沸石改性及其去除水中氨氮的实验研究

通过实验研究了沸石改性条件及其对水中氨氮吸附去除的影响。结果表明,加热改性与无机酸改性不能显著提高沸石对氨氮的吸附量。利用NaOH改性的最佳浓度为1 mol/L,此条件下对氨氮吸附量可提高到650.68 mg/kg,为天然沸石的2.82倍。利用无机盐改性时,对氨氮吸附效果最好的是NaCl改性沸石,其次为KCl改性沸石与CaCl₂改性沸石。随着NaCl溶液浓度和改性时间的增加,改性沸石对氨氮的吸附量显著增加,可达天然沸石的3～4倍;在NaCl浓度为150 g/L与改性时间为18 h条件下,改性沸石对氨氮吸附量可达887.35 mg/kg,为天然沸石的3.84倍。     

铁改性竹炭去除水中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

利用竹炭负载铁氧化物制备了复合吸附剂,并用粉末X射线衍射对负载的铁进行了表征。通过静态吸附实验,对比研究了改性竹炭对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性。结果表明,载铁竹炭对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳吸附pH分别为8和2。改性竹炭对砷阴离子的吸附过程可符合准二级动力。Freundlich等温方程式能很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在改性竹炭上的吸附。在相同初始浓度和吸附剂投加量下,改性竹炭对As(Ⅴ)的吸附量大于As(Ⅲ)。     

改性天然沸石去除水中氨氮的研究

分别采用NaCl、KCl和CaCl2对黑龙江省某市天然沸石进行改性，考察了pH值、氨氮初始浓度以及温度对改性沸石交换性能的影响，并对改性沸石的交换动力学进行了研究。结果表明，NaCl和KCl改性对沸石原矿交换容量有不同程度提高，而KCl改性后容量有所降低。pH、NH4初始浓度以及温度对交换性能有明显影响，pH6．0附近沸石交换容量最大；NH4初始浓度越高，反应速度越快，相同初始浓度下，钾型沸石交换速度较快，而沸石原矿交换速度最慢。采用Langmuir型离子交换等温线进行非线性回归的结果显示，低温有利于交换反应的进行。溶液中NH4^＋在改性沸石上的离子交换反应可采用Vermeulen模型描述，沸石原矿拟合相关系数较差。改性沸石多次再生后，其交换容量均有所降低。     

改性天然沸石去除水中氨氮的研究

分别采用NaCl、KCl和CaCl2对黑龙江省某市天然沸石进行改性,考察了pH值、氨氮初始浓度以及温度对改性沸石交换性能的影响,并对改性沸石的交换动力学进行了研究.结果表明,NaCl和KCl改性对沸石原矿交换容量有不同程度提高,而KCl改性后容量有所降低.pH、NH4 初始浓度以及温度对交换性能有明显影响,pH 6.0附近沸石交换容量最大;NH4 初始浓度越高,反应速度越快,相同初始浓度下,钾型沸石交换速度较快,而沸石原矿交换速度最慢.采用Langmuir型离子交换等温线进行非线性回归的结果显示,低温有利于交换反应的进行.溶液中NH4 在改性沸石上的离子交换反应可采用Vermeulen模型描述,沸石原矿拟合相关系数较差.改性沸石多次再生后,其交换容量均有所降低.     

竹炭-微生物联合法对沼液中氨氮的去除

采用竹炭-微生物联合法,考察了竹炭用量、菌液用量、进水氨氮浓度、pH、DO、HRT等因素对氨氮废水处理效果的影响;同时采用对比实验,初步探讨了竹炭-微生物联合法处理沼液的作用机理。结果表明,竹炭-微生物法去除沼液氨氮的最优条件推荐为:竹炭用量30 g/L,微生物活性液用量3%,pH 7.0～8.0,DO为2 mg/L,HRT为48 h。竹炭-微生物法对沼液氨氮的去除过程可用一级反应动力学模型C=272.56e-0.0148描述,其去除效果来源于竹炭吸附和生物降解的协同作用,协同程度为48.45%。     

水合氧化铁改性竹炭去除水中磺胺甲噁唑

研究了水合氧化铁(HFO)改性竹炭对水中磺胺甲噁唑的去除效果,考察了磺胺甲噁唑初始浓度与初始pH对去除效果的影响,并对去除过程中磺胺甲噁唑及其产物的发光细菌的急性毒性进行了评价。实验结果表明,采用X射线光电子能谱(XPS)及红外光谱(FTIR)对改性竹炭进行表征确定水合氧化铁负载改性的方法是可行的,改性竹炭能显著提高竹炭对水中磺胺甲噁唑的去除效果,在磺胺甲噁唑20、40和80 mg/L 3个初始浓度条件下,在HFO改性竹炭反应体系中,其反应速率常数为原竹炭的19.0~32.2倍;改性竹炭对水中磺胺甲噁唑的去除过程符合准一级动力学,反应速率常数随初始浓度的升高而减小,反应速率常数随pH的变化规律为pH 8>pH 4>pH 1,表明水中磺胺甲噁唑以阴离子形态存在时更易于去除;改性竹炭去除磺胺甲噁唑的过程中有反应产物生成,发光细菌毒性测定结果表明,反应体系的发光抑制率从反应起始时的96.1%下降到了84.2%(144 h),说明采用HFO改性竹炭去除磺胺甲噁唑有利于减弱反应体系的毒性。     

