KMnO4改性活性炭对臭气中甲硫醇的吸附特性

针对普通活性炭对污水厂臭气中甲硫醇吸附量低的问题,采用KMnO4浸渍改性以获得高甲硫醇吸附量的改性活性炭,通过低温氮吸附仪、扫描电子显微镜和Boehm滴定等表征揭示改性后活性炭吸附量提高的原因,并进行改性活性炭吸附甲硫醇的动力学和热力学研究。结果表明:在KMnO_4浓度为1%、温度为25℃、活性炭与浸渍液质量比为8∶100的条件下浸渍6 h,改性活性炭对甲硫醇的静态吸附量最高,达到344.22 mg·g~(-1),是未改性前的4.04倍:改性活性炭对甲硫醇吸附量提高的原因主要是表面碱性基团的增加(是原来的2.53倍),以及微孔容积和比表面积的增加。改性活性炭对甲硫醇的吸附符合准二级动力学模型,同时粒子内扩散模型显示吸附过程由气相扩散和内扩散共同作用;符合Freundlich吸附等温方程,具有多层吸附特征,且吸附容易进行,属于优惠吸附,是一个自发、放热和熵减的过程,升温不利于对甲硫醇的吸附。     

铝盐复合改性凹凸棒石及其除氟性能

通过静态吸附实验,研究了Al2(SO4)3、Al Cl3、Al(NO3)33种铝盐对凹凸棒石的复合改性及其除氟效果。复合改性的最优条件为Al2(SO4)3浓度0.05 mol·L-1、浸泡时间2 h、固液比1∶3,Al Cl3浓度0.4 mol·L-1、浸泡时间5 h、固液比1∶2,Al(NO3)3浓度0.2 mol·L-1、浸泡时间6 h、固液比1∶2。复合改性的凹凸棒石吸附容量达到1.317 mg·g-1,是改性前的13.9倍,吸附容量显著提高。复合改性的凹凸棒石对水中氟的吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir等温吸附规律。吸附最佳p H为7,改性后的凹凸棒石表面更疏松粗糙,孔穴和孔道增多增大,但晶体结构未变。     

改进水热法合成纳米Co_xFe_(3-x)O_4(0≤x≤2)及其对刚果红染料的吸附性能

采用快速水热法制备了纯相Co_xFe_(3-x)O_4(0≤x≤2)纳米颗粒,并对样品进行了XRD、EDX、FTIR、SEM、N_2吸附-脱附以及VSM表征,研究了Co含量、初始浓度和pH值对水中刚果红吸附性能的影响。实验结果表明,Co_(1.6)Fe_(1.4)O_4纳米颗粒具有最大的比表面积170.1 m2·g-1和最好的吸附性能,在pH=3,初始浓度为200 mg·L~(-1)时,饱和吸附容量达到475mg·g-1。对Co_xFe_(3-x)O_4进行了吸附过程动力学和热力学分析,该吸附过程符合准二级动力学模型,根据Langmuir等温吸附模型计算得出最大吸附容量为370.4 mg·g-1。良好的磁性能使Co_(1.6)Fe_(1.4)O_4纳米颗粒很容易从水中分离再利用,实验表明,经过多次脱附/吸附过程,Co1.6Fe1.4O4纳米颗粒对刚果红仍具有良好的吸附性能。     

酸碱盐改性对活性炭吸附油气特征的影响

采用酸碱盐溶液浸渍方法对活性炭进行改性,探究了其吸附油气的特征,考察了改性后的活性炭对油气吸附量和穿透时间的影响,采用BET、SEM、XRD及FT-IR等方法对活性炭进行了表征。结果表明:改性后的活性炭孔结构和表面化学性质发生了明显的变化,2~#样品(醋酸改性)比表面积最大为1 264.33 m~2·g~(-1),碱改性活性炭对油气的吸附性能优于其他改性方法,3~#样品(氨水改性)吸附容量最高为0.279 g·g~(-1),拟合动力学速率常数k′值是0.096 3,5#样品(氢氧化钾改性)穿透时间最长为130 min;改性处理后,增加了活性炭表面的—OH与C=C含量,正丁烷主要以—CH_2基团吸附在吸附剂表面。在综合酸碱盐溶液改性的基础上,利用Yoon-Nelson动力学方程对吸附曲线进行拟合,评价改性活性炭对油气的吸附性能。以上研究结果可为活性炭吸附油气的工业应用提供参考。     

