负载型钛凝胶的制备及其吸附去除三价砷的性能

针对钛凝胶（titanium xerogel,TAX）对三价砷[As （Ⅲ）]的吸附容量高（254 mg ·g^-1）但速率慢的问题,通过浸渍法,将TAX负载到活性炭、海绵及树脂材料制备负载型吸附剂,并评价其除砷性能.除海绵外,活性炭和树脂均能成功负载TAX,其中活性炭基材料的钛负载量在1.4%左右,树脂基材料在5%左右.树脂和活性炭的负载均提高了TAX的除砷速率,且树脂基材料提高的程度更明显.对于初始质量浓度为1.0 mg ·L^-1的As （Ⅲ）溶液,树脂基材料（TAX@D201）的吸附速率为0.85 mg ·（g ·min）^-1,是未负载TAX吸附速率[0.04 mg ·（g ·min）^-1]的21倍.在处理实际含砷地下水的柱实验中,TAX@树脂的有效床体积（BV）达560 BV,是相同金属负载量载铁树脂材料的2.8倍（199 BV）.本文结果表明将TAX负载于大孔树脂是一条有效的策略,为TAX应用于含砷地下水的净化提供了新思路.     

水合氧化铁去除CU2 的实验研究

研究了实时生成的水合氧化铁(HFO)对Cu2 的去除.研究结果表明:生成的水合氧化铁是棕黄色无定形铁的氧化物,盐滴定方法测得其零电荷点PZC为8.28士0.02;它对Cu2 吸附的动力学特征受控于HFO的生成动力学,其吸附等温线可用Henry公式和类似Langmuir公式的叠加来拟合;随着吸附剂量的增加,它对Cu2 的吸附率和吸附量的影响分别呈现出指数形式(Y=aXb)的增加和减少.Cu2 从溶液中去除的可能机理包括表面络合反应、共沉淀、表面沉淀、Cu2 的水解作用、Cu2 的水解产物与水合氧化铁的絮凝作用等.     

水合氧化铁去除CU2+的实验研究

研究了实时生成的水合氧化铁(HFO)对Cu2+的去除.研究结果表明:生成的水合氧化铁是棕黄色无定形铁的氧化物,盐滴定方法测得其零电荷点PZC为8.28士0.02;它对Cu2+吸附的动力学特征受控于HFO的生成动力学,其吸附等温线可用Henry公式和类似Langmuir公式的叠加来拟合;随着吸附剂量的增加,它对Cu2+的吸附率和吸附量的影响分别呈现出指数形式(Y=aXb)的增加和减少.Cu2+从溶液中去除的可能机理包括表面络合反应、共沉淀、表面沉淀、Cu2+的水解作用、Cu2+的水解产物与水合氧化铁的絮凝作用等.     

水合氧化铁去除Cu~(2+)的实验研究

研究了实时生成的水合氧化铁(HFO)对Cu2+的去除。研究结果表明:生成的水合氧化铁是棕黄色无定形铁的氧化物,盐滴定方法测得其零电荷点PZC为8.28±0.02;它对Cu2+吸附的动力学特征受控于HFO的生成动力学,其吸附等温线可用Henry公式和类似Langmuir公式的叠加来拟合;随着吸附剂量的增加,它对Cu2的吸附率和吸附量的影响分别呈现出指数形式(Y=aXb)的增加和减少。Cu2+从溶液中去除的可能机理包括表面络合反应、共沉淀、表面沉淀、Cu2+的水解作用、Cu2+的水解产物与水合氧化铁的絮凝作用等。     

基于石墨烯载体的铁基材料制备及除砷性能比较

以氧化石墨为前驱体,分别将磁铁矿、赤铁矿和零价铁负载到石墨烯上,通过FTIR和XRD对其进行表征,成功地制备出石墨烯负载磁铁矿(M-RGO)、石墨烯负载赤铁矿(H-RGO)和石墨烯负载零价铁(N-RGO)这3种复合材料.研究比较了3种复合材料的除砷性能,如吸附动力曲线、吸附等温线、pH值范围和共存离子对除砷效果影响.结果表明,3种材料吸附As(Ⅲ)的动力曲线遵从准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在相同条件下,其吸附容量依次为N-RGO>MRGO>H-RGO.3种材料均在弱酸性至中性条件下对As(Ⅲ)有较好的吸附效果,M-RGO和H-RGO材料受pH值影响较小,且吸附As(Ⅲ)的最佳pH值范围较N-RGO材料宽.3种材料中,N-RGO材料抗共存离子干扰能力较强,其次是H-RGO材料,MRGO材料最差.     

