壳聚糖改性生物炭的制备及其对水溶液中Cd2+的吸附机制

以猕猴桃枝为原料,壳聚糖作为胺基表面改性剂,制备了一种绿色环保、对环境中重金属有良好吸附效果的功能性生物炭材料.采用批量吸附实验研究了改性前后生物炭的吸附性能.借助SEM-EDS、FTIR 和XPS表征方法,分析了改性前后生物炭的形貌结构和官能团变化,探究了其对溶液中Cd²⁺的吸附机制.结果表明,改性后的生物炭表面,引入了羟基（—OH）、羰基（—C=O）和氨基（—NH₂）等基团,显著提高了吸附性能,对Cd²⁺的吸附量较改性前增加107.12%.Lagergren准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程能较好地描述吸附过程,说明吸附速率由材料表面活性位点决定,吸附过程以化学吸附为主.对Cd²⁺的吸附机制主要是配位作用、表面沉淀作用、离子交换作用和阳离子—π键作用,吸附过程为自发的吸热过程.经过5次吸附-解吸循环后,改性后生物炭对Cd²⁺的吸附容量仍保持在初始吸附量的80%以上,表现出良好的可重复利用性.研究成果体现绿色化学的理念,所制备的壳聚糖改性生物炭可应用于镉污染水体和土壤的修复.     

浒苔生物炭对雨水径流中氨氮的吸附特性及吸附机制

为探究生物滞留池填料(浒苔生物炭)处理雨水径流氨氮(NH4+-N)的去除效果及机制,进行室内批量吸附实验,在对浒苔生物炭进行碱改性(1、2和3 mol·L-1 NaOH改性,分别标记为BC1、BC2和BC3)基础上,开展改性前后浒苔生物炭对NH4+-N吸附性能研究.结果表明:①适宜浓度的碱改性提高了浒苔生物炭的比表面积...     

新型胺化介孔炭的制备及其对Pb(II)的吸附

采用微波辅助磷酸活化制备了高中孔率蔗渣基介孔炭,并通过硝酸氧化和乙二胺聚合在其孔道内修饰了含氮多胺基团,探索了溶液浓度、温度、吸附剂剂量等对改性介孔炭的Pb(II)吸附性能、行为和热力学特性的影响.结果表明,蔗渣基介孔炭较宽的孔道结构可通过乙二胺缩水聚合反应在其表面接枝酰胺、仲胺等含氮基团;胺化改性增强化了介孔炭对水溶液中Pb(II)的固定作用,改性后介孔炭对Pb(II)的吸附量高达180mg/g,是改性前介孔炭的1.5倍;改性介孔炭对Pb(II)的去除率显著增加,对溶液浓度<60mg/L的Pb(II)去除率接近100%.等温吸附与热力学数据表明,胺化改性介孔炭对Pb(II)的吸附位能量存在差异化,吸附是自发的吸热反应过程,温度对铅(II)离子吸附有促进作用,化学作用在吸附过程中发挥了重要作用.     

硫改性牛粪生物炭对Hg2+的高效吸附及其机理

以牛粪为原料在400,500,600 ℃条件下限氧热解制备牛粪生物炭(BC),然后以不同质量比将升华硫和BC混合共热解制备硫改性牛粪生物炭(BCS)。使用元素分析仪、SEM、FTIR、XPS和BET对制得的BC和BCS进行了表征,并研究了各BC和BCS对Hg2+的吸附特性。结果表明:热解过程使BC和BCS变得粗糙多孔,Hg2+被吸附到生物炭表面和孔道内;BC和BCS的吸附过程符合准二级动力学模型,BCS对Hg2+的吸附平衡时间仅为30 min,且吸附过程不受pH影响;Langmuir模型可较好地描述BC吸附过程,吸附量随热解温度的升高而降低,BCS吸附过程符合Freundlich模型,吸附能力较BC显著提升,最大拟合吸附量达到407.81 mg/g;BCS的吸附稳定性较高,在各解吸剂中的解吸率均低于5%;BC主要吸附机理为官能团络合,BCS主要吸附机理为HgS沉淀。因此BCS是一种高效稳定的Hg2+吸附材料。     

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.     

水葫芦生物炭对水中重金属离子的吸附特征研究

为了揭示生物炭对不同重金属离子的吸附特征,以水葫芦为原料,热解得到水葫芦生物炭,并对水葫芦生物炭吸附Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的动力学、等温学和吸附机理进行了研究。结果表明：准一级、准二级动力学模型均能很好地拟合水葫芦生物炭对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附过程;结合颗粒内扩散模型,水葫芦生物炭对重金属离子的吸附主要发生在吸附初期,而在接近吸附平衡时,才开始由颗粒内扩散对吸附速率进行控制;Langmuir吸附模型能更好地拟合水葫芦生物炭吸附Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的过程,而水葫芦生物炭对Cu²⁺的吸附过程则更符合Freundlich吸附模型;由Langmuir吸附模型拟合得到水葫芦生物炭对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn^2...     