活性炭表面酸性含氧官能团对吸附甲醛的影响

利用Bothem滴定法测定了化学浸渍处理的活性炭表面酸性含氧官能团浓度,研究表面酸性含氧官能团对甲醛吸附的效应。结果表明,HNO3浸渍处理能有效增大活性炭表面的羧基、酚羟基和内酯基浓度;H2O2浸渍处理主要增大了活性炭表面的酚羟基浓度;随着NaOH浓度的增大,活性炭表面的酚羟基、内酯基和羰基浓度大致呈先增大后减小的趋势,这是由于NaOH的化学清洗作用和酸碱中和反应所致;HNO3浸渍处理的活性炭表面的酸性含氧官能团浓度显著超过NaOH、H2O2浸渍处理的活性炭,而30%(质量分数)NaOH浸渍处理的活性炭和30%(体积分数)H2O2浸渍处理的活性炭吸附甲醛的饱和时间比HNO3浸渍处理的活性炭吸附甲醛最大饱和时间分别多4.0、1.5 h,说明酚羟基能够显著影响活性炭吸附甲醛的效果。     

磁性纳米吸附剂Fe3O4·ZrO(OH)2的合成及对水中氟和砷的吸附性能

用共沉淀法将ZrOCl2·8H2O包裹在磁性纳米Fe3O4表面,合成了一种针对高浓度含砷含氟废水的高效新型磁性纳米吸附剂Fe3O4·ZrO(OH)2.研究考察了吸附剂对氟和砷的吸附容量、反应平衡时间以及pH对吸附效果的影响.实验表明,磁性纳米Fe3O4·ZrO(OH)2吸附剂对水中F-和As(Ⅲ/Ⅴ)等温吸附模型符合Langmuir和Freundlich模型.对溶液中总氟和总砷的吸附容量分别可达70.42 mg/g和133.33 mg/g.通过拟二级动力学方程可得知吸附过程在20 min左右即可达到平衡.随着pH的不断增加,吸附剂对氟的吸附容量逐渐降低,而对砷的吸附量则是先增加后减少.     

负载镧镁改性活性氧化铝的除氟性能

制备载镧镁改性活性氧化铝(MAA),研究其对氟的吸附性能,采用扫描电镜SEM、X射线衍射仪XRD和等离子发射光谱仪ICP-OES对改性活性氧化铝进行表征,探讨可能的除氟机理。实验结果表明:吸附时间120 min、投加量2.0 g·L~(-1),p H=7,振荡频率180 r·min-1,对10 mg·L~(-1)高氟水去除率为97.7%。与未改性活性氧化铝(AA)相比,改性活性氧化铝除氟效果提高1.0倍,最大饱和吸附量为8.56 mg·g-1。不同阴离子对除氟性能的影响力大小为:CO2-3SO2-4Cl-NO-3。吸附剂对F-的吸附符合准二级动力学。改性活性氧化铝的吸附等温线符合Langmuir模型,该吸附反应为吸热反应,温度越高,自发程度越大。     

硅灰基吸附甲醛材料的制备与吸附机理

研发新型、高效吸附甲醛的无机材料已成为热点,采用Na_2SiO_3·9H_2O和KOH化学改性工业硅灰制备硅质溶胶,经水热反应合成吸附材料(S),红外光谱分析(FT-IR)和扫描电镜(SEM)结果证实硅灰中的Si—O结构发生变化,形成更多具有层状或架状结构、微观上呈现多孔结构的物质,BET结果表明其平均孔径为37 nm。通过将其与活性炭(C)以及KOH改性活性炭(CA)对甲醛的吸附性能对比发现,S对甲醛的去除率最高(79.3%),且其循环吸附性能优良。3种样品对甲醛的吸附动力学均满足Langmuir一级吸附模型,甲醛的变化规律均符合指数衰减模型C=y_0+A_1exp(-x/t),且y_0与吸附材料的性质密切相关。提出并阐述了3种吸附材料对甲醛的吸附机理,硅灰基吸附材料除了物理吸附,还有-Si-OH与甲醛之间的氢键作用。     

