Physicochemical properties of chars at different treatment temperatures

In this study, the physicochemical properties of the char of Indonesian SM coal following heat treatment at various temperatures were evaluated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), and morphological and specific surface area analysis. Based on these analyses, heat treatment of coal was determined to be the most effective in increasing the coal rank. In the XPS analysis, the C–O and C–O–C groups and quaternary-N species were found to be of a lower grade coal when the pretreatment temperature decreased, meanwhile the C–C group and pyridinic species increased. In the FT-IR analysis, the collapse of the C–O and C–O–C group was observed due to the collapse of the ether group. In SEM and Brunauer–Emmett–Teller (BET) analysis, a decrease in the ether group was shown to be accompanied with the formation of micropores.

Implications Recently, XPS analyses have been reported as coal surface analysis. Usually, they have reported the analysis of the coals with different rank. This study investigated the coal surface characteristics of the coals pretreated at different temperature using various analyses (BET, SEM, XPS, FT-IR), and this study can be the basis for other research and applications.     

钠基膨润土、粉煤灰吸附预处理煤气化废水效果及机理

煤气化废水具有可生化性差,酚类物质含量高、毒性强的特点,导致生物处理效果不理想。以煤气化废水厌氧段进水为研究对象,分别以钠基膨润土(Na-BBT)与粉煤灰(PFA)作为吸附剂,探究其对煤气化废水中主要特征污染物的去除效果和吸附机理。结果表明：Na-BBT、PFA对煤气化废水中的化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)与总酚(total phenols,Tph)有一定的去除效果,其可生化性得到提升,经过Na-BBT和PFA处理后,BOD₅/COD由0.29分别提高至0.37和0.32;废水中的NH₃-N由221.3 mg·L⁻¹分别降至128.6 mg·L⁻¹和180.8 mg·L⁻¹,总酚由554.8 mg·L⁻¹分别降至360.6 mg·L⁻¹和386.7 mg·L⁻¹。气相色谱质谱(GC-MS)分析结果表明,去除的主要物质为苯酚、4-甲基苯酚、邻苯二酚、(R)-(+)-3-甲基环戊酮和对羟基苯乙酮等毒性物质,废水毒性得到降低,毒性单元(toxic unit,TU)值由 22.3 分别降至 15.2和18.4。通过吸附等温和吸附动力学分析可知,Na-BBT和PFA对煤气化废水的吸附符合 Langmuir模型和准一级动力学模型;三维荧光光谱、孔径比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X 射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)和X射线电子能谱(XPS)等分析结果表明,Na-BBT和PFA对煤气化废水中污染物的吸附去除过程和机理主要受物理扩散控制,为表面和孔道的物理吸附,同时也存在离子交换吸附。以上结果表明Na-BBT和PFA作为吸附剂,可以有效提高煤气化废水的可生化性,降低毒性,将其用于煤气化废水的预处理,具有潜在和广泛的应用前景。     

不同树叶提取液绿色合成纳米铁的制备及应用

分别利用红背桂叶、菩提叶和龙眼叶的提取液,既作还原剂又作稳定剂,利用绿色方法制备纳米铁(E-Fe NPs、B-Fe NPs、L-Fe NPs)并用于亚甲基蓝的脱色。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对绿色合成的纳米铁进行表征。结果表明,E-Fe NPs、B-Fe NPs、L-Fe NPs均是呈球状和均匀分布的,其粒径分别为20~40、60~80 nm和80~120 nm。FT-IR和TG的分析结果表明,不同树叶的提取液所含生物分子不同,XPS结果显示,不同树叶提取液合成的纳米铁的组成不同(价态和成分)。E-Fe NPs、B-Fe NPs、L-Fe NPs对亚甲基蓝(MB)的脱色率分别为99.2%、54.2%和20.8%,造成MB脱色率不同的原因可能是,不同的纳米铁颗粒的组成成分比例及粒径有所不同。     

Mn/GO复合催化剂催化氧化NO

针对尾气中NO浓度高且传统方法脱除NO代价高的问题,研究了锰固载氧化石墨诱导单过硫酸氢钾(PMS)催化氧化并吸收NO方法。通过浸渍法在氧化石墨上负载了Mn3O4制得Mn/GO催化剂,以此为催化剂催化PMS氧化NO。研究了pH、PMS投加量、催化剂投加量以及温度等因素对NO氧化率的影响。结果表明,该系列Mn/GO催化剂可以有效地诱导PMS氧化NO,热处理时间为7 h时催化效果最佳。同时,对Mn/GO(7 h)的FT-IR、XRD、SEM、EDS以及XPS表征可知,Mn3O4是主要的锰氧化物,并成功负载在GO表面。     

