泥炭预处理吸附垃圾渗滤液中的COD

通过对泥炭改性去除水中COD进行了试验研究。探讨了磷酸、硫酸、盐酸、硝酸和氢氧化钠对COD去除效果的影响和吸附机理。结果表明,在酸、碱改性过程中,用5%的硫酸改性的泥炭去除COD的效果最佳,改性泥炭用量为每10 g/100 mL,吸附时间为60 min,pH为10的试验条件下,COD的去除率为68.5%以上,磷酸较硫酸次之,去除率为55%左右,而盐酸和硝酸较差分别为45%和38%,氢氧化钠为40%左右。并对其吸附机理进行了研究,其吸附等温线符合Freundlich型。通过扫描电镜观察泥炭表面的结构,硫酸改性后的泥炭表面结构比较粗糙,比表面积最大,与实验结果相吻合。用原子吸收法对泥炭处理前后的水样进行比较,表明泥炭对重金属也有很好的去除率。本研究为泥炭利用提供了可借鉴的思路。     

沸石负载介孔TiO_2的制备及其可见光催化性能研究

以人工沸石为载体,采用溶胶-凝胶法,制备出了沸石负载介孔改性TiO2光催化剂。以亚甲基蓝为目标污染物,研究了不同掺杂金属及介孔薄膜制备方法对纳米TiO2可见光催化性能的影响。用扫描电镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等手段研究了掺杂改性前后TiO2的变化。研究发现,N-Fe掺杂可使催化剂的光吸收谱带红移。当掺杂Fe的比为0.2%,焙烧温度为500℃时制备的TiO2效果最好,在可见光照射2 h后,亚甲基蓝的去除率可达90%。研究表明经十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂修饰后的TiO2催化效果有明显提高,通过将经过萃取去除模板剂的共掺TiO2和直接高温焙烧的TiO2对比后发现,前者比后者降解亚甲基蓝的效果要好,原因在于,高温直接焙烧去除模板剂很容易使模板剂形成的骨架塌陷,减小了比表面积,从而影响了其光催化性能。     

铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

活性炭的表面性质对CeOx/AC催化臭氧氧化水中苯甲酸的影响机制

实验对活性炭(activated carbon,AC)进行了氧改性、氮改性、硫改性和氮-硫共改性,考查AC的表面性质对CeO_x/AC催化臭氧氧化苯甲酸性能的影响.结果表明,相比氧改性活性炭ACO、硫改性活性炭ACS和氮改性活性炭ACN,氮-硫共改性活性炭ACNS由于含氮官能团和含硫官能团的引入,提高了对苯甲酸的吸附性能和催化臭氧氧化性能.采用氮-硫共改性活性炭为载体制备的CeO_x/ACNS催化剂表面Ce~(3+)含量最高,因而具有最高的催化活性,反应30 min,苯甲酸的去除率由单独臭氧氧化的22%提高到88%,TOC的去除率单独臭氧氧化的7%提高到55%.CeO_x/ACNS催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,苯甲酸的去除率仅从88%降低到82%,整个过程中活性组分Ce的流失只占负载量的0.32%,是一种很有应用潜力的臭氧氧化催化剂.     

改性褐煤对喷漆废水中有机物的吸附

研究了改性褐煤对喷漆废水中有机物的吸附热力学及动力学行为,考察了pH、时间、温度、投加量对吸附性能的影响。结果表明:废水初始ρ(COD)为324 mg/L时,最佳吸附条件为p H为4,吸附时间为60 min,体系温度为10℃,改性褐煤投加量为10 g/L时,COD去除率可达85. 0%以上,平衡吸附量为27. 8 mg/g。吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型,以物理吸附为主,化学吸附为辅。吸附可在常温下自发进行,是一个放热、熵减的过程。吸附动力学研究表明,吸附过程符合准二级动力学模型,吸附速率受化学反应控制。结论表明,改性褐煤可应用于喷漆线有机废水的深度处理工艺。     

改性生物质电厂灰钝化修复南方镉污染土壤及其长效性研究

选取我国南方生物质发电厂的灰渣为原料,经物理和化学改性制成重金属钝化剂,针对我国南方重金属Cd污染的土壤开展钝化修复研究.底灰中Cd等重金属含量明显低于其对应的飞灰,这是选择底灰作原料的重要原因.用其制备的BFA型钝化剂在水中对Cd的吸附量可达16mg/g以上.室内盆栽试验中,添加土壤干重1%的钝化剂,第一季稻米Cd含量降低80%以上,从超标2.8倍降至达标;第二季小麦籽粒Cd降低70%,从超标0.9倍降至达标.在我国南方Cd重度污染的农田中开展的原位修复试验表明,添加1%的钝化剂,稻米和小麦籽粒中Cd降低70%~90%,其中稻米Cd持续降低,2017年降低率相较2016年继续提升10%~20%,最终从超标20倍降至达标;Ni降低60%以上,且保留有益的Cu、Zn元素不受明显影响;此BFA型钝化剂还能促进作物生长,第一季稻米产量提高40%~60%,第二季仍有一定的增长效果.综合安全性考虑,我国南方生物质电厂的灰渣重金属含量很低,经过改性加工可制成安全高效的重金属钝化剂.可为钝化修复我国南方重金属污染农田提供一种经济有效的方法,也为现阶段难以处置的灰渣提供一个重要的利用途径.     