四乙烯五胺改性生物质炭对水中锌(II)的吸附性能研究

以苹果枝和葡萄枝为原料,制备了苹果枝生物质炭和葡萄枝生物质炭,并采用化学改性方法处理两种生物质炭,分别得到表面键合了四乙烯五胺的改性苹果枝生物质炭和改性葡萄枝生物质炭.采用红外光谱、扫描电镜等对两种生物质炭及其化学改性产品分别进行了表征,比较了两种生物质炭及其改性产品对水中Zn~(2+)的吸附性能,并分析了吸附动力学和等温吸附特性.结果表明,改性生物质炭增加了表面吸附位点,最大吸附量明显增加,相同吸附量所用吸附时间大大缩短,吸附效果显著提高.4种吸附剂的吸附行为均符合准二级动力学模型及Langmuir方程.生物质炭吸附重金属的机理初步判定是以离子交换和阳离子-π键的作用为主,改性生物质炭对Zn~(2+)吸附量和吸附速度的显著提升主要与键合基团的螯合作用有关.     

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.     

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As (V)、Cd (II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd (II)、As (V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As (V)的最大拟合吸附量达到3.47～4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82～2.50 mg/g)(p<0.05)。在As (V)、Cd (II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As (V)发生络合反应,同时Cd (II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd (OH)₂沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As (V)、Cd (II)同时吸附的能力。     

熔盐法制生物炭用于吸附酸性工业废水中的Pb2+

作者设计了一种含有表面衍生官能团的生物质材料,用于吸附印染、脱硫等废水中的可溶性铅污染。在500℃热解下,采用熔盐法制备生物炭材料,其产率接近40%,具备介孔/大孔杂化特性,比表面积接近300 m²/g。通过高锰酸钾改性,发现其对Pb²⁺的最大吸附量可以达到商业活性炭的8倍。研究初始pH、吸附时间、污染物浓度等因素对生物炭吸附Pb²⁺的影响,发现生物炭对Pb²⁺的吸附倾向遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。结合生物炭吸附剂使用前后的材料表征,阐述了包括静电作用、π-π作用、离子交换和络合作用在内的吸附机制。研究结果还表明生物炭BC-B在酸性条件下可以快速有效地吸附Pb²⁺,在生物炭投加量=0.5 g/L、[Pb²⁺]=400 mg/L、pH=7的条件下对Pb²⁺的最大吸附量达到440.0 mg/g。同时循环再生实验和工业废水应用实验证明,该生物炭在治理含重金属的酸性工业废水中具有潜力。     

含vgb基因的重组毕赤酵母菌对重金属离子的吸附解吸特征

酵母因为其比表面积大、密度高被广泛用于水体中重金属的吸附.本文研究比较野生毕赤酵母KM71及含有vgb基因的重组毕赤酵母KM71对重金属Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附解吸特性,并研究混合金属离子对酵母菌吸附性能的影响.不同金属离子均在2 h达到吸附解吸平衡,酵母菌对不同种类金属离子的吸附具有选择性,温度和pH变化对毕赤酵母吸附重金属影响较小.重组毕赤酵母菌对重金属的抗性更强.通过对环境因素及复合剂的优化,得到对重金属镉、镍、铅具有高效吸附性能的重组酵母菌,重组酵母菌对单元素溶液中Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为10.56、17.68和20.14 mg·g^-1,对三元金属混合溶液中的Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为8.28、9.89和19.99 mg·g^-1.通过条件优化重组毕赤酵母对Ni²⁺、Cd²⁺和 Pb²⁺的吸附率分别提高了15.14%、21.04%、18.47%,吸附量分别提高了11.26、13.43、22.90 mg·g^-1.本试验为促进酵母菌在处理重金属污染废水中的广泛应用提供了科学依据.     

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.     

