的吸附剂再生液,Cd~(2+)洗脱率约94.36%.结合pH、温度、离子强度、再生和XPS分析结果,可以推测出EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附是包含有简单的物理吸附和离子交换过程,并以化学络合为主的吸附过程.EDTA-nSiO_2是一种对水体Cd~(2+)具有较好吸附能力的工程纳米材料吸附剂.     

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.     

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%.     

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.     

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.     

Cd2+、Pb2+在根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为

采用1次平衡法对Cd²⁺、Pb²⁺在小麦根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为进行比较研究.结果表明,根际土对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附能力高于非根际土,2类土壤对Cd²⁺的吸附等温线与Freundlich方程有较好的拟合性,Pb²⁺的等温吸附过程可由Langmuir方程与Freundlich方程来描述.双常数方程是描述根际、非根际土Cd²⁺和Pb²⁺吸附动力学行为的最优模型,其次为Elovich方程,最差模型是一级动力学方程.Cd²⁺、Pb²⁺ 的解吸存在滞后现象,相比于非根际土,根际土吸附态Cd²⁺、Pb²⁺ 的解吸率更低,Cd²⁺、Pb²⁺的解吸量与其初始吸附量之间的关系符合2次幂方程.2类土壤Cd²⁺、Pb²⁺的解吸速率随重金属初始浓度的增加而增加,随解吸时间的延长而不断降低.描述根际和非根际土Cd²⁺、Pb²⁺的解吸动力学过程的最优模型均为双常数方程,其次为Elovich方程,一级动力学方程拟合效果不佳.     

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.     

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.     

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.     

KMnO4修饰面包酵母菌对Cd2+的吸附研究

研究了用KMnO4修饰面包酵母菌对溶液中Cd2+的吸附作用,探讨了不同KMnO4浓度、pH、吸附时间、Cd2+初始浓度、修饰酵母菌用量等5个因素对KMnO4修饰面包酵母菌吸附Cd2+的影响.结果表明,随着修饰剂KMnO4浓度的增大,修饰面包酵母菌的吸附能力增强,KMnO4浓度达到20 mmol·L-1时,吸附能力是相同...     

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.     

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.     

广州地区SO42-、NO3-、NH4+与相关气体污染特征研究

本文获得了2009年12月1日至2011年12月31日广州二次无机离子(SO2-4、NO-3、NH+4)及相关反应性气体(NOx/SO2/HNO2/HNO3等)的小时浓度数据,并分析了其污染特征.研究结果表明:PM2.5的浓度季节变化特征为冬秋春夏,SO2-4的浓度季节变化特征为秋冬春夏,NH+4的为冬秋春夏,NO-3则为冬春秋夏,SO2-4、NO-3和NH+4之和占PM2.5的比重大小为秋夏春冬;硫氧化率(SOR)均大于0.1,秋冬季节的值高于春夏季节,与SO2-4的浓度变化趋势一致;氮氧化率(NOR)日变化呈单峰形式,最大值出现在06时,最小值出现在14时,春冬季节的值高于夏秋季节,与NO-3的浓度变化趋势一致;广州地区NH3/NH+4除10—12月外,其月均值均大于1;在典型过程中,SO2-4、NO-3、NH+4、SOR、NOR和NH3/NH+4与能见度的变化都存在较好的对应关系,说明广州地区低能见度与二次离子(SO2-4、NO-3、NH+4)的生成有关.     

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.     

氨三乙酸酐改性纤维素对Cd~(2+)的吸附性能

本实验采用氨三乙酸酐改性玉米秸秆纤维素和苎麻纤维素,制备了两种改性纤维素吸附剂NTAA-CS及NTAA-RF,并研究了这两种吸附剂对水中Cd2+的吸附性能.通过元素分析、FTIR及SEM分析发现,纤维材料表面成功引入了氨三乙酸分子中的酯键和氨基基团.在改性纤维素吸附剂投加量为2 g·L-1,Cd2+的初始浓度为200 mg·L-1,p H值为4.0时,NTAA-CS和NTAA-RF对Cd2+的去除率分别为82.6%和90.2%.吸附实验结果表明:改性纤维素吸附剂对Cd2+的吸附是一个快速过程,吸附的最佳p H范围为4.0~7.0.吸附等温线用Langmuir方程的拟合效果优于Freundlich方程.经过5次吸附再生,吸附剂仍可以保持较大的吸附容量.这些结果表明,NTAA-CS和NTAA-RF在去除重金属废水中有较大的应用前景.     

Fe2+、Co2+、Ni2+对渗滤液厌氧过程的影响

通过单因素和正交试验,分别研究了Fe2+、Co2+、Ni2+及其组合对渗滤液厌氧过程中COD去除率和产甲烷量的影响.结果表明,分别投加Fe2+=25 mg·L-1、Co2+=1 mg·L-1、Ni2+=0.5 mg·L-1时对COD去除率和产甲烷量促进显著,3种微量元素均表现出了"低促高抑"的Hormesis效应.微量元素组合投加时,协同促进了甲烷的产生,其中Co2+是影响COD去除率的主要因素,Fe2+是影响产甲烷量的主要因素,但3种微量元素在其各自适宜的投加浓度范围时,对渗滤液厌氧过程的促进效果较为相近.各试验组的pH值维持在7.05~7.53之间,并与产甲烷量呈显著的相关关系.此外,渗滤液成分复杂,微量元素的生物有效性一定程度上受到限制,渗滤液厌氧体系对微量元素的需求较别的体系偏高.