油菜秸秆生物炭对水中氨氮的吸附性能及机理

以废弃油菜秸秆为原料，采用限氧热解法分别在450℃、550℃、650℃条件下制备油菜秸秆生物炭(Rape Straw Biochar, RSB)RSB₄₅₀、RSB₅₅₀、RSB₆₅₀,对其理化性质进行了表征，通过序批试验研究了3种RSB吸附水中氨氮的影响因素，并结合动力学、等温线、热力学分析探讨了其吸附机理。结果表明，RSB的碳化、芳香化程度随着热解温度的提升而增加，比表面积、总孔容、平均孔径也随之增大。当溶液初始pH值为8,氨氮初始质量浓度为30 mg/L,RSB₄₅₀、RSB₅₅₀、RSB₆₅₀投加质量分别为0.7 g、0.6 g、0.4 g时，经过210 min左右达到吸附平衡，氨氮去除率均超过95%。3种RSB对氨氮的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。ΔG^θ<0、ΔH^θ>0、ΔS^θ>0,表明吸附是自发、吸热、熵增推动的过程。吸附机理涉及静电...     

蔬菜废弃物基生物炭对铅的吸附特性

以蔬菜废弃物(芹菜)为原料,采用限氧裂解法制备了500℃下的蔬菜废弃物基生物炭,利用SEM扫描电镜、EDS能谱分析、CHN元素分析、FTIR红外光谱、比表面积及孔径分析等方法表征生物炭的物理化学性质,探究生物炭对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性及其影响因素。结果表明,500℃下制备的废弃芹菜生物炭孔隙较少,具有较小的比表面积和丰富的官能团。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附效果,在初始pH值为5、投加量为0.8 g/L、初始质量浓度为400 mg/L时,其最大吸附量为240.5 mg/g,且投加量、初始质量浓度和体系pH值的影响强烈。废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附在5 min内达到平衡,吸附过程更符合准二级动力学模型(R~20.99),表明其吸附速率主要受化学作用控制。同时吸附速率还受初始质量浓度的影响,初始质量浓度越低,吸附过程越先达到平衡。在试验范围内,等温吸附Langmuir模型和Freundlich模型都适合描述废弃芹菜生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附过程。     

磁性生物炭的制备、表征及对磷的吸附特性

处理成本高、分离难度大是当前湖库等相对封闭水体磷治理工程中的主要问题。为此,以廉价农林废弃物花生壳为主要前驱物与Fe_3O_4纳米颗粒复合制备一种低成本、可磁分离的磁性生物炭吸附剂,研究了热解温度(400℃、500℃、600℃)、溶液pH值、阴离子(Cl~-和SO_4~(2-))共存等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,复合后的磁性生物炭最大吸附量相比复合前提升了3~5倍。动力学数据拟合结果表明,拟二级动力学方程能较好地拟合吸附过程。磁性生物炭的零电荷点(均7.5)与前驱物的热解终温在试验范围内呈现明显的正相关,表明引入Fe_3O_4后可明显增加磁性生物炭表面电荷,进而有效提升吸附性能。此外,阴离子共存试验表明,磁性生物炭对磷具有较好的选择性。     

微波生物炭对阴、阳离子型染料的吸附特性

以小麦秸秆为原材料、以活性炭为催化剂,在微波辐照下制备了生物炭并进行了理化表征,而后对比考察了其对阴离子染料甲基橙(MO)和阳离子染料亚甲基蓝(MB)的吸附特性。结果表明,提高微波辐照功率,生物炭的比表面积和孔体积逐渐增大,对染料的吸附量也相应增加,对MB的吸附量达87.72 mg/g。相关性分析表明微波生物炭对MO的吸附主要是受比表面积和孔体积决定的物理吸附,对MB的吸附则兼具有物理吸附和静电吸引作用。动力学和等温线研究表明微波生物炭对染料的吸附受多种因素控制,低功率制备的微波生物炭符合Langmuir吸附,而高功率制备的炭更符合Freundlich多分子层吸附。影响因素研究表明,受静电作用、络合作用的影响,溶液pH值、阳离子浓度以及吸附温度都会影响吸附效果。     

