猪骨/竹共热解生物炭对氨氮、Cd2+和Cu2+的吸附特性研究

为使用吸附法高效处理氨氮、Cd²⁺和 Cu²⁺混合污染废水,文章以猪骨、竹子为原料,采用共热解法制备骨竹生物炭;通过间歇吸附实验,研究混合比例、热解温度对共热解生物炭吸附性能的影响,同时探究了溶液条件对吸附过程的影响。结果表明,竹粉与骨粉质量比 1∶3,550 ℃制备的共热解生物炭 MC2 性能最优。MC2 对氨氮及 Cd²⁺、Cu²⁺的单一吸附数据 Langmuir 模型拟合最优,分别具有 13.97、108.11、153.54 mg/g 的吸附容量。动力学模型拟合表明,MC2 吸附 3 种污染物的过程符合准二级动力学模型。3 种污染物共存时,Cu²⁺竞争性大于 Cd²⁺,氨氮对 2 种金属离子无竞争性。     

Cu2+和Cd2+在改性纳米黑碳表面上的吸附-解吸

通过Cu2+或Cd2+单体系和Cu2+-Cd2+复合体系中Cu2+或Cd2+的吸附-解吸试验,研究了改性纳米黑碳(MBC)对Cu2+和Cd2+的吸附特性和吸附稳定性.结果表明:Cu2+和Cd2+在MBC上的吸附可以分为快、慢2个阶段,30 min达到饱和吸附量的90%以上.Cu2+和Cd2+在MBC上的吸附等温线均能用Langmuir方程和Freundlich方程拟合.Cu2+和Cd2+在MBC上的最大吸附量分别为417和245 mmol/kg,n值分别为2.56和3.85.MBC对Cu2+和Cd2+是优惠吸附,且对Cu2+的吸附能力大于Cd2+.吸附在MBC上的Cu2+和Cd2+的解吸率均随着吸附量的增加而增大,Cu2+在MBC上的解吸率为1.45%～20.20%,Cd2+为2.67%～31.40%.Cu2+和Cd2+在MBC上存在着竞争吸附,其最大吸附量均随着竞争离子浓度的增加而降低.MBC对Cu2+吸附量和吸附稳定性均大于Cd2+.MBC对重金属有强的吸附作用,可探索其在含重金属废水处理和重金属污染土壤钝化修复中的应用.     

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.     

巯基乙酸改性橘子皮对Cu2+的吸附性能

研究了经巯基乙酸改性的橘子皮吸附剂对Cu2+的吸附性能,并考察了溶液pH值、吸附时间、Cu2+初始浓度及温度对吸附性能的影响.结果表明,吸附过程可以很好地用准二级动力学方程描述,吸附等温线用Langmuir方程的拟合效果优于Freundlich方程;;在pH=5.3、25℃条件下的最大吸附容量为70.671mg·g-1;;吸附过程为化学吸附,且经巯基乙酸改性的橘子皮可重复使用5次以上.     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对Cd2+吸附及作用机制分析

分别在300、500、700℃下限氧热解稻草、小麦和玉米秸秆制备生物炭,并以制备的生物炭为载体固定化硫酸盐还原菌(SRB),对比不同类型生物炭固定化SRB对Cd²⁺的吸附效果,筛选出吸附效果最佳的固定化SRB菌剂,并采用SEM、FTIR和BET对其进行表征分析;同时,研究溶液pH、吸附时间、生物炭添加量、Cd²⁺浓度对吸附效应的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探究其对Cd²⁺的吸附过程及作用机理.结果表明,700℃限氧热解小麦秸秆生物炭固定化SRB菌剂(IBXM700)对Cd²⁺的吸附效果最佳;在pH=8、生物炭添加量为0.6 g(每50 mL溶液)、吸附时间为8 h、Cd²⁺初始浓度为40 mg·L^-1条件下,IBXM700对Cd²⁺的吸附效果最佳,其吸附符合拟一级动力学模型,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,且符合Langmuir模型,表明是单分子层吸附;离子交换、沉淀可能是IBXM700吸附Cd^2+...     