多功能高铁酸盐去除饮用水中砷的研究

利用高铁酸盐的氧化絮凝双重水处理功能,取代氧化铁盐法,对其氧化除砷效果进行了评价.考察了高铁酸盐除砷的适宜pH值范围、氧化时间和絮凝时间,定性和定量分析了盐度、硬度等因素对高铁酸盐除砷效果的影响.结果表明,高铁酸盐与砷浓度比为15∶1,最佳pH为5.5～7.5,适宜的氧化时间为10min,絮凝时间为30min,处理后的水样中砷残留量可达到国家饮用水标准;盐度和硬度不干扰除砷过程.与传统的铁盐法和氧化铁盐法对比,此方法简便,高效,无二次污染,更有利于饮用水的清洁化除砷.     

铁改性杭锦土吸附剂对水中砷的去除研究

为提高天然杭锦土对水溶液中砷的吸附性能,采用氯化铁（FeCl₃·6H₂O）浸渍天然黏土矿物杭锦土（HJ）,制备表面负载铁氧化物的铁改性杭锦土除砷吸附剂（FHJ）.通过比表面积（BET）和扫描电镜（SEM）分析技术对材料进行表征以观察其微观形貌特点,通过X射线光电子能谱分析（XPS）和傅里叶红外光谱（FTIR）技术测定材料组成及化学基团,以初步探究材料吸附除砷机理.通过批试验考察FHJ投加量、初始pH、共存离子及腐殖酸浓度对FHJ除砷效能的影响.结果表明:①当铁负载比在0~50wt%范围内时,FHJ对溶液中As（Ⅴ）吸附容量随着铁负载比的增加而增加,最佳铁负载比为33wt%,此时铁与杭锦土的理论质量比为1:3.②BET分析结果表明经铁改性后,杭锦土比表面积显著增加,由71.14 m2/g增至158.50 m2/g;SEM分析显示,经改性后杭锦土表面形貌发生明显变化,结合Mapping图表明铁被有效负载到杭锦土表面.③批试验结果表明,As（Ⅴ）去除率随着FHJ投加量的增加而升高;溶液pH对As（Ⅴ）去除率有较大的影响,pH的降低有利于FHJ对砷酸盐的吸附.④FHJ除砷性能受溶液中共存离子CO₃2-、SiO₃2-影响较大,但受Cl-、SO₄2-、NO₃-及腐殖酸影响程度比较小.⑤吸附动力学过程符合准二级动力学模型,Freundlich等温吸附模型可更好地描述FHJ吸附除砷行为（R2=0.999）.⑥XPS分析结果显示,铁氧化物主要以FeOOH和Fe₂O₃的形态负载于杭锦土表面,FTIR表明FeOOH的羟基基团同As（Ⅴ）发生吸附作用,在FHJ除砷过程中,化学吸附是主要的吸附除砷机理.研究显示,铁改性杭锦土除砷效果良好,具有一定的应用潜力.      

水合氧化铁对污泥厌氧消化过程的硫化氢控制

水合氧化铁(HFO)被用于评价污水污泥厌氧消化过程的原位固硫潜力.在20d内,添加0.05%、0.10%和0.25%(wt)的HFO,使生物气中H_2S浓度成功地从219.9(或者富硫酸盐污泥3263)mg/m~3,分别降低至74.61(1537)、12.84(229)和1.06(3.3)mg/m~3.添加0.05%、0.10%和0.25%(wt)的HFO,使污泥生物可利用磷比例从70.1%显著降低至41.7%、20.5%和6.9%.污泥磷形态和XRD分析表明部分生物可利用磷(BAP)被固定为Fe_3(PO_4)_2.结合挥发性物质(VM)分析,认为HFO可减缓污泥的稳定化进程,而这可部分归因于溶解性磷缺乏.还原性无机硫(RIS)的形态分析表明FeS_2和单质硫是HFO与硫化物的主要反应产物.     

