改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

碱和磁复合改性小麦秸秆生物炭对水体中镉的吸附特性及机制

通过对小麦秸秆生物炭(BC)进行碱和磁复合改性得到改性小麦秸秆生物炭(FKC),在SEM-EDS、 BET、 FT-IR、 XRD和VSM等表征的基础上,研究了FKC对水中Cd~(2+)的吸附特性及温度、pH值和投加量等对吸附特性的影响,探讨了碱和磁复合改性提高小麦秸秆生物炭吸附Cd~(2+)性能的机制.结果表明,与BC相比,KFC结构疏松多孔,表面积增加了19.11倍,O—H、■等芳香族和含氧官能团数量增多,并且出现新的官能团Fe—O. FKC具有磁性,其磁化强度为8.43 emu·g~(-1),能够回收重复使用. FKC对Cd~(2+)的吸附更符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型,表明其主要以化学吸附为主,FKC的理论最大平衡吸附量为23.44mg·g~(-1),是BC的1.47倍. FKC对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程.在pH为2～8范围内,随pH的升高FKC的吸附能力逐渐提高.生物炭的投加量为10 g·L~(-1)较好.经3次"吸附-解吸-再吸附"循环后,FKC对Cd~(2+)的吸附量仍达到17.71mg·g~(-1),表明其有良好的重复利用性.该研究结果可为碱和磁复合改性小麦秸杆生物炭应用于Cd污染废水处理提供理论指导.     

双功能介孔吸附材料的制备及其同时吸附废水中Cd2+和Cr2O72-的研究

采用直接法和后嫁接法成功制备出骨架掺杂Al原子,孔道表面接枝大位阻含胺基基团的双功能介孔硅基吸附材料.采用SAXRD、TEM、FTIR、NH3-TPD等手段对合成材料进行表征,结果表明合成的双功能AN-SBA-15具有有序的二维六方介孔结构,孔道表面的Al-OH与胺基不会发生自发复合反应.对模拟废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)的同时吸附去除实验研究表明AN-SBA-15具备同时吸附废水中Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的能力,吸附最佳pH值为5.0,吸附在40 min就达到平衡.AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的吸附符合Langmuir模型,属于单层吸附.由Langmuir模型拟合出的AN-SBA-15对Cd~(2+)和Cr_2O_7~(2-)离子的最大吸附容量分别为125.9 mg·g~(-1)和156.5 mg·g~(-1).此外AN-SBA-15具备良好的脱附再生能力.     

磁性生物炭对重金属污染废水处理条件优化及机理

将水稻谷壳经改性和负磁后制得磁性谷壳生物炭(BC-Fe),通过正交实验研究了pH、生物炭添加量、吸附时间和转速对磁性谷壳生物炭吸附实际污染废水中Cd~(2+)和Zn~(2+)的影响,提出了磁性谷壳生物炭作为实际污染废水处理材料的最佳操作条件,并应用于多步骤废水处理系统中,同时进行了BC-Fe的再生吸附实验.正交实验结果表明,在pH为6.0、固液比为6.0 g·L~(-1)、吸附时间为1.0 h、转速为160 r·min~(-1)的条件下,磁性谷壳生物炭对Cd~(2+)和Zn~(2+)的去除率最高,分别达到61.1%和60.4%,吸附量分别为8.6 mg·g~(-1)和21.3 mg·g~(-1).在实验所设条件下,Cd~(2+)和Zn~(2+)的综合去除效果随着pH和生物炭添加量的增加而显著升高,吸附时间和转速的影响未达显著水平.在多步骤废水处理系统中,使用CaO和Na_2S作为前处理,利用磁性谷壳生物炭二次处理,可使实际污染废水中Cd~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+)、Mn~(2+)、Fe~(2+)的去除率分别达到100%、99.8%、99.3%、97.8%、100%,SS降为1.0 mg·L~(-1),此时系统pH为7.5,色度为2倍,出水各项指标均达到硫酸工业污染物排放标准(GB 26132—2010)和污水综合排放标准(GB 8978—1996)的要求.再生实验表明,BC-Fe第3次吸附Cd~(2+)和Zn~(2+)的去除率分别为50.6%和49.1%,吸附材料再生性能良好.     

生物炭与膨润土对镉吸附性能比较

比较了松木生物炭(PN-B)、花生壳生物炭(PT-B)及膨润土(Bent)对镉的吸附能力及机理,模拟其吸附等温模型和吸附动力学,并讨论p H、初始投加量对实验的影响,对吸附前后的吸附剂进行电镜扫描、傅里叶红外光谱及X射线衍射分析,探讨其吸附机理。结果表明:2种生物炭和膨润土对Cd~(2+)的吸附都符合Freundlich模型; 3种材料吸附动力学均符合标准二级反应动力学方程;其中pH=6、投加量为0. 1g时吸附效果最高,PN-B、Bent、PT-B最大吸附量及最大吸附率分别为16. 56 mg/g(95%)、15. 07 mg/g(91. 06%)、15. 52 mg/g(89. 4%);生物炭对Cd~(2+)的吸附机理主要为—OH、—C O及—CH_2与Cd~(2+)发生表面吸附、离子交换和络合反应共同作用,膨润土对Cd~(2+)的吸附机理主要为离子交换反应。研究表明,松木生物炭对镉的吸附效果最好。     

小麦秸秆生物炭对水中Cd~(2+)的吸附特性研究

以小麦秸秆生物炭(WSBC)为吸附剂,研究了WSBC对水中Cd~(2+)的吸附特性,探讨了溶液pH值、投加量和共存阳离子对其吸附Cd~(2+)的影响.WSBC结构表征结果表明,WSBC表面含有大量的含氧官能团.吸附结果表明,溶液pH值会对WSBC吸附Cd~(2+)产生较大影响.吸附动力学数据分别用准一级动力学、准二级动力学、Elovich和颗粒内扩散方程拟合,结果表明,准二级动力学方程可以很好地描述Cd~(2+)在WSBC上的吸附.采用Langmuir、Freundlich和Temkin等温吸附模型对吸附数据进行拟合,发现Cd~(2+)在WSBC上的吸附符合Freundlich等温吸附模型.热力学结果表明,WSBC对Cd~(2+)的吸附是一个自发的吸热过程.     