Cu2+强化UV活化过氧乙酸降解水中的双氯芬酸

研究了Cu²⁺强化UV活化过氧乙酸（Cu²⁺/UV/PAA）对水中双氯芬酸（DCF）的降解,考察了pH值、PAA投加量、Cu²⁺投加量、无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CO₃^2-）和溶解有机物（DOM）对DCF去除的影响;探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：UV和Cu²⁺都能活化PAA产生活性自由基促进DCF降解.DCF在Cu²⁺/UV/PAA中的降解遵循准一级动力学,其降解可能归因于直接光解、HO^·氧化和CH₃COO^·、CH₃COOO^·等其它自由基氧化.在pH=3~11范围内,DCF降解的最佳pH=8.5.DCF的降解效率随着PAA投加量的增大而逐渐增高,过量的PAA能与DCF竞争HO^·.Cu²⁺用量的提高也能促进DCF的去除,但是过量的Cu²⁺可生成Cu（OH）₂导致其催化能力下降.由于NO₃^-在UV照射下可以产生HO^·,其对DCF降解有促进作用,且NO₃^-浓度越高,促进作用越明显.不同浓度的Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-和DOM对DCF降解影响较小.在Cu²⁺/UV/PAA降解DCF的过程中,共检测出13种降解产物.根据这些降解产物,提出了DCF可能的转化机理,包括8种不同的反应路径.     

低总氮浓度下Fe2+促进ANAMMOX生物膜反应器脱氮

在低总氮（TN）浓度条件下考察了Fe²⁺促进串联两级ANAMMOX生物膜反应器脱氮性能的可行性.结果表明,ρ（Fe²⁺）为5、10和15 mg·L^-1能够有效促进厌氧氨氧化反应,ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1对两级ANAMMOX生物膜反应器的促进程度最大,在进水ρ（TN）约为150 mg·L^-1,总氮负荷（NLR）为0.62 kg·（m³·d）^-1条件下,最高总氮去除率（NRE）可达81.71%.添加Fe²⁺可促进系统胞外聚合物（EPS）的分泌以及亚铁血红素c的合成.批次试验结果进一步验证了ρ（Fe²⁺）为5、10和15 mg·L^-1时对厌氧氨氧化菌活性的促进作用,其中ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1时的比厌氧氨氧化活性（SAA）是对照组的3.6倍,而当ρ（Fe²⁺）为20 mg·L^-1时,AnAOB活性受到明显抑制.高通量测序结果显示,投加Fe²⁺均促进了反应器中Candidatus_Kuenenia丰度的增加,其中ρ（Fe²⁺）为10 mg·L^-1时两个反应器中Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增至16.18%和4.22%.基于Fe²⁺促进下两级厌氧氨氧化的稳定运行为厌氧氨氧化生物膜工艺处理低总氮浓度废水提供了参考.     

Cu2+强化UV活化过氧乙酸降解水中的双氯芬酸

研究了Cu²⁺强化UV活化过氧乙酸（Cu²⁺/UV/PAA）对水中双氯芬酸（DCF）的降解,考察了pH值、PAA投加量、Cu²⁺投加量、无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CO₃^2-）和溶解有机物（DOM）对DCF去除的影响;探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：UV和Cu²⁺都能活化PAA产生活性自由基促进DCF降解.DCF在Cu²⁺/UV/PAA中的降解遵循准一级动力学,其降解可能归因于直接光解、HO^·氧化和CH₃COO^·、CH₃COOO^·等其它自由基氧化.在pH=3~11范围内,DCF降解的最佳pH=8.5.DCF的降解效率随着PAA投加量的增大而逐渐增高,过量的PAA能与DCF竞争HO^·.Cu²⁺用量的提高也能促进DCF的去除,但是过量的Cu²⁺可生成Cu（OH）₂导致其催化能力下降.由于NO₃^-在UV照射下可以产生HO^·,其对DCF降解有促进作用,且NO₃^-浓度越高,促进作用越明显.不同浓度的Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-和DOM对DCF降解影响较小.在Cu²⁺/UV/PAA降解DCF的过程中,共检测出13种降解产物.根据这些降解产物,提出了DCF可能的转化机理,包括8种不同的反应路径.     

高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.     