茶叶基水合氧化铁吸附水体中Pb(Ⅱ)的性能

采用原位沉积技术将水合氧化铁(HFO)负载于废弃茶叶渣表面制备了复合材料茶叶基水合氧化铁(HFO-TW),研究了HFO-TW对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性,探讨了溶液pH值、时间、共存碱土离子、温度、Pb(Ⅱ)初始浓度等因素对Pb(Ⅱ)的吸附效果的影响.结果表明酸性范围内,Pb(Ⅱ)的吸附量随溶液pH升高而增大;Pb(Ⅱ)的吸附速度较快,100 min内便可达吸附平衡,且动力学曲线较好地符合伪一级和伪二级动力学模型,拟合系数可达98.8%;在竞争离子Ca(Ⅱ)/Mg(Ⅱ)的浓度高于Pb(Ⅱ)50倍时,HFO-TW对Pb(Ⅱ)仍具有较强的吸附能力,Pb(Ⅱ)的吸附量仅分别下降12.1 mg·g-1和8.1 mg·g-1;Pb(Ⅱ)的吸附过程较好地符合Langmuir等温模型,理论最大吸附容量为89.43 mg·g-1,远高于未经改性的茶叶渣和其他生物吸附剂.所有结果均证实HFO-TW在净化实际铅污染水体中有着较为广阔的应用潜力.     

D201树脂负载[Fe(Ⅱ)EDTA]2-脱除NO过程研究

通过D201(Cl型)树脂的离子交换作用,将[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)嫁接到树脂骨架上,并以此研究该树脂对NO的吸收过程和脱除效果.主要考察了D201(Cl型)树脂嫁接[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)过程中[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)负载量、EDTA与Fe~(2+)物质的量比、络合液p H、抗氧化剂复配体系等因素对改性树脂脱除NO的影响.结果表明,D201(Cl型)树脂负载[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)能够有效地脱除NO,树脂表面残留的络合液在脱除NO过程中起到关键作用,它为NO进入树脂内部反应提供了通道;NO脱除效果随着[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)负载量的增加而提高,70 g树脂饱和负载量为12.5~15.0 mmol;当络合液EDTA与Fe~(2+)的物质的量比为1.5、p H=6时,得到的负载[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)树脂脱除NO的效果最好;烟气中的氧气对NO脱除效果影响极大,加入0.02 mol·L~(-1)抗坏血酸的复配体系能够较好地减缓氧气的影响;红外分析结果证明,[Fe(Ⅱ)EDTA]~(2-)和SO_4~(2-)一起参与了树脂离子交换过程;BET分析表明,D201树脂负载前后孔结构没有变化,树脂的大孔结构提供了较大的NO吸收接触面积.     

Antimony(V) removal from water by hydrated ferric oxides supported by calcite sand and polymeric anion exchanger

We fabricated and characterized two hybrid adsorbents originated from hydrated ferric oxides(HFOs) using a polymeric anion exchanger D201 and calcite as host. The resultant adsorbents(denoted as HFO-201 and IOCCS) were employed for Sb(V) removal from water. Increasing solution pH from 3 to 9 apparently weakened Sb(V) removal by both composites, while increasing temperature from 293 to 313 K only improved Sb(V) uptake by IOCCS. HFO-201 exhibited much higher capacity for Sb(V) than for IOCCS in the absence of other anions in solution. Increasing ionic strength from 0.01 to 0.1 mol/L NaNO3would result in a significant drop of the capacity of HFO-201 in the studied pH ranges; however, negligible effect was observed for IOCCS under similar conditions. Similarly, the competing chloride and sulfate pose more negative effect on Sb(V) adsorption by HFO-201 than by IOCCS, and the presence of silicate greatly decreased their adsorption simultaneously, while calcium ions were found to promote the adsorption of both adsorbents. XPS analysis further demonstrated that preferable Sb(V) adsorption by both hybrids was attributed to the inner sphere complexation of Sb(V) and HFO, and Ca(II) induced adsorption enhancement possibly resulted from the formation of HFO-Ca-Sb complexes. Column adsorption runs proved that Sb(V) in the synthetic water could be effectively removed from 30 μg/L to below 5 μg/L(the drinking water standard regulated by China), and the effective treatable volume of IOCCS was around 6 times as that of HFO-201, implying that HFO coatings onto calcite might be a more effective approach than immobilization inside D201.     