高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂(KMnO_4、H_2O_2、HNO_3)对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO_4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO_4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U(Ⅵ)质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U(Ⅵ)的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型(决定系数R20.99)。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。     

改性沸石吸附氨氮及电化学再生研究

研究了改性沸石对氨氮的吸附效能、动力学机制以及电化学再生效果。间歇和连续试验结果表明:沸石经改性后,能高效去除水中的氨氮,其吸附等温式更符合Langmuir模型,沸石、改性沸石的饱和吸附量分别为8.09 mg/g和13.55 mg/g,沸石的钠型改性能显著提高吸附容量约40.3%;颗粒内扩散是改性沸石吸附氨氮的控制性步骤,可以利用Vermeulen的内扩散模型进行描述;利用电化学再生吸附饱和后的沸石,再生液为NaCl溶液,阳极涂覆RuO2-Ti,再生时间为3h,可高效地再生沸石,无二次污染物排出,对环境冲击较小。     

净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用自来水厂产生的废弃物——净水污泥制备吸附剂,研究了吸附剂制备条件及改性方法对氨氮去除效果的影响。通过EDX、XRD、FTIR、SEM和BET分析可知,净水污泥富含金属元素,表面粗糙,比表面积较大。正交试验结果表明,当焙烧温度为500℃、焙烧时间为3 h、净水污泥吸附剂的粒径为125~150μm时,净水污泥吸附剂对模拟废水中氨氮的去除效果最佳。分别采用酸、碱、盐对净水污泥进行改性,发现经3种物质改性的净水污泥吸附剂对氨氮的去除效果均优于未改性净水污泥,且碱改性净水污泥的去除效果最优,对氨氮的吸附量是未改性净水污泥的2.13倍。分别将吸附试验数据与Langmuir方程和Freundlich方程拟合,得出净水污泥对氨氮的吸附符合Langmuir方程。     

湘江底泥对氨氮的吸附动力学研究

为揭示湘江底泥吸附水中氨氮的吸附特性,以湘江底泥为研究对象,通过室内静态吸附试验,分析和探讨了河流底泥吸附水中氨氮的影响因素,并研究了氨氮的吸附动力学特征。结果表明,底泥对氨氮的吸附是复合动力学过程,即吸附初期是快速吸附阶段,此后吸附速率逐渐减小,进入慢速吸附阶段。外界条件的变化对氨氮的吸附量有一定影响,随温度升高或泥水质量比增加,底泥对氨氮的吸附量减少;随氨氮初始质量浓度升高,底泥对氨氮的吸附量增加;在溶液呈酸性(p H6)时,吸附量随p H值降低而减少,在溶液呈碱性时,吸附量随p H值升高而增大。底泥吸附氨氮过程的动力学试验结果表明,Lagergren准二级动力学模型方程能较好地描述底泥对氨氮的吸附过程。     

利用丝光沸石吸附高浓度氨氮的研究

实验研究了丝光沸石对高浓度氨氮的吸附行为,考察了沸石投加量、温度、吸附时间、氨氮浓度、溶液pH值以及Ca2 、Mg2 竞争阳离子对丝光沸石吸附高浓度氨氮的影响,绘制了丝光沸石的吸附等温线.结果表明,在投加250 g/L丝光沸石,pH值6.5,温度25 ℃,吸附时间3 h的条件下,丝光沸石对高浓度氨氮的去除率可达90%以上.Ca2 、Mg2 竞争阳离子在一定程度上抑制丝光沸石对氨氮的吸附.丝光沸石对高浓度氨氮的吸附符合Freundlich等温吸附线.丝光沸石对实际养猪污水中800 mg/L的高浓度氨氮的去除率达到80%以上.     

