高比表面生物质炭的制备、表征及吸附性能

以废弃生物质互花米草与棉秆为原料,采用KOH活化制备了高比表面积微孔生物质活性炭.研究了原料类别、浸渍比、炭化温度及保温时间对炭组成与吸附性能的影响,利用氮气吸附、X-射线衍射、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了分析,并通过BET方程、DFT密度函数理论及Horvath-Kawazoe方程对比表面积与孔分布进行了表征测定.结果表明,氢氧化钾活化制备互花米草与棉秆活性炭的适宜条件为浸渍比3:1、活化温度800℃、活化时间1.5 h.在此条件下制得的互花米草活性炭与棉秆活性炭的得率为16.36%和11.22%,BET比表面积高达2 825 m2.g-1和2 135 m2·g-1,孔容积分别为1.374 mg·g-1和1.038 cm3·g-1;孔径分布狭窄,95%的孔集中在3 nm以内.该条件下制备的互花米草与棉秆活性炭吸附性能好,对碘的吸附值分别为1 797 mg·g-1和1 251 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为495 mg·g-1和478mg·g-1,均超过了国家水处理用活性炭一级品标准;2种生物质炭样品对水中2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量分别为932 mg.g-1、747 mg·g-1,均优于普通活性炭与活性炭纤维.     

炭化温度对废旧布袋制备活性炭性能的影响及其表征

以水泥厂废旧除尘布袋为原料,KOH为活化剂制备了活性炭.利用热重分析法(TG-DTG)对废旧布袋热解过程进行分析;重点考察了不同炭化温度(400、450、500、550和600℃)对废旧布袋制备活性炭的产率及活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的影响;同时采用N2吸附等温线对最佳工艺条件制备的活性炭孔隙结构进行了表征.研究结果表明,500℃为最佳炭化温度.最佳炭化温度下制备的活性炭,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和产率分别为1350.72 mg·g-1、97.5 mg·g-1和20.16%.活性炭比表面积高达1228.51 m2·g-1,总孔容达0.7134 cm3·g-1,孔径分布以微孔居多,N2吸附等温线为I型.     

KOH活化法制备牛粪活性炭的研究

以牛粪为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并考察了浸渍比、活化剂浓度、活化时间和活化温度等不同制备条件对牛粪活性炭样品性能的影响.实验结果表明,在浸渍比1∶4、KOH质量分数35%、活化时间60min、活化温度700℃条件下制备的活性炭性能最佳,制得的活性炭比表面积为979.8m2·g-1,碘吸附值可达796.37mg·g-1,亚甲基蓝吸附值可达150.30mg·g-1.最后,将制备的牛粪活性炭应用于对Cr(Ⅵ)的吸附,研究了最佳工艺条件下制备的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的适宜条件.结果表明,在投加量为8g·L-1时、吸附时间90min、pH值为5和较低温度的适宜条件下,自制牛粪活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附量最大.     

富含中孔与酸性基团的生物质炭的制备与吸附性能

以棉秆基生物质纤维为原料,采用磷酸一步活化法制备了同时富含中孔与含氧酸官能团的新型高比表面棉秆纤维基生物质活性炭,分析了浸渍比、炭化温度及保温时间等操作参数对活性炭纤维组成、得率、孔结构及表面官能团含量的影响,测定了制得的棉秆纤维基活性炭对水中对Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的等温吸附性能,并初步探讨了其吸附机制.结果表明,棉秆纤维基生物质炭孔结构与含氧酸基团因制备条件不同有较大变化,实验条件下制备的棉秆基活性炭纤维产率、中孔孔容与比表面的最大值分别为35.5%、0.91 cm3·g-1、1731 m2·g-1;在3∶2的浸渍比,600℃活化90 min的工艺条件下,制备的样品ACF-01的总孔孔容达1.02 cm3·g-1,比表面积为1 731 m2·g-1,微、中孔比例分别为66%与31%,中孔集中在5 nm以内,富含含氧酸官能团.样品ACF-01对水中Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为123 mg·g-1和427 mg·g-1,吸附性能远高于微孔孔容相近的商业活性炭纤维ACF-CK,这表明活性炭ACF-01的中孔和含氧酸官能团在吸附过程中发挥了重要作用.     

柚子皮吸附水溶液中亚甲基蓝的机理研究

为研究柚子皮吸附水溶液中亚甲基蓝（MB）的吸附性能和吸附机理,试验考察了不同条件（如pH,生物材料粒径,染料浓度,吸附时间和温度等）对其吸附效果的影响. 结果显示:染料溶液在弱酸或碱性条件下有利于亚甲基蓝被该生物材料吸附;其粒径对吸附效果影响不大;在30 ℃的条件下,对亚甲基蓝的吸附在1 h左右达到平衡且符合二级动力学方程;在30 ℃及pH为8时的最大吸附量为169.49 mg/g,符合Langmuir方程;该吸附过程为放热反应,最大吸附量随温度的升高而减少. 表明柚子皮吸附亚甲基蓝的过程是以物理吸附为主,可作为染料废水处理材料.      