北京地区土壤对柴油的吸附及影响因素研究

通过静态吸附实验,研究了北京地区土壤对柴油的吸附行为,考察了溶液pH和添加乙醇对柴油吸附的影响. 结果表明,6种不同土样对柴油的吸附等温线均较好地符合Langmuir吸附方程,其吸附系数(K)分别为0.193, 0.218, 0.203, 0.199, 0.211和0.182 L/mg,6种土样吸附能力依次为轻壤土>轻粘土>中壤土>砂壤土>重壤土>紧砂土,这主要是由于6种土样的pH,有机质含量和机械组成不同所致;溶液pH的升高,不利于柴油在土壤中的吸附,pH从4升高到10,柴油在1～6号土样中的吸附量分别从1　012, 1　800, 1　377, 1　272, 1　601和862 μg/g降低到114, 236, 163, 150, 201和85 μg/g;向柴油中添加乙醇会减小柴油的吸附量,并且吸附量随添加乙醇量的增大而降低,这有利于柴油的向下运移.      

树脂D201上粗漆酶的固定化及对孔雀石绿的脱色

云芝粗漆酶以3种方法,即静电吸附法(D201-Lac-Ⅰ)、先吸附后交联法(D201-Lac-Ⅱ)、戊二醛处理树脂后吸附法(D201-Lac-Ⅲ)固定到大孔阴离子交换树脂D201上.与静电吸附法相比,D201-Lac-Ⅱ的漆酶固载量大幅提升至4.65倍,漆酶比活力却严重受损,只有前者的4.8%;D201-Lac-Ⅲ的漆酶固载量略有下降,为静电吸附法的0.51倍,漆酶比活力却显著提高至静电吸附法的2.99倍.利用电子透射电镜(TEM)可明显观察到D201-Lac-Ⅲ漆酶分子聚合体的阴影.用D201-Lac-Ⅲ对孔雀石绿进行了连续多批次脱色试验,在长达210 h的连续操作中,其脱色效率未观察到有下降趋势,一直稳定在40%～55%之间,D201-Lac-Ⅲ的酶活亦未观察到下降,同等条件下游离的漆酶活力已损失至20%以下,证明D201-Lac-Ⅲ具有显著提升的稳定性和优良的重复利用性.考虑到粗漆酶廉价易得,D201-Lac-Ⅲ在水处理应用中可能大有前景.     

新型离子交换纤维去除水中砷酸根离子的研究

制备了一种新型离子交换纤维。研究表明,该离子交换纤维对砷酸根离子具有较高的吸附容量和较快的吸附速度,吸附动力学数据完全符合Lagergren二级速度方程,在所研究的砷浓度范围内,Freundlich型吸附等温式能很好地描述吸附平衡数据,去除砷酸根离子的最佳pH值范围是3．5－7．0。离子交换纤维柱吸附实验表明了较好的动态附特性,稀NaOH溶液是砷酸根离子的有效洗脱剂,30mL 0.5mol/L NaOH溶液可定量将96．0mg/g吸附量的砷从纤维柱上洗脱。     

Removal of arsenate with hydrous ferric oxide coprecipitation：Effect of humic acid

Insights from the adverse effect of humic acid(HA) on arsenate removal with hydrous ferric oxide(HFO) coprecipitation can further our understanding of the fate of As(V) in water treatment process. The motivation of our study is to explore the competitive adsorption mechanisms of humic acid and As(V) on HFO on the molecular scale. Multiple complementary techniques were used including macroscopic adsorption experiments, surface enhanced Raman scattering(SERS), extended X-ray absorption fine structure(EXAFS) spectroscopy, flow-cell attenuated total reflectance Fourier transform infrared(ATR-FTIR) measurement, and charge distribution multisite complexation(CDMUSIC) modeling. The As(V) removal efficiency was reduced from over 95% to about 10% with the increasing HA concentration to 25 times of As(V) mass concentration. The SERS analysis excluded the HA-As(V) complex formation. The EXAFS results indicate that As(V) formed bidentate binuclear surface complexes in the presence of HA as evidenced by an As-Fe distance of 3.26–3.31 ?. The in situ ATR-FTIR measurements show that As(V) replaces surface hydroxyl groups and forms innersphere complex. High concentrations of HA may physically block the surface sites and inhibit the As(V) access. The adsorption of As(V) and HA decreased the point of zero charge of HFO from 7.8 to 5.8 and 6.3, respectively. The CD-MUSIC model described the zeta potential curves and adsorption edges of As(V) and HA reasonably well.     

