氧化石墨烯-FeCl3改性沸石联合生物预处理对氨氮的强化处理研究

以氧化石墨烯(GO)和FeCl_3·6H_2O为改性剂,制备GO-FeCl_3改性沸石,与生物预处理技术结合,对含(2.98±0.38)mg/L氨氮的微污染水进行强化处理,探讨了GO-FeCl_3改性沸石表面的挂膜性能以及GO-FeCl_3改性沸石的表面特性,并对GO-FeCl_3改性沸石、FeCl_3改性石英砂(IOCS)和普通石英砂(RQS)3种滤料联合生物预处理的强化处理效果进行了比较分析。结果表明:(1)与RQS和IOCS比较,GO-FeCl_3改性沸石表面生物量最高(17.26μg/cm~3);(2)GO-FeCl_3改性沸石联合生物预处理,对氨氮的去除率最高(95.60%),出水中悬浮物粒径最小(由进水的458.70nm下降至1.49nm),生物安全性最高;(3)GO-FeCl_3改性沸石比表面积最大,表面结构更加复杂且多孔,表面含有羟基、羧基等官能团,且煅烧过程形成的Fe_3O_4和α-FeOOH与GO结合,具有一定的可见光催化作用,因而强化处理效果最好。     

利用回收石墨制备的氧化石墨烯及其吸附性能

以浮选法从脱硫渣中回收的石墨为原料,采用HUMMERS法制备氧化石墨烯,并以阳离子艳红为目标污染物对氧化石墨烯的吸附性能进行研究。研究表明从脱硫渣中回收的石墨为鳞片石墨,与天然鳞片石墨在晶体结构、形貌等方面无明显差异。2种石墨经氧化后均形成了含有C—OH、—COOH和C—O—C等官能团的氧化石墨烯。氧化石墨烯对阳离子艳红的吸附速率非常快,在5 min后能达到吸附平衡,理论最大吸附量为714 mg·g-1,吸附过程符合Langmuir等温式。     

铁铜改性稻壳炭对双氯芬酸钠吸附性能

以稻壳为原料制备铁铜改性生物炭(FCBC300),采用扫描电子显微镜、元素组成分析仪、X-射线衍射光谱仪、傅里叶红外光谱仪对其进行了系列基础理化性质表征,通过批量吸附实验研究了FCBC300在不同pH和干扰离子及有机物腐殖酸(HA)等条件下对双氯芬酸钠(DCF)的去除效果和吸附机制。结果表明,改性后稻壳炭表面负载Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃和CuO,芳香性增强、亲水性降低,对DCF的吸附性能大幅度提升。pH=5～9条件下,改性稻壳炭对DCF的吸附量约是未改性稻壳炭的20倍,吸附机制以静电作用为主;PO₄^3-的存在对吸附几乎无影响,SO₄^2-、Cl^-和HCO₃^-对DCF的去除虽有轻微抑制作用,但去除率下降幅度均低于5%,HA存在则明显抑制吸附能力;FCBC300对DCF的吸附过程,更符合准一级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,预测最大吸附量为4...     

氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂的制备及对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯,再与淀粉进行反应制得了氧化石墨烯改性淀粉复合吸附剂(GO-Starch)。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等技术手段对GO-Starch的结构和官能团进行表征,研究GO-Starch对水中Cu~(2+)、Pb~(2+)吸附性能,探讨吸附时间、温度、吸附剂用量、初始浓度、pH等因素对吸附率的影响。结果表明:(1)在30℃、pH为5、Cu~(2+)初始质量浓度为40mg/L的条件下,GO-Starch对Cu~(2+)的吸附在90min达到吸附平衡。在30℃、pH为4、Pb~(2+)初始质量浓度为20mg/L的条件下,GO-Starch对Pb~(2+)的吸附在120min达到吸附平衡。(2)GO-Starch对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,对Pb~(2+)的吸附符合Freundlich等温吸附模型;对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学特性均符合准二级动力学模型。     