碱处理和掺氮耦合改性对活性炭纤维吸附甲醛性能的影响

甲醛作为一种常见的挥发有机化合物(VOC),对人体健康构成长期危害。为提高活性炭纤维(ACF)对甲醛等有害气体的吸附去除能力,采用不同浓度的碱处理和不同温度的氮修饰对ACF进行耦合改性,对共同改性后的ACF进行SEM、BET和XPS等分析测试,获得相关物理化学参数,并评价其吸附去除甲醛气体的性能。研究结果表明:碱处理后的ACF获得了发达的微孔结构和较高的比表面积。氮修饰后,ACF表面含氮官能团数量明显提高。改性后的ACF去除甲醛的性能得到了明显的提升,对初始浓度为4 mg·m~(-3)的甲醛去除率高达98%。吸附去除甲醛性能的提高应该归因于比表面积的大幅度提升和表面含氮官能团数量增加的共同作用。     

氮炭化核桃壳对Cr(Ⅵ)的吸附特性与机理

采用新疆核桃壳为原材料,将其在氮气氛围下炭化,制备氮炭化核桃壳吸附剂,利用静态吸附法研究了其对模拟废水中低浓度Cr(Ⅵ)的吸附性能,并采用SEM和FTIR技术对该吸附剂进行表征。结果表明,Langmuir等温吸附方程可以更好地拟合氮炭化核桃壳对Cr(Ⅵ)的吸附过程,说明Cr(Ⅵ)在氮炭化核桃壳上的吸附属于单分子层吸附,25℃时,当pH为2.0、吸附剂用量为16 g·L~(-1)、吸附时间为180 min、转速为200 r·min~(-1)时,Cr(Ⅵ)的去除率达到99.1%,饱和吸附容量为8.751 mg·g~(-1)。吸附动力学分析结果表明,该动态吸附平衡遵循拟二级动力学方程。表征结果显示,氮炭化核桃壳表面较粗糙,孔隙轮廓更清晰,更有利于对Cr(Ⅵ)的吸附,吸附过程中Cr(Ⅵ)主要与氮炭化核桃壳表面的O—H、CO、N—H、C—O—C等活性基团发生了作用。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

改性活性炭纤维吸附脱除气态汞

采用浸渍法对活性碳纤维(ACF)改性,所制得的吸附剂在固定床上进行汞吸附评价。Boehm滴定表明,浓HNO3和H2O2改性后的ACF表面含氧官能团有所增加,含氧官能团的增加有利于汞的吸附。XRF结果表明,ACF经硝酸银浸渍后,银离子被还原成单质银,使其对汞的吸附性能得到改变,并随着硝酸银浓度的增大而增大。ACF经活性MnO2和KMnO4浸渍后,吸附效果均有所提高,穿透时间大大加长,穿透吸附量也大大提高,两者均可达到170μg/g。     

响应曲面优化柏木屑微波活性炭的制备及其吸附AR88性能

以家具制造废弃物——柏木屑为原料,以磷酸为活化剂,采用微波加热方式,选用响应曲面分析法中心复合设计(CCD)对柏木屑活性炭(AC)制备因素进行优化,结果表明,活性炭最佳制备条件为磷酸/柏木屑质量浸渍比1.94∶1,辐照时间8.84 min,微波功率474.98 W,所得活性炭的碘吸附值为945.41 mg·g-1,得率为42.57%。将最优条件制备所得的柏木屑微波活性炭用于大分子染料酸性红88(AR88)的吸附特性研究,实验结果表明,AR88的去除率随着活性炭的投加量增加而升高,活性炭的吸附容量随着AR88浓度的升高而增加。活性炭对AR88的吸附符合Langmuir吸附等温模型,理论最大吸附量为322.58 mg·g-1。对柏木屑微波活性炭物化性质分析表明其表面存在大量无规则孔隙,比表面积、孔容和平均孔径分别为1 312 m2·g-1和0.896 cm3·g-1和2.88 nm。根据吸附结果和表征结果得知,柏木屑微波活性炭是一种具有潜力的高效吸附剂,能有效去除水中的AR88。     