钢渣-蒙脱石复合吸附剂对水中Cd~(2+)的吸附去除

研究了钢渣-蒙脱石复合吸附剂对废水中Cd2+的吸附性能,并探讨了影响吸附的因素和吸附机理.结果表明,钢渣蒙脱石质量比为1∶1的复合吸附剂对Cd2+的吸附效果优于钢渣及蒙脱石对Cd2+的单一吸附.当温度为25℃,废水pH=6~7时,1.2 g钢渣-蒙脱石复合吸附剂对100 mL Cd2+溶液(100 mg·L-1)吸附60 min后,Cd2+的去除率可达到96.99%.钢渣-蒙脱石复合吸附剂对镉离子的吸附反应符合二级动力学方程,可决系数为0.9991;符合Langmuir方程,可决系数为0.9725.对Cd2+的理论饱和吸附量为12.45 mg·g-1.溶液中Pb2+、Cu2+的存在会降低复合吸附剂对Cd2+的吸附量,且Cd2+受Cu2+的影响较大.吸附饱和的钢渣-蒙脱石颗粒材料用1 mol·L-1的氯化钠溶液再生效果好.     

改性污泥基生物炭的性质与重金属吸附效果

为提高污泥基生物炭在高钙溶液体系中对重金属阳离子的吸附能力,将Fe₂O₃、MnO₂、ZnO与市政污泥以质量比1 ∶10（以过渡金属元素质量计）混合共热解,制备改性生物炭;表征改性生物炭的组成、官能团分布和表面性质,考察其对典型重金属阳离子Cd²⁺的吸附效果.过渡金属氧化物可促进污泥的热解,改性生物炭的H/C原子比均低于0.31,碳链裂解脱氢更彻底.改性生物炭中Fe、Mn保留较好,分别主要以单质和氧化物形态存在;而Zn流失较多.改性生物炭中的孔隙以介孔为主,平均孔径约3.8 nm,比表面积在50 m²·g^-1以上.初始浓度约200 mg·L^-1的Cd²⁺溶液中,Ca²⁺初始浓度从0 mg·L^-1升高到约200 mg·L^-1,Fe改性生物炭对Cd²⁺的吸附容量从43.17 mg·g^-1降至27.88 mg·g^-1,但仍较未改性生物炭高10 mg·g^-1以上,在含钙溶液体系中表现出了对Cd²⁺更强的吸附性能.Fe₂O₃较MnO₂和ZnO对市政污泥基生物炭吸附重金属的强化效果更好.     

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.     

鸟粪石天然沸石复合材料对水中铅离子的去除

将一种含鸟粪石的氮磷回收产物(NZ-MAP)应用于水中重金属离子铅的去除.通过XRD、FTIR、SEM/EDS分析手段对NZ-MAP进行表征,并探究投加量、溶液初始pH、反应时间对去除过程的影响.结果表明NZ-MAP材料主要成分为负载有鸟粪石的天然沸石;当投加量为0. 4 g·L~(-1)时,最大吸附量为749. 74 mg·g~(-1),同时NZ-MAP对溶液中Pb~(2+)的吸附量随pH的增大呈先增加后趋于平衡的趋势,其去除机理主要为Pb_(10)(PO_4)_6(OH)_2沉淀作用,且当pH为5. 0时效果最佳.该材料对于水中铅离子的去除过程更加符合准二级动力学模型.为深入探讨共存重金属离子对NZ-MAP去除水中铅离子的影响,发现共存Ni~(2+)和Cu~(2+)对NZ-MAP吸附Pb~(2+)的影响较小,共存Zn~(2+)和Al~(3+)明显抑制了NZ-MAP对Pb~(2+)的吸附.研究显示,NZ-MAP材料可高效去除水中铅离子,可为水体中铅离子的去除提供有效的方法     

镁改性硅藻土回收废水氮磷产物对水中Pb2+和Zn2+的去除

通过使用镁改性硅藻土回收废水中的氮磷营养素,优化制备了一种复合材料（D-MAP）,并将其用于废水中重金属Pb²⁺和Zn²⁺的去除.研究探讨了材料投加量、反应时间、反应温度和溶液初始pH等因素对Pb²⁺和Zn²⁺在D-MAP上吸附的影响.D-MAP吸附去除Pb²⁺和Zn²⁺的最优条件为：D-MAP投加量分别为0.25 g·L^-1和0.30 g·L^-1,Pb²⁺和Zn²⁺初始浓度分别为300 mg·L^-1和60 mg·L^-1,溶液初始pH为5.0.在此条件下,其对Pb²⁺和Zn²⁺去除率分别可达78.67%和89.66%.动力学和热力学的结果表明,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的吸附更符合准二级动力学模型;其吸附等温线可用Langmuir模型描述,吸附是自发吸热的过程.Langmuir等温拟合结果指出,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的最大吸附容量分别为901.0 mg·g^-1和206.2 mg·g^-1.使用SEM/EDS、XRD和FT-IR等手段对吸附Pb²⁺和Zn²⁺前后的吸附剂进行表征,结果表明,D-MAP是一种鸟粪石-硅藻土复合材料,可通过与Pb²⁺和Zn²⁺生成Pb₁₀（PO₄）₆（OH）₂和Zn₃（PO₄）₂·2H₂ O去除废水中Pb²⁺和Zn²⁺.D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的去除效果随着pH的增加而增加,且最终产物形态随pH不同产生变化.     

