正交法设计Fe、N共掺杂TiO2/Ti液膜可见光光催化处理染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了Fe、N共掺杂TiO_2膜电极(Fe,N-TiO_2/Ti),并设计三因素五水平正交试验对电极制备条件进行优化.结果表明,各因素影响主次顺序为:煅烧温度Fe掺杂量N掺杂量;最优制备条件为:煅烧温度550℃,Fe掺杂量0.3%(质量分数),N掺杂量0.3%(质量分数);共掺杂电极光催化活性优于单掺杂和未掺杂电极.紫外-可见漫反射和光电性能测试表明,催化剂有可见光响应;XRD表征结果表明,Fe、N共掺杂细化了晶粒,有效抑制了金红石相的形成,其晶型为锐钛矿型,粒径为11.48 nm.利用Fe,N-TiO_2/Ti与Cu阴极组装成斜置双极液膜反应器,可见光激发光催化降解苋菜红,考察了主要影响因素.结果发现,最佳条件为:初始pH 2.50,废水流量5.1 L·h~(-1),在此条件下处理20mg·L~(-1)苋菜红80 min,脱色率达到91.6%.电极重复使用10次,每次60 min,脱色率下降了12.99%,说明电极稳定性较好.     

双氰胺甲醛型改性脱色絮凝剂的合成、表征及脱色性能

为提高双氰胺甲醛型脱色絮凝剂的脱色性能,以尿素、三聚氰胺为交联剂,以双氰胺、甲醛为原料制备了改性脱色絮凝剂,并用其处理模拟染料废水.研究了不同染料的初始浓度、p H值、投加量、无机盐以及与聚合氯化铝(PAC)复配使用等条件对脱色率的影响.实验结果证明改性的脱色剂具有较好的脱色性能.相同投加量条件下,未改性脱色剂的最大脱色率为89.7%,而改性脱色剂的脱色率能达到94.6%.红外光谱图表明染料分子和脱色剂发生了相互作用.单因素试验研究表明单独使用改性脱色剂时,最佳投加量为120 mg·L~(-1),单独使用PAC时,最佳投加量为60 mg·L~(-1).正交试验法确定了最优适用条件为:改性脱色剂加入量70 mg·L~(-1),聚铝加入量为50 mg·L~(-1),改性脱色剂和PAC的复配使污水处理成本下降约20%.脱色剂的改性和改性脱色剂与PAC的复配显著提高了脱色剂的耐盐性.     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

硬脂酸和硅烷偶联剂KH570对氧化钙疏水改性研究

为开发事故情况下高浓度毒性有机物污染土壤快速固化/稳定化材料,本文以氧化钙(Ca O)为基材,硬脂酸和硅烷偶联剂KH570为两种改性剂,采用湿法工艺对Ca O粉体进行表面疏水改性,探讨不同工艺条件对改性效果的影响,并对改性后Ca O的形态和结构进行表征.结果表明,硬脂酸改性氧化钙的最佳工艺条件为:硬脂酸添加质量分数5%,改性温度30℃,改性时间30 min;KH570改性Ca O的最佳工艺条件为:KH570添加量0.02 m L·g-1Ca O,改性时间40 min.改性后Ca O的接触角均大于90°.傅里叶红外和扫描电镜分析表明,两种改性剂均以化学吸附的方式包覆在Ca O表面,达到了表面疏水改性的目的.     

生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用

生物炭是由植物或动物废弃生物质在完全或部分缺氧条件经裂解炭化产生的一类高度芳香化、抗分解能力极强的碳质固体物质,是一种富含碳元素的有机连续体。生物炭比表面积大、疏松多孔,含有羟基、羧基、羰基等活性官能团,对多种重金属离子具有吸附固定作用,可以用来去除或削减水体中的有毒有害重金属。此外,利用酸、碱、石墨烯等物质对其进行修饰或改性,可提高对重金属的吸附能力。根据当前研究现状,综述了不同生物炭对水溶液中重金属离子的去除作用,并比较了一些生物炭改性前后与重金属的作用效果差异,同时归纳了生物炭与重金属的相互作用机理及其影响因素。在此基础上,展望了生物炭在去除水体环境中有毒有害重金属的研究方向,以期望生物炭得到更好应用。     