亚临界水解预处理稻草秸秆制备活性炭及表征

通过以稻草秸秆的亚临界预处理中产生的残渣作为实验材料,以氯化锌作为活化剂制备具有吸附性能的活性炭,研究了活化温度,活化时间,浸渍时间以及浸渍比等4个因素对生成活性炭的性能影响,设计正交实验制备活性炭.以低温液氮吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布,以扫描电子显微镜(SEM)观测活性炭表面形貌,并以亚甲基蓝(MB)作为吸附质,研究了活性炭对亚甲基蓝的吸附动力学和吸附等温线.结果表明,活化温度900℃,活化时间60 min,浸渍比1∶5,浸渍时间12 h,当氯化锌质量分数为20%时,制得相应活性炭的碘值为1 122.79 mg.g-1,亚甲基蓝吸附值为136.50 mg.g-1.亚甲基蓝在活性炭上的吸附基本符合Langmuir方程,且准二级动力学模型能很好地描述活性炭对亚甲蓝的吸附过程;热力学研究表明,吸附吉布斯自由能(ΔG0)<0,而焓变(ΔH0)>0,说明吸附为吸热的自发反应过程,升温有利于吸附.     

废弃茶叶制备活性炭去除亚甲基蓝研究

采用ZnCl2溶液活化法制备茶叶活性炭,探讨不同条件下茶叶活性炭粉末对亚甲基蓝溶液的吸附效果.结果表明:在条件吸附时间30 min、投加量25 mg、试样体积50 mL、初始质量浓度为40 mg/L下,鲜茶叶活性炭粉末对亚甲基蓝溶液的去除效果最显著,吸附率可达97.42％.     

铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究

以一种大型海藻——铜藻为原料,Fe Cl3·6H2O为活化剂,采用超声浸渍-原位合成法制备了铜藻基载铁活性炭(Fe/SAC),并以活性炭得率和亚甲基蓝吸附值为指标,通过正交法考察了活化温度、活化时间和浸渍比的影响.同时,采用X射线衍射、扫描电镜和比表面积分析仪对最优结果进行表征,并考察了Fe/SAC吸附亚甲基蓝的热力学与动力学特性.结果表明,Fe/SAC的最优制备工艺条件为活化温度600℃、活化时间1 h、浸渍比1∶1,此时的活性炭得率为39.5%,亚甲基蓝吸附值为255.67 mg·g~(-1);最优工艺条件下制得的Fe/SAC比表面积为558.31 m2·g~(-1),其负载的铁组分主要为Fe3O4和Fe O;亚甲基蓝在Fe/SAC上的吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir等温吸附模型能够很好地描述吸附平衡过程,该吸附是熵增加的自发吸热(ΔS0、ΔG0、ΔH0)过程,升温有利于吸附.     

壳聚糖的改性及其去除废水中染料物质的性能研究

采用戊二醛交联FeCl_3制备改性壳聚糖吸附处理染料废水,以20 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液作为处理对象,探究氯化铁改性壳聚糖(FeCl_3-CTS)投加量、废水p H值、反应时间对其处理亚甲基蓝废水性能的影响,并对吸附动力学、吸附等温线过程进行拟合.结果表明,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝废水的处理效果远高于未改性壳聚糖(N-CTS),尤其是在投加量为0.1 g·L~(-1)、p H=6的条件下,经FeCl_3-CTS处理50 min后,亚甲基蓝废水的脱色率高达99.4%,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝的吸附容量高达198.8 mg·g~(-1),与N-CTS的54.8%和109.6 mg·g~(-1)相比,均有显著的提高.吸附动力学、吸附等温线拟合结果显示,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝废水的吸附过程符合准二级反应动力学方程(R2=0.9992)和Langmuir等温线方程(R~2=0.9995).     

球形棕囊藻对Pb2+的吸附动力学

研究了球形棕囊藻对金属离子Pb2+在球形棕囊藻上的生物吸附特性.结果显示,Pb2+在球形棕囊藻上的生物吸附可以分为2个阶段,第1阶段为物理吸附,在10min内快速达到平衡;第2阶段为金属离子向藻内部的迁移,过程缓慢.通过拟合得到了吸附过程的准二级动力学方程,参数k为0.0025 g·mg-1·min-1,qe为19.8 mg·g-1.吸附等温线结果表明.Pb2+在球形棕囊藻上的生物吸附可以用Langmuir来描述,最大吸附量qmax为20.2 mg·g-1.     