氧化石墨烯-铁氧化物改性石英砂表面性能表征及其对腐殖酸的吸附特性研究

普通石英砂(RQS)滤料对腐殖酸(HA)的去除能力非常有限。以三氯化铁与氧化石墨烯(GO)为改性剂,对RQS进行改性,得到氧化石墨烯-铁氧化物改性石英砂(GO-IOCS),研究其吸附特性,并运用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等手段进行表征。结果表明:(1)GO-IOCS对初始质量浓度低于5mg/L的HA溶液,吸附去除率高达98.57%,约为RQS的5倍;(2)GO-IOCS表面负载均匀密集的颗粒,且具有利于吸附的大量官能团(如—OH、C—O、C=O、Fe—O—C等);(3)GO-IOCS和RQS对HA的吸附动力学特性都符合准二级动力学模型,前者对HA的吸附速率约为后者的3倍;(4)GO-IOCS对HA的吸附除了静电作用外,还包括离子交换作用。     

酸碱、高温改性13X分子筛及其对苯乙烯的吸附

针对原样13X分子筛吸附速率和吸附容量低的问题,通过碱溶液(NaOH,NH_3)和酸溶液(CH_3COOH,HCl)对13X分子筛进行浸渍改性,并对酸改性后的分子筛进行高温二次处理,考察了试剂种类、试剂浓度、浸渍时间、焙烧温度、焙烧时间5个因素对分子筛吸附性能的影响,并采用SEM和BET进行了表征。结果表明:最佳改性条件是盐酸浓度6.0 mol·L~(-1)、浸渍时间24 h、焙烧温度450℃、焙烧时间6 h;在最佳条件下制备的改性分子筛极大提高了对苯乙烯的吸附速率和吸附容量;改性后的分子筛对苯乙烯的动态吸附更符合准2级动力学模型,R2均大于0.98;SEM表征结果说明改性后分子筛表面孔隙率明显增加;BET比表面积分析结果说明酸改性可使分子筛各类孔面积增加,而高温改性会使BET比表面积和中孔面积增加,微孔面积降低;相关分析结果显示,改性分子筛对苯乙烯动态饱和吸附量与BET比表面积和中孔面积均呈显著正相关。     

乙酰化小麦秸秆吸附水中六价铬

研究了乙酰化小麦秸秆对水中六价铬的吸附特性。用傅里叶红外光谱(FTIR)对改性前后的小麦秸秆进行表征,通过静态序批实验探究了改性小麦秸秆对六价铬的吸附机理及影响因素。FTIR结果显示,改性后小麦秸秆表面乙酰化程度提高,有酯基产生;改性前后的吸附材料表面零电荷点(p HPZC)分别为2.8与6.3,相比于未改性的小麦秸秆,改性后的p HPZC升高;在温度298 K,溶液p H=1时改性小麦秸秆对六价铬的去除率达到最大值78.83%,并且在酸性条件下改性小麦秸秆均能较好的吸附六价铬;Langmuir等温吸附方程能更好的描述吸附过程,在温度298 K和308 K时,最大吸附量分别为240.213 9 mg·g-1和288.082 3 mg·g-1;吸附为吸热自发过程,遵循准二级动力学方程。     