Zn2+、Co2+和Mn2+对人工湿地基质生物膜的影响

研究了金属离子Zn²⁺,Co²⁺和Mn²⁺对复合垂直流人工湿地基质生物膜脱氢酶活性和多糖含量的影响.结果表明,在生物膜混合液中添加Zn²⁺能在短时间内(6h)迅速提高生物膜的酶活性,增加多糖含量,浓度为2mg/L 的Zn2+可以在较长时间(72h)内保持生物膜的酶活性并且促进多糖的积累.Co²⁺和Mn2+对生物膜脱氢酶活性及多糖含量的影响较为相似.当Co²⁺浓度<1mg/L、Mn²⁺浓度<2mg/L 条件下,6h 时,对脱氢酶活性呈现了不同程度的促进作用,但随着Co2+和Mn2+离子浓度的增加,对脱氢酶活性的影响则表现为抑制作用,并且随着时间的延长,抑制作用越来越明显.在所研究的浓度和时间范围内,Co²⁺和Mn²⁺对多糖含量没有明显影响.     

十二烷基磺酸钠(SDS)改性蒙脱石对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附研究

以阴离子表面活性剂(十二烷基磺酸钠,SDS)为改性剂制备了有机蒙脱石,研究其对Cu2+、Cd2+的吸附行为,并用XRD、FTIR、SEM、XPS对有机蒙脱石进行表征.实验结果表明,有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附基本上在20min内达到平衡,并随pH增大(1.0～7.0),吸附量增加,最佳pH约为6.0.有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附等温线更符合Langmuir等温吸附方程,SDS改性蒙脱石对Cu2+、Cd2+的最大吸附量较纯蒙脱石分别增加15.7%、15.5%.XRD、FTIR、SEM、XPS及碳含量分析结果显示,SDS主要分布在蒙脱石表面且相对稳定,少量嵌入层间,有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附机制为配位吸附和离子交换.     

锯末对Cu~(2+)的吸附特性研究

以工业废弃物锯末为吸附剂,研究其对水中Cu2+的吸附特性.结果表明,锯末对Cu2+的吸附速度较快,1 h后基本达到平衡.准二级速率方程很好地模拟了吸附反应的动力学方程(R20.99).锯末对Cu2+吸附主要机制是离子交换,吸附量随pH升高而升高.离子强度对吸附反应有一定影响:Cu2+和锯末一部分是内层结合,一部分是外层结合.经过酸碱处理的锯末在吸附能力上有了一定程度的提高.Langmuir模型对原始锯末的吸附等温线拟合最好,Langmuir-Freundlich模型对经过酸碱处理的锯末拟合最好.热力学分析显示吸附反应具有自发性、放热、熵增特性.     

新型钛酸钠填料对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附研究

以钛酸钠纳米纤维为原材料制备新型钛酸钠填料,对水体中常见的重金属(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+))进行竞争吸附实验研究,分析了四元、三元及双组分竞争吸附的选择性吸附特性,并探讨了4种金属离子在钛酸钠填料上的相互作用关系.结果显示,初始浓度较低时,4种离子之间的相互影响差异性不明显;随着初始浓度的升高,4种离子的竞争吸附分配系数都呈下降的趋势,竞争吸附系数大小顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),这与重金属离子的第一水解常数大小顺序一致.竞争吸附结果表明,水中存在Pb~(2+)时,其余3种离子的吸附都会被抑制,尤其对Zn~(2+)和Cd~(2+)的抑制更显著,即在钛酸钠填料上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Zn~(2+)和Cd~(2+)的竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制.     

壳聚糖交联沸石小球对Cu2+、Ni2+及Cd2+的吸附特性

以壳聚糖和人造沸石为原料,采用滴加成球法制备了一种新型重金属吸附剂——壳聚糖交联沸石小球,通过吸附实验考察了pH值、时间及重金属离子浓度对吸附Cu2+、Ni2+、Cd2+的影响.结果表明,制得的壳聚糖交联沸石小球的平均粒径为3.2 mm,密度为1.08 g·cm-3,含水率为80％.在pH=5、温度25℃条件下,壳聚糖...     