沸石负载高锰酸钾去除低浓度氨氮

通过静态吸附实验,考察了辽宁锦州某天然沸石负载高锰酸钾(下称复合沸石)对水中氨氮的去除效能。结果表明,复合沸石对氨氮的吸附能力较天然沸石有所降低,但仍保持优惠吸附。复合沸石对氨氮的吸附过程较好地满足Fruendlich等温吸附模型,其动力学特性与准二级动力学方程拟合度高。pH对复合沸石吸附氨氮的影响显著,最适pH为中性条件,在酸性或碱性条件下,复合沸石对氨氮的吸附能力均较低,这与氨氮在不同pH溶液中存在的形式有关。     

NaCl改性沸石对氨氮吸附性能的研究

采用NaCl溶液对天然沸石进行改性,考察了NaCl浓度、温度及沸石用量对改性效果的影响。通过表面特征分析、吸附机制分析、吸附等温试验和吸附动力学试验,进一步比较了天然沸石和改性沸石对氨氮的吸附性能。结果表明,在NaCl溶液为6%(质量分数)、温度为303 K、天然沸石用量为15 g(以100 mL的NaCl溶液计)的优化条件下,改性沸石对氨氮的吸附效果最佳。扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)分析可知,沸石经改性后表面变粗糙,平均吸附孔径变小,比表面积变大。2种沸石对氨氮的吸附过程均可用Langmuir、Freundlich吸附等温方程较好地拟合,在温度为303 K时,改性沸石比天然沸石单分子层饱和吸附量增幅为34%以上。颗粒内扩散是沸石吸附氨氮的限制性因素,其吸附动力学较符合准二级反应动力学方程,拟合结果表明改性沸石具有更好的动力学性能,其吸附速率常数略大于天然沸石。     

卤化铵改性竹炭对单质汞吸附性能的影响

为了研究廉价吸附剂竹炭的脱汞性能,将经过CO2活化并采用NH4Cl、NH4I超声浸渍改性的竹炭（BC）应用于单质汞的吸附,并对比不同负载量的NH4Cl以及NH4I改性和温度等因素对竹炭的汞脱除性能的影响。采用了元素分析、扫描电镜分析、XPS表征、比表面积及孔径分布等对材料进行研究。结果表明,NH4Cl和NH4I改性显著提高竹炭的脱汞能力,并且在同等条件下NH4I改性剂效果优于NH4Cl。研究表明提高负载量会造成吸附材料孔堵塞,但在0~8wt.%的负载量情况下,孔道的堵塞不足以抵消化学吸附带来的积极作用,表明改性竹炭对汞的吸附主要表现为化学吸附。同时改性竹炭存在随着温度升高其吸附效率先降低后升高的趋势,暗示竹炭对汞的吸附在低温时物理吸附占优势,温度升高时化学吸附占优势。     

改性钢渣吸附氨氮和磷的特性研究

利用钢渣与氢氧化铝以4∶3质量配比混合,在700℃下进行2 h煅烧,得到改性钢渣。通过批次吸附实验,研究了改性钢渣在不同初始pH值、振荡时间和温度下对水溶液中氨氮和磷酸根的吸附情况,进而分析了改性钢渣对氨氮和磷酸根的吸附等温线、热力学和动力学特性。结果表明,改性钢渣脱氮除磷能力比原钢渣显著增强,且最适pH值为4～8。改性沸石对氨氮和磷酸盐的吸附均符合Langmuir等温吸附方程,氨氮(以N计)最大吸附量在10、20和30℃下分别为1.67、2.59和3.24 mg/g,磷酸根(以P计)的最大吸附量在10、20和30℃下分别为1.02、1.19和1.37 mg/g。热力学参数ΔG0、ΔH0和ΔS0表明,该吸附是一个自发、吸热、熵增型反应过程,且磷的吸附是化学吸附为主,氨氮的吸附是以离子交换吸附和物理吸附为主。改性钢渣对磷和氨氮的吸附动力学符合伪二级方程(R2>0.999)。     