低温等离子体改性活性炭纤维对不同极性苯系物的吸附

探究了不同改性时间下的活性炭纤维孔结构和表面化学性质的变化,并进一步研究了改性后的活性炭纤维对不同极性苯系物的吸附。通过BET比表面积、Boehm滴定分析、FTIR红外光谱对改性前后的活性炭纤维进行表征。结果表明,功率150 W,改性时间为30、60和90 min时,活性炭纤维烧失率随着改性时间延长而升高,分别达到16.5%、27.8%、45.5%。改性过程中,活性炭纤维比表面积和微孔孔容显著增加,有助于改善活性炭纤维吸附性能。在物理吸附和化学吸附作用下,改性活性炭纤维对邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯吸附性能有所提高,其中,改性90 min活性炭纤维对其吸附量分别增加了0.58、0.55和0.44 mg·mg-1。酸性含氧基团由原来的0.973 mmol·g-1增加到1.675 mmol·g-1,改性后酸性含氧官能团的增加使活性炭纤维表面极性增大,有利于对极性有机物邻、间二甲苯吸附量增加率的提高。     

烷基功能化磁性介孔硅的制备及其对氟喹诺酮类抗生素的吸附

为了提高介孔硅材料对抗生素的吸附性能和简化材料合成步骤,在纯介孔硅(UMS)的基础上,使用"一锅法"合成了烷基改性介孔硅(FMS)和核壳磁性烷基改性介孔硅(MMS),并系统地研究了这3种吸附剂对恩诺沙星(ENR)、培氟沙星(PEF)和环丙沙星(CIP)3种氟喹诺酮类抗生素(FQs)的吸附性能。批次吸附实验结果表明,改性材料的吸附容量是未改性材料的5倍,且对氟喹诺酮类抗生素具有更高的吸附容量和吸附效率,对CIP、PEF和ENR的最大吸附容量分别为201.52、275.46和286.35 mg·g~(-1),并且在10 min内可以达到90%以上的去除率。溶液的pH、腐殖酸浓度和离子强度对吸附过程的影响实验结果表明,MMS在pH为中性时可以达到最大吸附容量,且在高腐殖酸浓度下仍保持较高的吸附容量。回收再生实验结果表明,MMS具有良好的稳定性且吸附剂易于与溶液分离。进一步分析可知,静电作用和疏水作用是3种抗生素与MMS之间吸附的主要驱动力,使得MMS对抗生素具有优异的吸附性能。以上研究结果可为吸附去除污水中抗生素提供参考。     

改性木屑对铜离子的吸附性能

用热解+Na OH浸泡的方法制备改性木屑,通过表征手段观察了改性后木屑表面结构的变化,并研究了改性木屑对水溶液中Cu2+的吸附性能。结果表明:改性木屑表面变光滑,羟基增多;与原木屑和活性炭相比,改性木屑的平衡时间缩短了60 min,吸附速率提高了50%;改性木屑对铜离子的吸附符合Langmuir等温模型,最大吸附量为31.25 mg·g~(-1),是原始木屑吸附量的8倍,是活性炭的3倍。     

Fe2+改性活性炭的制备及其对聚酯降解产物的脱色性能分析

针对聚酯降解产物的回收再利用问题,采用Fe~(2+)对活性炭进行浸渍改性,并用于聚酯降解产物的脱色。通过比表面积测定、TG分析对改性前后的活性炭进行了表征;研究了改性时Fe~(2+)浓度、超声时间及煅烧温度对活性炭的孔结构、表面官能团以及吸附性能的影响,并以此为基础,通过响应面实验优化了Fe~(2+)对活性炭的改性工艺。结果表明,在Fe~(2+)浓度为1.224 mol·L~(-1),超声时间为4.93 h,且无煅烧的条件下,改性活性炭对染料的平均脱色率最高,可达93.483 5%,可在2 h内实现对聚酯降解产物的完全脱色,且其吸附容量比未改性活性炭提高了1.8 mg·g~(-1)。对改性前后的活性炭进行吸附热力学与吸附动力学实验,发现二者的吸附特征符合Langmuir吸附等温模型及拟二级动力学模型,其决定系数分别为0.990 5、0.997 1及0.999 3、0.999 7。这说明染料在活性炭上的吸附为均一单层分布,吸附过程中包含化学反应。使用Fe~(2+)对活性炭进行浸渍改性后再对聚酯降解产物进行脱色,不仅能提高活性炭对染料的脱色效率,还能提高对其对染料的吸附容量。