Surface functional characteristics (C, O, S) of waste tire-derived carbon black before and after steam activation

The effects of steam activation on the surface functional characteristics of waste tire-derived carbon black were investigated. Two carbon-based materials, powdered carbon black (PCB) and PCB-derived powdered activated carbon (PCB-PAC), were selected for this study. A stainless steel tubular oven was used to activate the PCB at an activation temperature of 900 degrees C and 1 atm using steam as an activating reagent. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was adopted to measure the surface composition and chemical structure of carbon surface. Various elemental spectra (C, O, and S) of each carbon sample were further deconvoluted by peak synthesis. Results showed that the surfaces of PCB and PCB-PAC consisted mainly of C-C and C-O. The PCB-PAC surface had a higher percentage of oxygenated functional groups (C=O and O-C=O) than PCB. The O1s spectra show that the oxygen detected on the PCB surface was mainly bonded to carbon (C-O), whereas the oxygen on the PCB-PAC surface could be bonded to hydrogen (O-H) and carbon (C-O). Sulfur on the surface of PCB consisted of 58.9 wt% zinc sulfide (ZnS) and 41.1 wt% S=C=S, whereas that on the surfaces of PCB-PAC consisted mainly of S=C=S. Furthermore, the increase of oxygen content from 9.6% (PCB) to 11.9% (PCB-PAC) resulted in the increase of the pH values of PCB-PAC after steam activation.     

CdIn2S4/In2O3/BP复合可见光催化剂降解RhB及光催化灭活大肠杆菌

采用水热法制备了CdIn₂S₄和In₂O₃单品催化剂以及Cdln₂S₄/In₂O₃/黑磷(BP)三元复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等对制备的催化剂进行表征分析。以罗丹明B(RhB)为目标降解物进行了降解实验,以大肠杆菌(E.coli)为目标进行了灭菌实验,分析了不同掺杂比例的Cdln₂S₄对所制备材料光催化性能的影响。从自由基捕获实验中分析出降解过程中起主要作用的活性物质。结果表明：CdIn₂S₄、In₂O₃、BP三者成功复合,复合的三元材料可提高In₂O₃对可见光的吸收,使其光催化活性得以增强;Cdln₂S₄/In₂O₃/BP对RhB的降解率和E.coli的灭菌率均优于单品催化剂,且5% Cdln₂S₄/In₂O₃/BP的光催化性能最好,光照120 min后,对RhB的降解率和对E.coli的灭菌率分别达到了94.7%和100%;在降解和灭菌过程中,·O₂⁻起主导作用。     

市政污泥热解特性及含碳官能团演化过程分析

我国市政污泥年产量大,研究其热解机理和碳形态转化可为实现污泥无害化和资源化提供理论基础。采用热重、动力学拟合、红外光谱 (FTIR) 、X射线光电子能谱 (XPS) 等检测和分析方法,对市政污泥热解特性、活化能变化和含碳官能团进行分析。结果表明：市政污泥热解过程中含碳官能团的生成在不同的阶段存在差异,进一步采用Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) 法、Flynn-Wall-Ozawa (FWO) 法和Friedman法进行动力学分析,其活化能结果显示在转化率为0.40~0.70时,市政污泥热解速率加快,污泥中含碳官能团加速发生热解转化。FTIR和XPS结果表明,在400 ℃以下时,醇羟基的分解是导致污泥结构中羟基减少的主要原因。在400 ℃时,酚羟基和C=O键相对质量分数最多,而在500 ℃时,羧基和C-O键相对质量分数最高。C=C键和C-N键随温度升高持续减少,C-C结构则先减少后增加,在500 ℃时相对质量分数最低,而芳香结构随温度的上升持续增加。在400~600 ℃内,污泥残炭的含碳氧官能团较多,吸附性和稳定性较高。本研究结果可为市政污泥热解机理及碳形态转化提供参考。     

无机盐离子对负载型催化剂Co3O4/GO降解PVA废水的影响

以氧化石墨烯(GO)作为Co3O4的载体,制备出应用于基于硫酸根自由基的高级氧化技术的负载型催化剂复合物——Co3O4/GO,采用XRD、FT-IR、Raman、EDS和SEM表征测试,并考察了无机盐离子(Cl-、HCO3-、H2PO4-和NO3-)对催化降解PVA的影响。结果表明,Co3O4已成功负载到GO上;负载型催化剂Co3O4/GO具有很高的催化活性;不同无机盐离子对催化降解反应的影响不同。本研究内容将对实际PVA废水处理过程起到借鉴和指导作用。     