氧化铁改性砂联合生物预处理对氨氮的吸附特性

对含氨氮(NH_3-N)的微污染原水,采用自制氧化铁改性石英砂(iron oxide coated sand,IOCS)滤料强化过滤与生物预处理技术联合,进行强化处理与吸附效果研究。结果表明,采用强化挂膜法,生物预处理反应器的生物膜成熟期约为7 d,其对氨氮的去除率为60%~70%,但反应器中存在亚硝酸盐氮积累的现象。IOCS与生物预处理技术联合,对NH_3-N的平均去除率为84.67%,出水NH_3-N浓度均低于0.5 mg/L,NO_2~--N含量趋于0;而普通石英砂(RQS)在同等条件下,对氨氮的去除效果不稳定,平均去除率为74.31%,出水NH_3-N平均浓度未达标,对NO_2~--N平均去除率仅有33.29%。在4m/h滤速工况下,与生物预处理技术联合,IOCS和RQS对NH_3-N最高去除率分别为94.3%和82.72%。IOCS与RQS的表面形态结构存在明显差异:前者的表面结构更加复杂多孔,比表面积大,有利于生物牢固附着;后者表面较光滑,比表面积小,挂膜后生物易脱落。     

氧化石墨烯修饰MoS2-PAN吸附膜对铜离子吸附性能的影响

通过氧化石墨烯(GO)对硫化钼(MoS₂)-聚丙烯腈(PAN)进行改性处理,采用相转化法成功制备了对水溶液中Cu²⁺进行吸附的GO-MoS₂-PAN改性吸附膜。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及接触角测试对该吸附剂材料进行了表征。探究了不同GO固含量对GO-MoS₂-PAN改性吸附膜的孔隙率、纯水通量以及接触角的影响。在pH为5、Cu²⁺质量浓度为100 mg·L^-1的溶液中,GO固含量为0.03%的改性吸附膜对Cu²⁺的最大平衡吸附量达到224.28 mg·g^-1,且其脱附率为84%。结果表明,改性吸附膜对溶液中Cu²⁺的吸附动力学符合准二级动力学模型,等温吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,热力学分析结果表明该吸附过程为自发吸热过程。     

改性活性炭对甲胺恶臭气体吸附研究

甲胺作为一种具有代表性的胺类恶臭气体,是工业中常见的原料与中间体,广泛存在于污水处理过程中。其嗅阈值为0.021mg/m3,稳定且难以生化降解,会影响人体健康。同时,居民区人口密集,工业区与市政设施在部分地区距离居民区较近,因此甲胺是急需治理的大气污染物之一。以方便高效且应用性强的氧化方式对活性炭进行改性并应用于气态甲胺处理。当达到穿透点(出口质量浓度为5mg/m3,穿透率约2%)时,HNO3改性活性炭最高穿透吸附量为517.30mg/g,是原始活性炭的45.7倍。通过对比改性前后活性炭的表面特征,并用吸附动力学数据研究了甲胺的吸附特性,表明甲胺在HNO3改性活性炭上的吸附是物理吸附和化学吸附的结合。当接近平衡时,吸附速率通过颗粒内扩散来控制。     

铁酸盐-还原石墨烯复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

以氯化铁(FeCl_3·6H_2O)、氯化锰(MnCl_2·4H_2O)、氯化锌(ZnCl_2)、氯化钴(CoCl_2·6H_2O)、氯化镍(NiCl_2·6H_2O)和氧化石墨烯(GO)为原料,制备了4种铁酸盐与还原氧化石墨烯(RGO)的复合材料(RGO-MFe_2O_4,M=Mn,Zn,Co或Ni),通过扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、拉曼光谱仪进行了表征,系统研究了4种材料对亚甲基蓝的吸附。结果发现,RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附能力最好,而对吸附起主要作用的是RGO。随着温度升高、染料初始浓度的增加和吸附时间的延长,RGO-NiFe_2O_4吸附量逐渐增大。RGO-NiFe_2O_4对亚甲基蓝的吸附动力学拟合符合伪二级动力学模型。吸附等温线模型拟合结果表明,Langmuir方程可以很好地描述其对亚甲基蓝的吸附。热力学参数ΔG~0在不同温度下均为负值,ΔH~0为正值,ΔS~0为正值说明吸附过程是自发的吸热反应。     