改性甘蔗渣对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附行为研究

为提高废弃甘蔗渣对重金属离子Cd2+和Pb2+的吸附能力,文章采用简单的方法制备了乙二胺四乙酸二酐(EDTAD)修饰的甘蔗渣。经FTIR分析,有大量的羰基修饰在了甘蔗渣的表面,为其吸附重金属离子提供了更多的活性位点。实验结果表明:经过修饰后的甘蔗渣对Cd2+和Pb2+的吸附量分别为46.46 mg/g、119.36 mg/g,是未修饰的3.69和12.31倍,且均能在20 min内达到最大吸附量并保持平衡,其吸附符合Langmuir等温吸附模型,且吸附过程遵循二级动力学模型。在pH 4~7范围内,修饰SCB对Cd2+和Pb2+具有较高的吸附能力。除此之外,在Cd2+、Pb2+、Cu2+和Zn2+共存的情况下,修饰SCB对Pb2+仍能保持较高的吸附量。修饰后的甘蔗渣对Cd2+和Pb2+的吸附能力有了显著提高,且具有一定的抗干扰能力,有望应用于实际工业废水处理。     

凹凸棒石/氧化锌纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附性能

采用化学沉淀法在凹凸棒石的表面负载纳米氧化锌合成了凹凸棒石/氧化锌(ATP/ZnO)纳米复合材料.同时,研究了亚甲基蓝在纳米复合材料上的吸附行为,并从热力学和动力学角度探讨了吸附作用机理.吸附实验表明:纳米复合材料对亚甲基蓝有优异的吸附能力;纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附热力学符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量可达110.50mg·g-1,吸附焓变为18.69kJ·mol-1,吸附自由能变为-33.06～-22.74kJ·mol-1,吸附熵变约为146J.mol-1.K-1,是一个自发的吸热过程;纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附动力学符合准二级动力学方程,速率常数随着溶液初始浓度的提高而下降.     

水热炭对水土环境中重金属铅的固持

以纯米糠为前体制备水热炭,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和元素分析仪等手段表征其物理化学性质;研究时间、p H、Pb~(2+)初始浓度等因素对其吸附Pb~(2+)的影响,以及其对污染土壤中Pb存在形态的影响。结果表明,纯米糠水热炭表面呈现多孔和网状结构,且含有丰富的表面含氧官能团,对溶液中Pb~(2+)有很强的吸附作用,p H=5时吸附效果最好,吸附24 h基本达到平衡。当Pb~(2+)初始浓度为80 mg/L,水热炭投加量为0.75 g/L时,水热炭对Pb~(2+)的吸附量可达72.44 mg/g。将水热炭投加到Pb污染土壤中,能有效降低弱酸提取态Pb含量,提高残渣态Pb含量,使Pb向更加稳定的状态转化。     

粉煤灰吸附-Fenton及热再生处理亚甲基蓝废水的特性研究

首先表征了水洗粉煤灰(FA)及酸改性粉煤灰(M-FA)的物理化学特性,采用序批实验研究了FA及M-FA对亚甲基蓝(methylene blue,MB)废水的吸附特性,并对吸附平衡的粉煤灰进行了Fenton氧化再生和热再生性能研究.结果表明,FA和M-FA吸附速率方程符合二级吸附速率模型,吸附等温方程符合Langmuir等温模型,吸附平衡时间为30 min,FA和M-FA的平衡吸附量分别为4.22 mg.g-1和5.98 mg.g-1,M-FA吸附能力优于FA.在pH 2～12的范围内随着pH的提高,M-FA吸附量增大,FA吸附量缓慢减小至pH 8为最低点后明显增大,静电吸附对吸附量的增减起主要作用.当H2O2投加量为78.4mmol.L-1、Fe2+投加量为0.72 mmol.L-1时,FA和M-FA的Fenton氧化法再生率分别为61%和55%.当热再生条件为400℃、2 h时,连续3次的热再生,FA再生率增加,分别为102%、104%和107%,M-FA再生率减小,分别为82%、75%和74%.FA再生率优于M-FA,热再生优于Fenton氧化再生.     

磁性壳聚糖的制备及处理亚甲基蓝废水

以戊二醛为交联剂,Fe₃O₄为磁核制备磁性壳聚糖,探究了其去除废水中亚甲基蓝的性能,以及吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特征.结果表明,在磁性壳聚糖投加量为0.5g/L、pH=10、反应时间为60min的条件下,对亚甲基蓝的去除率和吸附容量分别达到97.6%和39.0mg/g,远高于天然壳聚糖的59.8%和23.9mg/g.磁性壳聚糖对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级反应动力学方程（R²=0.99902）和Langmuir等温线方程（R²=0.99961）,吸附过程是热力学自发过程,吸附反应是放热反应.     