H_4SiW_(12)O_(40)/TiO_2/beads光催化降解亚甲基蓝的研究

以钛酸四丁酯为原料,空心微珠为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/beads光催化剂载体,然后浸渍法制备出H4SiW12O40/TiO2/beads表面负载修饰型复合光催化剂,并运用SEM、XRD、FT-IR和DRS对催化剂进行表征和分析.研究了H4SiW12O40/TiO2/beads对亚甲基蓝降解的光催化活性,考察了光强度、pH值、曝气量、底物浓度和催化剂用量等对催化效率的影响.实验结果表明,在中性条件下,H4SiW12O40/TiO2/beads催化剂的投加量为0.25 g/L,浓度为7.5 mg/L的亚甲基蓝溶液在250 W的紫外灯和600 W的可见光灯下光照60 min降解率分别可达到94.5%和55%.     

纳米TiO2/CuO复合材料仿生合成及其光催化特性

以钛酸四丁酯为钛源,甘氨酸为模板剂,水热法合成纳米TiO2/CuO复合材料,采用XRD、SEM、FT-IR、XPS、UV-VIS DRS等分析手段对TiO2/CuO复合材料的晶型结构、形貌、粒径及组成进行表征.结果表明,XRD、SEM证实TiO2/CuO复合材料由锐钛矿型TiO2和CuO组成,形貌呈花瓣薄片状纳米花球,花瓣厚约15 nm;FT-IR、XPS表明其含有Ti—O键和Cu—O键,且Ti呈+4价、Cu呈+2价;UV-VIS DR显示其在紫外-可见光区具有显著的光吸收能力.相比P25型TiO2,TiO2/CuO复合材料具有较好的光催化性能,光催化降解亚甲基蓝(MB)的效率高达85%.这可能由于TiO2/CuO复合材料具有宽的可见光区域和窄的带隙,以及CuO对电子的捕获,促进了光生电子和空穴有效分离.     

微波辅助Pb/ZrOx光催化降解水中的对硝基苯酚

采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）辅助水热法制备了适用于微波辅助光催化体系的高效Pb/ZrOx催化剂,并对其进行了XRD、XPS、BET和SEM等表征,其XPS结果显示在Pb/ZrOx表面,Zr以+2、+3和+4三种价态共存。考察了微波辅助光催化氧化（MW/PC）对硝基苯酚（PNP）过程中,微波辐照功率、催化剂投加量、溶液初始pH和PNP初始浓度对PNP去除效果的影响,得到最优操作条件为,PNP初始pH值为5,催化剂投加量为1.0 g·L-1,微波辐照功率为200 W。此条件下,初始浓度为50 mg·L-1的PNP溶液反应12min后,PNP转化率达95%,TOC去除约70%。并且,Pb/ZrOx能够在重复使用5次的情况下仍保持较好的活性。比较了MW、PC和MW/PC 3种体系,得到MW/PC体系将PNP去除率从单独PC体系的48%提高至95%。微波与紫外光存在良好的协同作用,MW/PC能够快速、高效去除水中PNP,为微波辅助光催化氧化去除污染物提供理论基础。     