酸碱盐改性对活性炭吸附油气特征的影响

采用酸碱盐溶液浸渍方法对活性炭进行改性,探究了其吸附油气的特征,考察了改性后的活性炭对油气吸附量和穿透时间的影响,采用BET、SEM、XRD及FT-IR等方法对活性炭进行了表征。结果表明:改性后的活性炭孔结构和表面化学性质发生了明显的变化,2~#样品(醋酸改性)比表面积最大为1 264.33 m~2·g~(-1),碱改性活性炭对油气的吸附性能优于其他改性方法,3~#样品(氨水改性)吸附容量最高为0.279 g·g~(-1),拟合动力学速率常数k′值是0.096 3,5#样品(氢氧化钾改性)穿透时间最长为130 min;改性处理后,增加了活性炭表面的—OH与C=C含量,正丁烷主要以—CH_2基团吸附在吸附剂表面。在综合酸碱盐溶液改性的基础上,利用Yoon-Nelson动力学方程对吸附曲线进行拟合,评价改性活性炭对油气的吸附性能。以上研究结果可为活性炭吸附油气的工业应用提供参考。     

铝盐复合改性凹凸棒石及其除氟性能

通过静态吸附实验,研究了Al2(SO4)3、Al Cl3、Al(NO3)33种铝盐对凹凸棒石的复合改性及其除氟效果。复合改性的最优条件为Al2(SO4)3浓度0.05 mol·L-1、浸泡时间2 h、固液比1∶3,Al Cl3浓度0.4 mol·L-1、浸泡时间5 h、固液比1∶2,Al(NO3)3浓度0.2 mol·L-1、浸泡时间6 h、固液比1∶2。复合改性的凹凸棒石吸附容量达到1.317 mg·g-1,是改性前的13.9倍,吸附容量显著提高。复合改性的凹凸棒石对水中氟的吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir等温吸附规律。吸附最佳p H为7,改性后的凹凸棒石表面更疏松粗糙,孔穴和孔道增多增大,但晶体结构未变。     

硅灰基吸附甲醛材料的制备与吸附机理

研发新型、高效吸附甲醛的无机材料已成为热点,采用Na_2SiO_3·9H_2O和KOH化学改性工业硅灰制备硅质溶胶,经水热反应合成吸附材料(S),红外光谱分析(FT-IR)和扫描电镜(SEM)结果证实硅灰中的Si—O结构发生变化,形成更多具有层状或架状结构、微观上呈现多孔结构的物质,BET结果表明其平均孔径为37 nm。通过将其与活性炭(C)以及KOH改性活性炭(CA)对甲醛的吸附性能对比发现,S对甲醛的去除率最高(79.3%),且其循环吸附性能优良。3种样品对甲醛的吸附动力学均满足Langmuir一级吸附模型,甲醛的变化规律均符合指数衰减模型C=y_0+A_1exp(-x/t),且y_0与吸附材料的性质密切相关。提出并阐述了3种吸附材料对甲醛的吸附机理,硅灰基吸附材料除了物理吸附,还有-Si-OH与甲醛之间的氢键作用。     

氮炭化核桃壳对Cr(Ⅵ)的吸附特性与机理

采用新疆核桃壳为原材料,将其在氮气氛围下炭化,制备氮炭化核桃壳吸附剂,利用静态吸附法研究了其对模拟废水中低浓度Cr(Ⅵ)的吸附性能,并采用SEM和FTIR技术对该吸附剂进行表征。结果表明,Langmuir等温吸附方程可以更好地拟合氮炭化核桃壳对Cr(Ⅵ)的吸附过程,说明Cr(Ⅵ)在氮炭化核桃壳上的吸附属于单分子层吸附,25℃时,当pH为2.0、吸附剂用量为16 g·L~(-1)、吸附时间为180 min、转速为200 r·min~(-1)时,Cr(Ⅵ)的去除率达到99.1%,饱和吸附容量为8.751 mg·g~(-1)。吸附动力学分析结果表明,该动态吸附平衡遵循拟二级动力学方程。表征结果显示,氮炭化核桃壳表面较粗糙,孔隙轮廓更清晰,更有利于对Cr(Ⅵ)的吸附,吸附过程中Cr(Ⅵ)主要与氮炭化核桃壳表面的O—H、CO、N—H、C—O—C等活性基团发生了作用。     