树脂基纳米钛锆氧化物复合吸附剂同步去除水中磷和氟

以大孔强碱性阴离子交换树脂D201为基体,负载纳米钛、锆氧化物,制备新型树脂基纳米钛锆氧化物复合吸附剂TiZr-D201.通过吸附等温线实验、pH影响实验、竞争吸附实验、动力学实验及柱吸附实验,并结合对吸附剂的表征,探讨了复合吸附剂对水中磷和氟的吸附性能和相应的吸附机制.结果表明,当pH值为5.8,温度为308K时,Ti-Zr-D201对磷和氟的Langmuir拟合最大吸附容量分别是34.9 mg·g~(-1)和35.1 mg·g~(-1),且吸附行为是自发进行的,温度越高,吸附效果越好;与磷相比,pH值对Ti-Zr-D201吸附氟的影响更为显著;选取SO_4~(2-)、NO_3~-和Cl~-作为竞争离子,Ti-Zr-D201较基体D201表现出很好的抗干扰能力;内扩散模型拟合结果表明Ti-Zr-D201在吸附平衡前存在两个不同的吸附阶段;柱吸附实验表明Ti-Zr-D201具有稳定的结构和良好的动态吸附性能,并且可再生循环使用,具备实际应用的潜力.     

阳离子表面活性剂改性的活性炭吸附砷(V)和砷(Ⅲ)

选用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、癸基三甲基溴化铵（MTAB） 以及三甲基正十四烷溴化铵（DTAB） 改性活性炭. 结果发现,表面活性剂加载使得活性炭的比表面积、孔径体积和表面Zeta电位发生改变. 改性后的活性炭用来吸附水中的砷酸盐和亚砷酸盐. 吸附等温实验结果显示,改性后活性炭对砷酸盐的吸附能力有显著提高,但对亚砷酸盐则只有在pH>10才有明显吸附.无论对砷酸盐还是亚砷酸盐,CTAC改性效果均要好于MTAB和DTAB. 改性后活性炭对砷酸盐的吸附主要通过离子交换,但离子交换并不是唯一的吸附机理. 砷酸盐的吸附受到溶液pH值和水中其他阴离子的竞争吸附的影响.中性pH范围内吸附最佳,而阴离子对砷酸盐的竞争则是PO₄^3- >SO₄^2- > NO₃^-.     

Zr、Hf在水合氧化铁上的吸附实验研究

制备了两种不同n(Zr)／n(Hf)的Zr、Hf混合溶液,测定了实时生成的水合氧化铁和预先生成的水合氧化铁在不同pH条件下对Zr、Hf的吸附量,并对其吸附等温线进行了研究。研究结果表明:等价元素Zr、Hf在HFO上的吸附是非线性的,在吸附过程中二者发生了分异,Zr的吸附能力要大于Hf;在天然水体pH值范围内(pH≥6),Zr、Hf的吸附量Q及n(Zr)／n(Hf)不随pH发生变化,显示了Zr、Hf相对惰性的行为;Zr、Hf在吸附过程中表现出惊人的一致性行为,Zr、Hf数据间的相关系数R2在0.98以上;Zr、Hf在HFO上的吸附可能是表面羟基与Zr、Hf表面络合反应的结果,并且络合能力Zr>Hf。     

载铁(β-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂去除地下水As(Ⅴ)的研究

制备了一种载铁(β- FeOOH)球形棉纤维素吸附剂,球珠孔隙度大,强度好,活性成分铁的载入量可高达360mg/mL ,(质量分数达50%) ,活性好.研究表明,当铁含量为220mg/mL时,该吸附剂对As(V)的最大吸附量为15.6mg/mL(33.2mg/g) ,Langmuir和Freundlich方程能很好地描述吸附等温线.吸附速度较快,10h可达到吸附平衡,吸附动力学符合Lagergren二级方程.SiO₃^2- ,SO₄^2-,Cl^-干扰离子均不影响砷的去除.柱吸附实验表明,空床停留时间为5.9min ,进水As(V)浓度为500μg/L时,As(V)的穿透体积为5000BV .吸附剂可以用1.5mol·L^-1 NaOH再生,洗脱和再生效率可达90%以上.活性成分β-FeOOH形态稳定,柱操作和再生时铁无溶出.吸附剂制备方法简单,新颖,对地下水和饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

水溶液中啶虫脒和对甲酚在树脂上的双组分吸附

研究啶虫脒和对甲酚在单组分、双组分水溶液中在大孔吸附树脂D201和氨基修饰的交联苯乙烯-二乙烯苯共聚体ZH202上不同温度下的吸附行为。实验结果表明,2种吸附剂对单组份两种吸附质的吸附等温线符合Freundlich方程,对甲酚和啶虫脒在2种吸附剂上的吸附过程均属放热的物理吸附过程;双组分吸附体系下,在较高平衡浓度下,呈现协同吸附现象。