活化剩余污泥对Pb2+的吸附热力学研究

以城市污水处理厂脱水干污泥为原料,以浓硫酸为活化剂,制备活化剩余污泥吸附剂,采用正交试验法考察了Pb2+初始质量浓度、初始pH值、吸附温度、活化剩余污泥投加量对活化剩余污泥吸附性能的影响.结果表明,活化剩余污泥对Pb2+的最佳吸附条件为pb2+初始质量浓度60 mg/L、初始pH值5、活化剩余污泥投加量100mg、吸附温度288 K,影响从高到低的各因素为Pb2+初始质量浓度、吸附温度、初始pH值、活化剩余污泥投加量.采用Langmuir、Freundlich、D-K-R吸附等温方程对不同温度下的吸附平衡试验数据进行拟合.Langmuir吸附等温方程可以较好地描述活化剩余污泥对pb2+的吸附平衡过程.其吸附过程吉布斯自由能△G为-3.35 ～-0.32 kJ/mol,焓变△H和熵变△S均为负值,表明活化剩余污泥对pb2+的吸附是自发的、以物理吸附为主的放热反应.     

粒径和温度对玉米秸秆生物碳吸附锶的耦合影响

以玉米秸秆为原材料,在350℃下采用限氧裂解法制备了4种粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-71.07、BC-101.90,数字代表样品的中值径,单位μm),对比研究了15℃、25℃、35℃、45℃下生物碳对锶的吸附行为,旨在阐明生物碳粒径和溶液温度对生物碳吸附锶的耦合影响。结果表明:生物碳粒径和溶液温度对等温吸附曲线的基本特征影响较小,Freundlich模型能较好地拟合吸附过程(R2=0.915~0.997,N=0.513~0.745);生物碳吸附锶是以熵驱动为主的物理吸附过程,熵变ΔS为75.66~99.43 J/(mol·K),焓变ΔH为18.18~25.84 k J/mol;生物碳对锶的吸附性能大体与溶液温度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关,同时颗粒粒径与溶液温度存在耦合影响;生物碳粒径越小,锶吸附过程受温度影响越小;温度越高,锶吸附受粒径影响越小。     

花生壳粉对分散黄染料吸附性能的研究

采用花生壳粉作吸附剂对分散黄染料进行吸附试验研究.研究了花生壳粉用量、pH值、吸附时间等因素对分散黄染料吸附的影响,确定了最佳吸附条件.结果表明,分散黄染料溶液质量浓度100 mg·L~(-1),花生壳粉用量10 g·L~(-1),pH值2,吸附时间36 h时,脱色率可达97.85%以上.通过测定常温下花生壳粉对分散黄染料的吸附等温线,并进行回归分析,得出花生壳粉对分散黄染料的吸附等温线符合Langmuir方程,其饱和吸附量达54.64 mg·g~(-1),说明花生壳粉可在一定质量浓度范围内吸附分散黄染料.     

炭化小麦秸秆对水中氨氮吸附性能的研究

用直接炭化法制备了小麦秸秆吸附剂,并通过静态吸附试验研究了炭化小麦秸秆对氨氮的吸附性能和影响因素。结果表明:直接炭化法制备小麦秸秆吸附剂的最佳炭化温度为300℃;在试验的pH值范围内,pH=9时炭化小麦秸秆对氨氮的吸附去除最好;300℃时炭化小麦秸秆吸附不同质量浓度(ρ=30 mg/L、50 mg/L、100 mg/L)氨氮的动力学曲线符合准二级动力学模型,吸附常数k2分别为0.681 8g/(mg.min)、0.747 4 g/(mg.min)、1.025 0 g/(mg.min);直接炭化小麦秸秆吸附剂对氨氮吸附去除的最佳温度是30℃;不同温度下的吸附等温线可用Freundlich吸附等温方程进行拟合;由吸附热力学方程计算得到的等量吸附焓变ΔH>0,吸附自由能变ΔG<0,吸附熵变ΔS>0,表明炭化小麦秸秆对氨氮的吸附为吸热的和熵增加的自发过程,且属于物理吸附。     

湘江衡阳段沉积物对硝态氮的吸附特性研究

为探究沉积物对水体中硝态氮的吸附特性,以湘江衡阳段上游沉积物为研究对象,通过室内模拟吸附试验,探讨沉积物吸附硝态氮的影响因素、动力学规律及吸附等温线特征,并且利用SEM、FTIR等表征手段揭示吸附机理。结果表明,环境因素的改变会对硝态氮的吸附产生一定影响,泥水比的增大使沉积物的固体浓度效应明显,吸附量减小;硝态氮初始质量浓度越高,吸附量越大;温度越低越有利于沉积物对硝态氮的吸附;扰动速率偏高和偏低都会使吸附量减小。吸附过程在60 min后逐渐达到稳定,其吸附过程符合准二级动力学模型方程和Langmuir等温吸附方程,以化学吸附和单分子层吸附为主。SEM表征分析表明,沉积物呈粗糙多孔的片层结构,具有较多的吸附位点;FTIR表征分析表明,沉积物对硝态氮有一定的吸附作用,沉积物中含有羟基、酰基等多种基团,与硝态氮反应的机理主要表现为置换和吸附作用。     