改性丝瓜络纤维对水体日落黄的吸附特性

采用化学改性的方法将丝瓜络制备为阴离子吸附剂,并将其用于水体日落黄(SY)染料的吸附,分别考察了吸附剂的用量、日落黄染料的初始浓度(C0)、p H值、温度(K)、时间(T)5个因素对吸附效果的影响。通过模拟吸附等温曲线、吸附动力学以及热力学方程并通过比表面积(BET)和红外光谱(FTIR)分析改性丝瓜络吸附染料前后和丝瓜络改性前后的变化情况以此探究其吸附机理。结果表明,p H对吸附效果影响不明显;最大吸附量随温度升高而增大,在298 K温度时最大吸附量达到137 mg/g,是未改性丝瓜络的9.78倍。Langmuir方程拟合吸附过程描述最好,吸附类别为化学吸附。吸附过程符合伪二级动力学,是一个自发和吸热的过程。改性丝瓜络可以有效去除水体中的日落黄染料。     

UiO-66/氧化石墨烯的制备及对水中四氯化碳的吸附

采用溶剂热法制备了UiO-66和UiO-66/氧化石墨烯复合材料;以水中四氯化碳为处理对象,研究了吸附时间、污染物浓度及温度等因素对吸附过程的影响,并对吸附过程进行动力学和热力学模拟探讨。结果表明,当四氯化碳浓度为10 mg·L~(-1)、30℃时,吸附反应在6 h达到平衡,四氯化碳的去除率为87.5%。UiO-66/氧化石墨烯材料对四氯化碳的吸附过程符合拟二级动力学模型。热力学结果显示ΔG0、ΔH0、ΔS0,由此判断吸附过程是自发、吸热和熵增加的过程。UiO-66/氧化石墨烯材料中比表面积、表面分散力和晶体缺陷的增加使其对四氯化碳具有更好的吸附性能。     

铁盐改性砂制备及其吸附Zn~(2+)的性能研究

通过改变石英砂表面的物理化学性质,提高石英砂的吸附效率,考察其对废水中的Zn~(2+)去除效果.以石英砂为载体,分别用反复高温加热法和反复碱性沉积法制备了三氯化铁改性砂、硝酸铁改性砂,测定2种方法制备的铁盐改性砂的表面含铁量、铁盐的酸稳定性及比表面积,并比较2种铁盐改性砂对Zn~(2+)的吸附效果.结果表明,三氯化铁改性砂、硝酸铁改性砂的比表面积分别为2.468、4.247 m~2/g,比石英砂比表面积分别提高6.910、12.612倍;在pH为中性条件下,石英砂对Zn~(2+)去除率为43%左右,三氯化铁改性砂对Zn~(2+)去除率达到70%左右,硝酸铁改性砂对Zn~(2+)去除率达到85%左右,表明铁盐改性砂对Zn~(2+)去除能力比石英砂有很大提高;铁盐改性砂对Zn~(2+)的吸附有一定容量,表面的活性中心越多,吸附能力越大;铁盐改性砂对Zn~(2+)的去除率随着pH的升高而增加,当pH>8.5时,Zn~(2+)去除率可达90%左右.     

改性矿化垃圾对渗滤液生化出水中COD和氨氮的吸附

用矿化垃圾作为吸附剂吸附处理生化后的垃圾渗滤液,利用单因素变量法研究了改性温度、p H、吸附剂投加量和反应时间对吸附效果的影响,并采用红外光谱和电镜扫描对矿化垃圾进行表征。结果表明:矿化垃圾改性温度为700℃,水样p H值为9,吸附剂用量为60 g/L,反应时间为10 h时,COD和氨氮去除率分别达到58.38%和79.77%,平衡吸附量分别为11.68 mg/g和1.58 mg/g;动力学数据拟合COD和氨氮吸附过程均符合拟二级动力学方程即吸附速率被化学吸附所控制;等温方程拟合表明,矿化垃圾对COD和氨氮的吸附分别属于多层吸附和单层吸附;红外光谱分析结果显示,吸附过程中OH、C=O和C—O 3种基团起主要作用;电镜扫描结果显示,矿化垃圾改性前、后和吸附前、后内部结构均发生变化。     