黄原酸化废弃污泥吸附Cu2+研究

将污水处理厂废弃污泥在碱性环境中用CS2处理,制备黄原酸酯类重金属吸附剂,探究一种有效的废弃污泥资源化途径.用傅里叶转换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对污泥进行了表征,并通过批量实验研究了污泥对Cu2+的吸附性能以及pH和初始Cu2+浓度的影响.结果表明,黄原酸化成功引入了含硫基团,使黄原酸化污泥的吸附量相对于原始废弃污泥提高了20.6%~46.9%.当Cu2+初始浓度为25 mg·L-1时,黄原酸化污泥对Cu2+的去除率可达96.7%.吸附动力学遵循准二级动力学模型(Pseudo-second-order equation),平衡时间为3 h,吸附速率同时受膜扩散和颗粒内扩散两过程控制;吸附过程符合Langmuir等温模型和Freundlich等温模型,25℃下,由Langmuir模型得到的最大吸附量达142.92 mg·g-1(pH=5),且吸附容量随pH(1~5)及初始Cu2+浓度升高而升高.黄原酸化废弃污泥可作为高效重金属离子吸附剂,实现废弃资源的回收利用.     

磁性竹基炭对Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附机理研究

采用微波辐照技术,以枯竹子为碳源制备了磁性竹基炭(BBMC),并将其用于对重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附去除.同时,分析了吸附时间、pH值、离子强度及初始金属离子浓度等条件对吸附的影响,讨论了BBMC对3种金属离子的吸附特性与吸附机理.结果表明,金属离子在BBMC上的吸附符合Langmuir等温模式和准二级动力学吸附方程;吸附的机理可归结为金属阳离子与BBMC上的H+之间的离子交换作用,且吸附能力可能与金属离子半径有关,呈现出Pb2+Cd2+Cu2+的趋势,重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的最大平衡吸附量分别为16.2、14.0和9.5 mg·g-1.     

ToxTell生物传感器在Cu2+、Zn2+冲击活性污泥系统分析中的应用

探讨了不同浓度Cu2+及Cu2+和Zn2+联合对活性污泥系统CODCr去除的影响,并采用ToxTell生物传感器,以活性污泥为指示微生物,分析了上述金属离子的毒性抑制作用.结果表明,Cu2+浓度为5mg·L-1时,其对活性污泥工艺CODCr去除存在一定的促进作用,随着Cu2+浓度的增加,其对CODCr的去除的抑制作用逐渐增强;Cu2+及Cu2+和Zn2+对活性污泥系统在抑制时间为1.5h时达到最大抑制状态,但随着曝气时间的延长,CODCr去除率呈逐渐上升趋势.ToxTell生物传感器对Cu2+和Zn2+的混合毒性具有良好的分析性能,其毒性分析结果与活性污泥工艺中CODCr的去除抑制率具有良好的一致性,初步证实该生物传感器能很好地用于活性污泥处理系统受Cu2+和Zn2+冲击的预警监测.     

Cd2+、Cu2+和Zn2+对人工湿地反硝化作用的影响

实验室研究了 3种重金属离子 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺对人工湿地反硝化作用的影响 .以 100、500、1000 mg/kg剂量的 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺处理人工湿地土壤样品 ,检测其 N₂O的产生 .结果表明 ,3种金属离子的 500、1000mg/kg处理组土样 N₂O的产生均显著降低 ,各金属离子抑制 N₂O产生的程度顺序为 Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺,这与 3种金属离子在土样中的有效态浓度顺序是一致的 ,反硝化微生物在处理过程中逐步产生了对重金属离子的耐受性 ,500、1000mg/kg处理组样品的 NH⁺₄- N浓度较对照组显著升高提示部分 NO^-₃- N由于反硝化过程的抑制而异化性还原为 NH⁺₄-N.     

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.     

Biosorption of Cd2+ and Cu2+ on immobilized Saccharomyces cerevisiae

The biosorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ onto the immobilized Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) was investigated in this study. Adsorption kinetics, isotherms and the effect of pH were studied. The results indicated that the biosorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ on the immobilized S. cerevisiae was fast at initial stage and then became slow. The maximum biosorption of heavy metal ions on immobilized S. cerevisiae were observed at pH 4 for Cd²⁺ and Cu²⁺. by the pseudo-second-order model described the sorption kinetic data well according to the high correlation coefficient (R ²) obtained. The biosorption isotherm was fitted well by the Langmuir model, indicating possible mono-layer biosorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ on the immobilized S. cerevisiae. Moreover, the immobilized S. cerevisiae after the sorption of Cd²⁺ and Cu²⁺ could be regenerated and reused.