硅烷化赤泥的制备及其对水中铅离子吸附性能分析

采用浓盐酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)依次对赤泥进行处理、改性,制备出1种去除率高、吸附量大、吸附效果好的重金属离子吸附剂。通过SEM、XRD、BET、元素分析、FTIR、热重分析等手段对其进行表征,并探究溶液p H、吸附剂投加量以及吸附温度等条件对水溶液中Pb2+吸附效果的影响。结果表明:经浓盐酸酸浸和有机改性后,拜耳法赤泥比表面积显著增大且氨基成功嫁接到赤泥表面。硅烷化赤泥对铅的吸附时间在80 min达到平衡,其最佳吸附p H为6,最佳吸附剂投加量为2 g/L,对应的饱和吸附量为361 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,热力学数据说明该吸附是吸热、自发的过程。同时经XPS光谱分析证实,吸附机理主要是硅烷化赤泥表面嫁接氨基,氨基上的氮原子存在孤对电子,可通过与Pb2+的螯合作用而有效去除Pb2+。     

纳米Fe掺杂MIL-101(Cr)及其吸附放射性碘研究

目的改进并提高MIL-101(Cr)吸附气态碘单质的性能,以期用于核事故放射性碘富集吸收。方法通过水热法制备MIL-101(Cr)材料,并利用纳米Fe掺杂改性,运用SEM、XRD等对掺杂前后的材料进行表征。将材料在75℃条件下对气态碘单质进行吸附,并比较不同Fe掺杂量下材料对气态碘吸附性能的差异。结果纳米Fe成功掺杂于基体材料MIL-101中,并对基体材料晶体结构无破坏作用。吸附性能研究表明,掺杂纳米Fe质量分数为1%的Fe@MIL-101吸附性能最优,对气态碘的饱和吸附量可达3.42 g(I2)/g(MIL-101)。结论纳米Fe掺杂改性的MIL-101材料在高温条件下对气态碘单质具有良好的吸附效果,有望应用于核反应堆事故中对放射性碘的富集或捕集。     

颗粒冲蚀对注射法制备C/C-ZrC-SiC复合材料 抗烧蚀性能的影响研究

目的采用ZrC和SiC复相陶瓷对C/C复合材料进行改性,研究改性后的复合材料受到颗粒冲蚀破坏的烧蚀行为。方法采用注射法将ZrC和SiC复相陶瓷前驱体引入到等温化学气相渗透法(ICVI)制备的低密度C/C复合材料中,再通过高温热处理、ICVI的方法制备出ZrC和SiC复相陶瓷改性的C/C(C/C-ZrC-SiC)复合材料,随后对制备的复合材料进行高速颗粒冲击实验破坏,并对破坏后的试样进行氧乙炔火焰烧蚀,研究其烧蚀行为。结果改性后的复合材料线冲蚀率和质量冲蚀率分别为253.1μm/s和79.8 mg/s,相较于同孔隙率的C/C复合材料分别降低了49.2%和61%。颗粒冲蚀破坏后C/C-ZrC-SiC复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.26μm/s和1.44 mg/s,相比于同孔隙率的C/C复合材料,分别降低了37%和39%。结论由于引入的ZrC和SiC陶瓷相的硬度大于碳基体,C/C-ZrC-SiC复合材料在受到高速颗粒的冲击时,能通过硬质陶瓷相起到抗冲击作用,使得改性后的复合材料抗冲蚀性能大幅度提高。受到颗粒冲蚀破坏后的C/C-ZrC-SiC复合材料内部仍存在超高温陶瓷相,烧蚀过程中能够形成ZrO2骨架结构和SiO2球形颗粒,进而有效保护碳纤维和热解碳基体。     

S掺杂无定形TiO2的制备及可见光催化活性

以硫脲为硫源,采用溶胶-凝胶法和低温煅烧法制备S掺杂二氧化钛(S-TiO_2),用XRD、TEM、XPS、FTIR和UV-vis DRS等方法对其进行表征,以水溶液中甲基橙(MO)为目标污染物,评价了其在可见光(λ400 nm)下的催化性能。结果表明,300℃条件下制备的S-TiO_2为无定型态,呈不规则表面粗糙的类片状结构;S-TiO~(4+)_2中Ti以Ti~(4+)和Ti~(3+)存在,S分别以S~(6+)和S的氧化态存在并取代TiO_2晶格中部分Ti,形成Ti-O-S结构,缩小了TiO_2的带隙,增强了其在可见光下的光催化活性。S掺杂量对催化活性有一定的影响,S掺杂量为3%的无定形S-TiO_2(300)催化剂对甲基橙有较好的催化降解效果,光生空穴在降解有机物中起重要作用。