上流式厌氧氨氧化反应器氮负荷提升过程中的运行性状

接种厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,ANAMMOX)颗粒污泥至上流式厌氧污泥床反应器(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket,UASB),并控制进水NO_3~--N/NO_2~--N质量比为1∶1。在(33±1)℃下,通过研究不同进水总氮质量浓度(200 mg/L、400mg/L、600 mg/L)和水力停留时间(12 h、8 h、6 h、4 h)下的脱氮效能、污泥形态及微生物群落结构,多维分析上流式ANAMMOX反应器氮负荷提升过程中的运行性状。结果表明,在进水NO_3~--N和NO_2~--N质量浓度均为200 mg/L、总氮质量浓度为400 mg/L、水力停留时间为6h的运行工况下反应器可获得最佳处理效能,NO_3~--N、NO_2~--N和总氮去除负荷分别达到0.76 kg N/(m3·d)、0.75 kg N/(m3·d)和1.32kg N/(m3·d),三者去除率分别为95.0%、93.8%和82.5%。氮负荷提升过程中的污泥形态和微生物群落结构动态变化显示,相较于水力停留时间的缩短,进水总氮质量浓度增加对上流式ANAMMOX反应器运行过程的影响更为显著,其不仅导致了颗粒污泥解聚,还显著降低了微生物种群的多样性和均匀度。核酸测序结果表明,反应器中分布着3种潜在的ANAMMOX优势功能菌,且三者丰度会随进水总氮质量浓度增加而发生明显演替。研究表明,在上流式ANAMMOX反应器氮负荷提升过程中,进水总氮浓度的控制更为关键。     

HDTMA改性沸石同步去除氨氮和磷酸盐的效果及规律研究

天然沸石具有去除阳离子氨氮的作用,但不具有去除阴离子的作用.用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对天然沸石进行改性.在静态条件下,利用天然沸石及改性沸石对模拟污水中氮磷的去除效果和规律进行了研究.结果表明,天然沸石对氨氮的去除率在75％以上,对磷几乎没有去除.HDTMA改性后的沸石对氨氮的去除率有所下降,但在5％之内;对磷酸盐的去除有明显提高,最佳改性剂质量浓度为30 g/L.随污染物质量浓度增加,改性沸石的吸附量增大,最后缓慢趋于平衡;吸附平衡数据与Langmuir等温吸附模型十分吻合.正交试验结果显示,混合溶液中各目标污染物之间没有相互干扰作用.氨氮的绝对浓度是改性沸石对氨氮吸附最主要的影响因素,表面活性剂质量浓度是改性沸石吸附磷酸盐最重要的影响因素.在污染物配比、污染物浓度级别、改性剂质量浓度分别为30:5、1和30 g/L时,改性沸石对磷酸根的去除率最大,为56.6％,同时氨氮的去除率高达93.6％.     

活性污泥吸附预处理腈纶废水的机理研究

以活性污泥作为吸附材料,研究了其对腈纶废水COD的吸附特征。结果表明,活性污泥可吸附腈纶废水中的COD,吸附量可达135 mg/g。伪二级动力学方程能很好地描述活性污泥对腈纶废水中的COD的吸附过程,模型计算出的二级吸附速率常数(k2)为2.3×10-4g/(mg·min);Langmuir方程最适合描述该吸附过程,决定系数在0.96以上。从活性污泥吸附前后腈纶废水中的有机物相对分子质量分级结果可以看出,活性污泥对大分子(30 k Da)有机物有较好的去除,污泥的电镜照片也证明了该点。研究表明,活性污泥吸附可去除腈纶废水中的悬浮物和胶体物,是有效的腈纶废水预处理方法。