Degradation of ciprofloxacin by cryptomelane-type manganese(III/IV) oxides

The objective of this study is to investigate and understand the oxidizing properties of a manganese oxide, specifically synthetic cryptomelane (KMn₈O₁₆) and its derivatives, in aqueous solution. Ciprofloxacin (CIP), a commonly used fluoroquinolone antibiotic, was used as the probe. Synthetic cryptomelane, known as octahedral molecular sieves (OMS-2), was synthesized, and its derivatives were prepared by adding transition metal oxides, V₂O₅ or MoO₃, as dopants during synthesis. The solids were characterized by x-ray powder diffraction (XRD), SEM–energy-dispersive spectrometry (SEM-EDX), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectra (FTIR), Raman spectra, and N₂-Brunauer-Emmett-Teller method. Degradation of CIP by different doped OMS-2 was carried out. Process conditions were optimized using response surface methodology (RSM). XRD patterns indicated the crystal phase of regular and doped OMS-2 as the cryptomelane type. Presence of the dopants in doped cryptomelane was confirmed by SEM-EDX and XPS. FTIR and Raman results suggested that the dopants were substituted into the framework in place of manganese. SEM images, XRD analysis, and surface area analysis of doped OMS-2 indicated decreased particle size, decreased crystallinity, and increased surface area compared to regular OMS-2. Higher oxidizing reactivity of doped OMS-2 was also observed with increased CIP removal rates from aqueous solution. The enhancement of reactivity may be due to the increase of surface areas. Nine percent Mo/OMS-2, the most effective oxidant of all synthesized derivatives, was selected for optimization study. Favorable treatment conditions were obtained using RSM at pH 3 with molar ratio [9 % Mo/OMS-2]/[CIP]?≥?50. Under such conditions, more than 90 % CIP can be removed in 30 min. The degradation kinetics was modeled by a modified first order rate with introduction of a retardation factor-α (R ²?>?0.98). Analysis of degradation products indicated that oxidation takes place mainly on the piperazine ring of CIP.     

三元复合吸附剂Ce-Zr-Zn对水中低浓度磷的吸附性能及其机理

为缓解水体富营养化问题,通过沉淀法合成了新型的三元复合吸附剂Ce-Zr-Zn,且将其用于除磷研究。结合XRD、SEM、BET、XPS和FT-IR表征分析,研究了其对水中低浓度磷的吸附性能及可能的吸附机理。结果表明：Ce-Zr-Zn具有优异的除磷特性,磷的去除率可高达96%,出水磷浓度低于0.045 mg·L⁻¹;其对磷酸盐的最大吸附容量为66.61 mg·g⁻¹,磷酸盐吸附过程符合拟二级动力学模型和Freundlich模型。此外,吸附剂具有较宽的pH适用范围(3~9)和良好的磷酸盐选择性。机理分析结果表明,配位体交换和静电吸附是该吸附剂除磷的主要原因。以上结果可为该材料用于水体深度除磷提供参考。     

pH对预氧化沸石滤柱启动过程中除锰效率的影响

针对当前接触氧化除锰法启动期较长的问题,采用改性沸石滤料耦合次氯酸钠预氧化辅助滤柱启动,采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散 X 射线光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)对滤料进行分析,探究了原水pH对滤柱启动中锰去除效率的影响,并对持续运行过程中次氯酸钠的投加量进行了优化,对改性沸石滤料进行静态吸附实验,并在进水pH分别为6.5、7.0、7.5时进行滤柱启动实验。结果表明,改性沸石滤料对Mn²⁺的吸附符合Langmuir模型与准二级动力学方程,当pH为5.5~8.0时,随pH升高改性沸石滤料对Mn²⁺的去除率上升。在3种pH条件下,滤柱的锰穿透期分别为5、8 和9 d,并分别在第20、16和14天启动成功;次氯酸钠预氧化启动的3种滤柱次氯酸钠最低投加量分别为0.8、0.3与0.2 mg·L⁻¹。SEM与XRD表征结果证实了水钠锰矿在滤料表面的出现;而EDS与XPS结果分别表明,更高的pH会同时带来滤料表面锰元素含量和锰价态的升高。以上研究结果可为地表水水厂中对除锰有利的pH范围及沸石在启动过程中对锰的吸附作用提供参考。     

核壳结铁纳米线对水中Cd2+的吸附性能及机理

利用液相还原法制备得到的核壳结构的铁纳米线(Fe@Fe2O3)进行了去除水中 Cd2+的实验研究。考察了溶液初始pH、金属离子浓度、反应时间、吸附剂投加量、反应温度等因素对于吸附反应的影响。采用了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量弥散分析(EDS)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对材料进行了表征并分析去除机理。结果表明,Fe@Fe2O3纳米线可以有效快速去除水溶液中的Cd2+,吸附机理涉及物理吸附和化学吸附,无氧化还原反应发生。     

改性透辉石对饮用水中余氯的吸附机理

将透辉石和碳酸钙在高温下反应活化,对透辉石进行改性,探讨了改性透辉石对余氯的吸附性能。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对吸附前后的改性透辉石进行表征。考察了此吸附过程的吸附平衡、动力学和热力学。实验结果表明,吸附后的残渣XRD图谱出现了带羟基的Ca4（Si3O9）（OH）2,吸附前后的SEM图表面发生明显变化,吸附残渣的XPS图中有+1价的Cl。Freundlich和Langmuir方程都呈现良好的拟合度,改性透辉石的单分子层最大吸附量是6.974 mg·g-1,热力学平衡方程计算的ΔG0S0>0,说明吸附是自发进行的、熵增反应;从293 K至303 K时ΔH0值为3.43 kJ·mol-1,该阶段的吸附反应是吸热的;温度303 K至313 K阶段,ΔH0值为-9.00 kJ·mol-1,吸附反应是放热的。对余氯的吸附机理是斜方硅钙石Ca4（Si3O9）（OH）2的羟基和ClO-发生交换作用。     