氧化-载钠改性黑臭河道底泥对磷削减的效果及机制

黑臭河道是我国各大城市面临的主要环境问题之一,其底泥的处置和水体中过量磷的削减急需合理的方法。研究黑臭河道底泥的资源化利用方式,以削减水体中过量的磷具有非常重要的意义。选取北京市凉水河底泥(PS),对其进行氧化(PS-N)、载钠(PS-Na)以及氧化-载钠(PS-NNa)改性手段,评估原始底泥以及3种改性底泥作为磷吸附材料对磷的削减效果。结果表明,3种改性材料对磷的削减效果均达到60%以上,其中氧化-载钠改性底泥效果最高可达94.7%。利用动力学和吸附等温公式分析材料对磷吸附的机制,结果表明,PS-Na、PS-N和PS-NNa的最大吸附量分别为0.83、1.03和1.42 mg·g~(-1),且较高的环境温度有利于材料对磷的吸附。此外,动力学分析结果表明,准二级动力学模型能更好地描述改性材料的吸附动力学行为,对磷的吸附主要是材料表面活性吸附点位起主导作用。与国内外常用磷吸附材料相比,3种改性底泥材料在高效除磷方面具有一定的优势。     

化学改性活性炭对水中阿特拉津的吸附去除

以5 mol/L HNO3,40%NaOH及5%H2O2对活性炭进行化学改性,采用序批式实验研究了活性炭改性前后对阿特拉津(AT)的吸附平衡特性,并以Langmuir和Freundlich模型对吸附等温线进行了拟合。结合活性炭改性前后孔结构和表面化学的变化特征,探讨了不同改性方法对AT吸附去除的影响效应。结果表明:活性炭经5 mol/L HNO3改性后对AT的吸附性能显著降低;而5%H2O2和40%NaOH改性炭对AT的吸附能力较原炭明显增强,且40%NaOH改性炭的吸附能力大于5%H2O2改性炭。原炭及改性炭对AT的吸附等温线均符合Langmuir模型。HNO3改性炭对AT吸附的降低主要是由于表面酸性基团的增加引起的;H2O2改性炭对AT吸附能力的提高主要是由于比表面积的增大引起的;而NaOH改性炭对AT吸附能力的提高是由比表面积增大和表面碱性基团增加共同作用的结果。几种改性炭和原炭对AT去除率的大小顺序依次为:NaOH改性炭>H2O2改性炭>原炭>HNO3改性炭。     

粉煤灰吸附除磷的改性研究

研究了粉煤灰的最佳改性条件及其吸附理论模型.获得了粉煤灰用于吸附含磷量为5 mg P/L的模拟二级出水的3种改性的最佳条件(21℃):(1)0.25 mol/L盐酸改性的粉煤灰对磷的去除率为76.0%,出水含1.20 mg P/L;(2)300℃下煅烧的粉煤灰对磷的去除率为93.8%,出水中磷含量达到了0.31 mg P/L;(3)低火(119 W)改性的粉煤灰的磷去除率达95.4%,出水含0.23 mg P/L.试验结果表明:Langmuir方程能很好地解释两种改性粉煤灰的吸附动力学(R2=0.9188,S.E=0.0032),而Simple Elovieh方程在描述两者的吸附动力学试验数据上显示出优越性(R2=0.9427,S.E=0.029).     

热还原石墨烯对Cr(Ⅵ)离子的吸附性能

为了研究石墨烯对重金属铬的吸附性能,提出了以氧化石墨为前驱体,通过真空低温热还原制备热还原石墨烯(TRG)。利用红外光谱,比表面分析和扫描电子显微镜对制得的石墨烯进行表征。考察了石墨烯在静态吸附条件下对Cr-(Ⅵ)离子的吸附性能。通过单因素和正交实验优选吸附条件,结果表明,在30℃,p H为1,石墨烯用量0.025 g,振荡时间2.5 h时,吸附率可达99%,吸附类型符合Langmuir等温模型,吸附过程符合准二级反应动力学模型。在30℃时最大单分子层吸附量为50 mg·g~(-1)。