竹炭吸附对硝基苯胺的过程与机理研究

研究了竹炭吸附对硝基苯胺的过程影响因子以及吸附过程的动力学、等温线和热力学。结果表明,粒径80~100目的竹炭即可实现对对硝基苯胺的高效吸附,吸附效率为95.65%。竹炭对硝基苯胺的吸附效率随溶液pH值的升高而逐渐下降,当溶液pH值超过7.0以后,下降趋势明显加快,实验条件下,溶液pH=2.0可以获得最佳吸附效果,吸附效率为95.85%,静电作用力和氢键作用力在不同溶液pH值下变化的联合作用是造成吸附效率变化的主要原因。吸附动力学研究结果表明：准二级吸附动力学模型可以很好的拟合3种不同温度下的吸附速率数据;吸附等温线研究结果表明,Redlich-Peterson吸附等温线模型可以很好的拟合3种不同温度下的吸附等温线数据,说明吸附过程兼有单分子层吸附和吸附表面异质性的特点;吸附热力学计算结果表明,吉布斯自由能ΔG0小于零,说明竹炭吸附对硝基苯胺的过程可以自发进行,吸附焓变ΔH0小于零,说明吸附反应为放热过程,并且吸附焓变数值大于单纯由范德华力引起的吸附放热范围,说明吸附过程中存在多种作用力;吸附熵变ΔS0大于零,说明吸附过程中体系的混乱度显著增大。     

微波辅助（NH4）2S2O8改性竹炭对Cu2+的吸附性能

以竹炭为原料,采用(NH4)2S2O8作为改性药剂,通过微波辅助加热的方法对竹炭进行改性;运用Boehm滴定、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDAX)和傅里叶红外光谱(FTIR)对改性竹炭进行表征;考察了pH、时间、温度和离子强度等对改性竹炭吸附Cu2+的影响。结果表明,微波辅助(NH4)2S2O8改性使得竹炭表面的酚羟基、内酯基、羧基等酸性含氧官能团的数量有所增加;改性竹炭对Cu2+吸附更符合Langmuir等温方程,吸附为自发的吸热过程;吸附动力学符合准二级动力学方程;溶液离子强度增大不利于其对Cu2+的吸附。     

竹炭及其改性产品作为生物载体的应用研究

为了研究竹炭及其改性产品在污水处理中作为微生物载体的可行性,在曝气生物滤池工艺中研究了竹炭及其改性产品(硝酸改性、双氧水改性和超声改性竹炭)对污染物(COD及NH4+-N)的处理效果。结果表明,超声改性竹炭的处理效果最好,对COD及NH4+-N去除率分别达93.34%和50.94%,而其他改性竹炭的处理效果无显著提高。基于PLFA技术分析各载体上的微生物群落结构,结果表明,所有载体上的微生物均以真核和好氧原核生物为主,超声改性竹炭上的生物量高于其他填料且厌氧细菌数量最多。此外,基于碘吸附值和SEM技术分别对改性竹炭的吸附性能和形貌进行分析发现,超声改性竹炭上的微孔数量增加,孔壁更为粗糙。因此,超声改性竹炭这种生物质新材料有望成为优良的水处理微生物载体。     

柠檬酸改性竹纤维吸附剂的制备

采用预处理和柠檬酸酯化反应2个阶段的处理方法对竹纤维进行修饰改性,考察了预处理溶液浓度、预处理时间、柠檬酸用量比、催化剂用量比、热反应时间,热反应温度对改性效果的影响,并测定了改性后竹纤维材料对重金属Ni2+的吸附性能。实验结果表明,当预处理溶液浓度取5%,预处理时间控制在180 min,柠檬酸用量比取20 mmol·g-1,催化剂次磷酸钠用量比取0.4,热反应时间控制在90 min,热反应温度为120℃时,改性效果达到最佳,得到的最高羧基团含量为3.373 mmol·g-1。改性后的竹纤维材料对Ni2+的吸附容量高达9.486 mg·g-1,相比未改性的竹纤维,吸附性能上有显著提升。     

固定化硝化细菌去除生活污水中的氨氮

以聚乙烯醇-海藻酸钠作为包埋载体固定硝化细菌,制备固定小球,对生活污水中的氨氮去除效果进行研究。采用平行实验考察了载体不同包菌量、载体与污水量比、活化时间、温度、DO以及载体循环次数对氨氮去除率的影响。结果表明,用包埋载体处理污水的氨氮和COD去除率明显高于传统活性污泥,且得出最佳反应条件：包埋载体的最佳活化时间为20 h,最适温度为25℃,最佳DO为3~4 mg/L。投加包埋载体比传统活性污泥法对氨氮去除效果和COD去除能力具有强化作用,投加20%的包埋载体时,反应器出水氨氮去除率提高了20%,菌体与载体比值小于1：2.5时氨氮去除率超过90.12%,固定化包埋载体去除氨氮过程比较符合一级动力学模型。