BiPO4稀土掺杂改性及其可见光光催化性能

以Bi(NO3)3·5H2O、NH4H2PO4和稀土氧化物为原料,在乙二醇介质中采用溶剂热法制备了不同稀土元素(Ln=Sm、Pr、Tb)掺杂的BiPO4光催化剂(记为BiPO4-Ln,包含BiPO4-Sm、BiPO4-Pr和BiPO4-Tb)。通过X-射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对制备的催化剂进行了表征。以染料罗丹明B(rhodamine B, RhB)及小分子水杨酸(salicylic acid, SA)为目标化合物,研究了在可见光激发下(λ≥420 nm) BiPO4-Ln对目标污染物的光催化降解特性,结果表明,BiPO4-Ln相较纯BiPO4,其光吸收范围从紫外光扩大到可见光区域,在3种BiPO4-Ln催化剂中,BiPO4-Sm对RhB的吸附能力最强且其光催化活性较强,通过测定其在可见光下降解RhB过程中产生的活性物种,发现BiPO4-Ln在氧化降解RhB的过程中主要涉及到·OH及O-2·的氧化机理。     

不同煅烧温度的N-TiO2制备、表征及可见光催化性能

以钛酸丁酯为钛源,氯化铵为氮源,采用溶胶-凝胶法,不同煅烧温度条件制备N掺杂TiO2纳米材料,采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)手段对其进行表征,并通过降解腐殖酸(HA)实验,探讨N-TiO2可见光催化性能。结果表明,制备的光催化纳米材料为锐钛矿相,TiO2光响应范围可拓宽到可见光区;煅烧温度是影响可见光催化活性的重要因素,350℃煅烧的N-TiO2可见光催化活性最佳,光反应140 min后,对初始浓度为5 mg/L的HA溶液降解率达80.32%,光催化反应过程符合准一级动力学,煅烧温度过高或过低,动力学反应速率常数呈现不同程度的减小,降解反应速率明显下降。     

多孔水凝胶P（HEA/AMPS）对水溶液中Fe（Ⅲ）的吸附

以2-丙烯酸羟乙酯（HEA）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体合成了聚合物水凝胶（PHEA/AMPS）,采用水凝胶对水溶液中Fe（Ⅲ）的吸附行为进行了研究。实验主要考察了聚合物组分、溶液pH、初始Fe（Ⅲ）浓度和吸附时间对水凝胶吸附作用的影响,并通过FT-IR和XPS分析了吸附前后水凝胶的变化。结果表明,当单体摩尔比AMPS∶HEA=1∶1,pH=2时,水凝胶对Fe（Ⅲ）的吸附容量最大。水凝胶对水溶液中Fe（Ⅲ）的吸附容量随着溶液中初始Fe3＋浓度的增加而增加,但当初始Fe3＋的浓度达到1 g/L时,吸附容量基本达到饱和。吸附等温线符合Langmuir等温线方程,吸附动力学符合准二级模型。FI-IR和XPS的分析表明,水凝胶的磺酸基和酰胺基是吸附Fe3＋的有效功能性基团,吸附机理为螯合和离子交换。     

瓜环对污水厂二级处理出水中有机污染物的混凝性能

采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱技术考察了瓜环的物化性能,以及溶液pH和瓜环投加量对其混凝效果的影响。结果表明,盐酸对瓜环的助溶效果最佳,混凝后絮体颗粒呈密实的团状。红外光谱中无新吸收峰出现,说明瓜环与污水中有机物的混凝去除以物理作用为主,无化学键的形成。当投药量大于400 mg/L时,瓜环对初始有机物浓度为6.0 mg/L和9.2 mg/L的污水厂二级处理出水的TOC去除率分别在20%和25%以上。与明矾和聚合氯化铝等传统混凝剂相比,瓜环的混凝性能明显优于传统混凝剂且受pH值的影响较小,作为新型水处理材料具有一定的研究价值和应用前景。