磁性生物炭对重金属污染废水处理条件优化及机理

将水稻谷壳经改性和负磁后制得磁性谷壳生物炭(BC-Fe),通过正交实验研究了pH、生物炭添加量、吸附时间和转速对磁性谷壳生物炭吸附实际污染废水中Cd~(2+)和Zn~(2+)的影响,提出了磁性谷壳生物炭作为实际污染废水处理材料的最佳操作条件,并应用于多步骤废水处理系统中,同时进行了BC-Fe的再生吸附实验.正交实验结果表明,在pH为6.0、固液比为6.0 g·L~(-1)、吸附时间为1.0 h、转速为160 r·min~(-1)的条件下,磁性谷壳生物炭对Cd~(2+)和Zn~(2+)的去除率最高,分别达到61.1%和60.4%,吸附量分别为8.6 mg·g~(-1)和21.3 mg·g~(-1).在实验所设条件下,Cd~(2+)和Zn~(2+)的综合去除效果随着pH和生物炭添加量的增加而显著升高,吸附时间和转速的影响未达显著水平.在多步骤废水处理系统中,使用CaO和Na_2S作为前处理,利用磁性谷壳生物炭二次处理,可使实际污染废水中Cd~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Mn~(2+)、Fe~(2+)的去除率分别达到100%、99.8%、99.3%、97.8%、100%,SS降为1.0 mg·L~(-1),此时系统pH为7.5,色度为2倍,出水各项指标均达到硫酸工业污染物排放标准(GB 26132—2010)和污水综合排放标准(GB 8978—1996)的要求.再生实验表明,BC-Fe第3次吸附Cd~(2+)和Zn~(2+)的去除率分别为50.6%和49.1%,吸附材料再生性能良好.     

鸟粪石-沸石复合材料对水中镉的吸附性能研究

研究以氧化镁负载沸石回收污水中氮磷得到的鸟粪石-沸石复合材料(STR-NZ)为吸附剂,用于对水体中重金属镉的吸附去除.实验采用SEM-EDS、XRD和FTIR等手段对STR-NZ材料进行表征,并考察了投加量、初始pH和反应时间等对STR-NZ材料去除水中Cd~(2+)的影响.结果表明:氧化镁负载沸石材料主要以鸟粪石沉淀的方式实现对水中磷酸盐和氨氮的回收;STR-NZ对水溶液中Cd~(2+)的吸附量随pH的增大呈先增加后趋于平衡的趋势,当Cd~(2+)的初始浓度为50 mg·L~(-1)时,STR-NZ的最佳投加量为0.2 g·L~(-1),Cd~(2+)最大吸附量为249.35 mg·g~(-1), STR-NZ对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,对Cd~(2+)的等温吸附符合Langmuir等温吸附模型,STR-NZ主要通过Cd_5(PO_4)_3(OH)沉淀的方式实现对水中Cd~(2+)的去除.     

Adsorption of heavy metal ions from aqueous solution by carboxylated cellulose nanocrystals

A novel nanoadsorbent for the removal of heavy metal ions is reported.Cotton was first hydrolyzed to obtain cellulose nanocrystals(CNCs).CNCs were then chemically modified with succinic anhydride to obtain SCNCs.The sodic nanoadsorbent(NaSCNCs) was further prepared by treatment of SCNCs with saturated NaHCO 3 aqueous solution.Batch experiments were carried out with SCNCs and NaSCNCs for the removal of Pb 2+ and Cd 2+.The effects of contact time,pH,initial adsorption concentration,coexisting ions and the regeneration performance were investigated.Kinetic studies showed that the adsorption equilibrium time of Pb 2+ and Cd 2+ was reached within 150 min on SCNCs and 5 min on NaSCNCs.The adsorption capacities of Pb 2+ and Cd 2+ on SCNCs and NaSCNCs increased with increasing pH.The adsorption isotherm was well fitted by the Langmuir model.The maximum adsorption capacities of SCNCs and NaSCNCs for Pb 2+ and Cd 2+ were 367.6 mg/g,259.7 mg/g and 465.1 mg/g,344.8 mg/g,respectively.SCNCs and NaSCNCs showed high selectivity and interference resistance from coexisting ions for the adsorption of Pb 2+.NaSCNCs could be efficiently regenerated with a mild saturated NaCl solution with no loss of capacity after two recycles.The adsorption mechanisms of SCNCs and NaSCNCs were discussed.