水稻秸秆生物碳对重金属Pb2+的吸附作用及影响因素

以农业废弃物水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法制备了不同温度(350、500和700℃)下的秸秆生物碳(RC350、RC500和RC700),研究了生物碳对Pb2+的吸附性能、作用机制及影响因素,为准确预测生物碳还田固碳对土壤中重金属迁移行为的影响提供理论参考.结果表明,生物碳对Pb2+的吸附行为符合准一级动力学方程,Pb2+在RC350、RC500、RC700上的吸附速率分别为0.167h-1、0.154h-1、0.388h-1;其等温吸附曲线符合Langmuir方程,最大吸附量分别为65.3、85.7和76.3mg·g-1,是原秸秆生物质RC100的5～6倍、活性炭AC的2～3倍.生物碳单位面积上的有效吸附点位比AC高约10倍.经酸化去除表面矿物成分后,RC350和RC700对Pb2+的吸附能力急剧下降,其最大吸附量、吸附亲和力与AC相近;红外光谱分析表明,去灰分后生物碳上有机碳官能团并无明显减少,而无机矿物(如SiO2)含量显著降低.生物碳中的有机碳组分和无机矿物组分对其吸附Pb2+均有重要贡献,其中无机矿物组分的吸附量及亲和力均大于有机碳组分.     

CTMAB-蒙脱石-细菌复合体对水中Pb~(2+)的吸附

研究了CTMAB-蒙脱石-恶臭假单胞菌复合体吸附Pb2+的物理化学特性,考察了时间Pb2+浓度、pH、温度对吸附的影响,结合FTIR探讨了其作用机理。结果表明,CTMAB-蒙脱石、细菌及其复合体对Pb2+的吸附是一个先快后慢的过程,90min时可基本达到平衡。Pb2+在细菌表面的吸附动力学以Elovich方程为最佳模型,其次为一级动力学方程。改性矿物-细菌复合体和CTMAB-蒙脱石对Pb2+的吸附均以一级动力学方程为最佳模型。Langmuir方程能很好地描述三种表面对Pb2+的吸附热力学。随着体系pH值和温度的升高,CTMAB-蒙脱石、细菌及其复合体对Pb2+的吸附率均逐渐升高。与CTMAB-蒙脱石相比较,EDTA对复合体表面Pb2+的解吸率较大,而去离子水和NH4Cl对Pb2+的解吸率较小。复合体与Pb2+之间可能存在络合、静电力和离子交换等作用力。     

离子束辐照活性炭吸附性能研究

利用离子束注入机对活性炭进行N+辐照改性,使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱仪(Raman)对活性炭表面形貌、结构等特性进行表征,研究了改性后活性炭对亚甲基蓝(MB)吸附性能的变化。实验表明:活性炭经离子束辐照后,比表面积和石墨化程度均降低,对亚甲基蓝的吸附能力降低,且辐照剂量增大,吸附能力减小。在活性炭浓度为0.667 g/L,吸附时间为360 min,振荡器频率为250 r/min,吸附温度为308 K时,活性炭对亚甲基蓝的吸附量为249.081 mg/g,改性活性炭(剂量为40 000 dose)在同等条件下吸附量为241.726 mg/g。改性活性炭对亚甲基蓝吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型。     

干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附特性与机理

硝化好氧颗粒污泥具有孔隙率高、比表面积大、沉淀性能好等特征,为考察其在重金属废水处理中的应用效果,以干硝化好氧颗粒污泥为吸附剂,研究其对水溶液中Pb2+的吸附特性及影响因素. 结果表明,Langmuir等温吸附方程可以很好地拟合干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+的吸附过程,说明Pb2+在干硝化好氧颗粒上的吸附属于单分子层吸附,25 ℃下的饱和吸附容量为79.58 mg/g,R2为0.990 1. 吸附动力学分析结果表明,该动态吸附平衡过程遵循伪二级动力学方程,废水初始ρ(Pb2+)分别为20、40、60 mg/L时,R2分别为1.000 0、1.000 0、0.999 9,同时颗粒内扩散方程RC(关联系数,分别为30.706%、28.019%、24.188%)均低于50%,表明颗粒内扩散是控制Pb2+吸附速率的关键步骤. 红外扫描分析(FTIR)结果表明,吸附过程中Pb2+主要与干硝化好氧颗粒污泥表面的O—H、N—H、CO、CC、C—OH、C—O—C等基团发生了作用. 吸附前、后的pH_ZCP(零点电荷)由2.5升至3.1,说明Pb2+在干硝化好氧颗粒污泥上的吸附属于专性吸附,即发生了紧密层吸附. 研究显示,干硝化好氧颗粒污泥对Pb2+具有较好的吸附效果,吸附机制主要包括无机微沉淀、表面络合、内层络合反应和离子交换等.