EDTA-nSiO2纳米颗粒对Cd2+的吸附

nSiO_2纳米颗粒是一种广泛应用的工程纳米材料,为增加其对水溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用接枝改性的方法制备出乙二胺四乙酸(EDTA)改性nSiO_2纳米颗粒(EDTA-nSiO_2),并用透射电镜、氮气吸附-解吸、红外光谱和差热分析等手段对其进行了结构表征,同时以其为吸附剂,通过批处理实验法探讨了体系pH、吸附时间、温度、离子强度等因素对Cd~(2+)吸附的影响,并结合X射线能谱(XPS)分析对其吸附机制进行了分析.结果表明,以EDTA为改性剂,可以成功制备出稳定性良好的EDTA-nSiO_2纳米颗粒,其对Cd~(2+)的吸附受体系p H控制;nSiO_2对Cd~(2+)的吸附量较小,EDTA改性可增加nSiO_2对Cd~(2+)的吸附作用,随着p H的升高,Cd~(2+)的吸附效果逐渐增强,在p H大于4.0后逐渐趋于稳定.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附速率较快,可在1 h内达到吸附平衡.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附为吸热的自发过程,吸附等温线可用Langmuir模型描述.NaCl浓度增加会导致Cd~(2+)的吸附量下降,当体系Na Cl浓度从0增加到100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的最大吸附量从0.433 mmol·g-1降低至0.294mmol·g-1.0.1 mol·L~(-1)HCl是较为合适的吸附剂再生液,Cd~(2+)洗脱率约94.36%.结合pH、温度、离子强度、再生和XPS分析结果,可以推测出EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附是包含有简单的物理吸附和离子交换过程,并以化学络合为主的吸附过程.EDTA-nSiO_2是一种对水体Cd~(2+)具有较好吸附能力的工程纳米材料吸附剂.     

Cd~(2+)、Pb~(2+)在湘江流域河床表层沉积物上的吸附特性研究

以湘江流域河床表层沉积物为吸附剂,用于去除水中Cd~(2+)、Pb~(2+),系统研究了沉积物对Cd~(2+)、Pb~(2+)的吸附规律,并探讨了其吸附Cd~(2+)、Pb~(2+)后的化学稳定性。结果表明,当2种离子单独存在时,沉积物对Cd~(2+)、Pb~(2+)均具有较好的吸附效果;当2种离子同时存在时,由于竞争作用,沉积物对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量分别减小了约40%和16%。对吸附平衡的溶液进行曝气和用双蒸水清洗吸附饱和的沉积物后,Cd~(2+)、Pb~(2+)的释放比例较小,说明湘江流域河床表层沉积物吸附Cd~(2+)、Pb~(2+)后,其化学稳定性较好。沉积物的SEM、FTIR和XRD分析发现,沉积物结构多孔,表面含有大量—OH、—NH,这些基团在吸附重金属阳离子过程中起重要作用。研究结果表明,湘江流域河床表层沉积物对去除水中的Cd~(2+)、Pb~(2+)有较好的效果,该成果对湘江流域重金属污染控制具有重要参考价值。     

鸟粪石-沸石复合材料对水中镉的吸附性能研究

研究以氧化镁负载沸石回收污水中氮磷得到的鸟粪石-沸石复合材料(STR-NZ)为吸附剂,用于对水体中重金属镉的吸附去除.实验采用SEM-EDS、XRD和FTIR等手段对STR-NZ材料进行表征,并考察了投加量、初始pH和反应时间等对STR-NZ材料去除水中Cd~(2+)的影响.结果表明:氧化镁负载沸石材料主要以鸟粪石沉淀的方式实现对水中磷酸盐和氨氮的回收;STR-NZ对水溶液中Cd~(2+)的吸附量随pH的增大呈先增加后趋于平衡的趋势,当Cd~(2+)的初始浓度为50 mg·L~(-1)时,STR-NZ的最佳投加量为0.2 g·L~(-1),Cd~(2+)最大吸附量为249.35 mg·g~(-1), STR-NZ对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,对Cd~(2+)的等温吸附符合Langmuir等温吸附模型,STR-NZ主要通过Cd_5(PO_4)_3(OH)沉淀的方式实现对水中Cd~(2+)的去除.     

Pt/生物炭电极反应器处理水中腐殖酸的研究

构建Pt/生物炭电极反应器,研究其对水中腐殖酸的去除效率和去除特性.结果表明,在电流密度为20 m A·cm~(-2)下反应300 min,Pt/生物炭电极反应器对水中腐殖酸的去除率为74.58%,较Pt/石墨电极反应器47.10%去除率提高58.3%.Pt/生物炭电极反应器对水中腐殖酸的去除主要通过电化学氧化和气浮作用.生物炭阴极比石墨阴极能产生更多的H_2O_2,是提高Pt/生物炭电极反应器对腐殖酸去除率的重要原因.三维荧光光谱和凝胶色谱法分析表明,Pt/生物炭电极反应器具有较强的氧化能力,可将较小分子量的腐殖酸直接矿化.研究结果显示生物炭可以作为一种新型电化学反应器的阴极材料用于对水中有机污染物处理.