植物法改性类Fenton反应催化剂降解甲基橙

采用银杏叶和桑叶提取液制备了改性类Fenton反应催化剂并进行了表征分析,研究了溶液初始p H、反应温度、催化剂加入量、甲基橙初始质量浓度等因素对甲基橙降解率的影响,同时考察了催化剂的重复使用效果。表征结果表明:制备出的催化剂为Fe_2O_3和Fe OOH的混合物;桑叶改性催化剂的粒径分布较银杏叶改性催化剂均匀,粒径较小,比表面积较大。实验结果表明:在初始p H为6.23、反应温度60℃、催化剂用量1 g/L、甲基橙初始质量浓度100 mg/L的条件下,银杏叶改性催化剂的甲基橙降解率为99.40%,桑叶改性催化剂的甲基橙降解率为99.96%;碱性条件下,甲基橙降解率仍接近100%,扩宽了反应的p H适用范围,为碱性条件下处理偶氮染料提供了新思路;催化剂重复使用6次之后,甲基橙降解率仍可达到99%。根据反应前后溶液的紫外-可见吸收光谱,初步探讨了降解机理。     

赤泥制备环境修复材料的研究

在实验室条件下,对赤泥改性进行了研究,采用了7种改性工艺,研究结果显示3号赤泥制备吸附剂效果显著。制备工艺为赤泥600℃焙烧1 h+3 mol/L HCl酸浸3 h,滤渣用碳酸钠扩孔处理,经过改性后赤泥比表面积由原来的144.7 m2/g提高到532.8 m2/g。此外还采用扫描电镜对处理样品表面进行了表征分析。     

纳米TiO2-x (BN)x材料制备及其光催化性能研究

首次使用常温络合-控制水解法,以TiCl_4、氨水、尿素、硼酸、有机羧酸为主要原料,制备了硼氮共掺杂的纳米TiO_2光触媒乳液。样品的粒径、晶型、元素类型、光吸收能力及结合键能分别通过纳米激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、X射线光电子谱仪(XPS)等进行表征。结果表明:当B和N离子的掺杂物质的量分数为0.1%时,溶液中粒径最小,达到3.4 nm;掺杂少量B和N离子并不会改变TiO_2的晶型;测量值与实际投料值一致;在TiO_2中加入适量B和N离子,会使其光谱吸收范围红移;掺杂的B和N离子进入了TiO_2晶格,分别形成了O—Ti—N键和B—N键。以酸性红3R染料为降解材料,研究了硼氮共掺杂纳米TiO_2光触媒的催化特性。结果表明,当物质的量分数为0.1%、回流时间为10 min、溶液p H=3时,光催化性能最好,原因可能是10 min的回流时间使光触媒复合乳液达到稳定,溶液p H=3时,光触媒表面吸附的染料分子数与表面的羟基数达到了平衡。动力学研究表明酸性红3R染料的降解符合一级反应动力学。试验结果与表征结果一致。     

净水厂应对水源地突发苯胺污染处理能力研究

通过对粉末活性炭(PAC)的改性研究提高净水厂对苯胺突发污染的应急能力。以松花江水源地为实验用水,以苯胺污染为研究对象,采用PAC吸附工艺对净水厂应对苯胺突发污染的能力进行了系统研究。结果表明,由于原水中NOM存在的竞争吸附作用,当苯胺超标5倍时,需要PAC投加量130 mg/L才能使出水达标,但对出水浊度产生不利影响;经KOH改性的PAC,在不影响出水浊度的投加量为80 mg/L时就能处理超标5倍的苯胺。     

改性聚乙烯醇吸附镍离子的动力学与热力学研究

研究了自制改性聚乙烯醇对Ni~(2+)的吸附行为,在不同的吸附条件下,探讨相关因素的影响,并对实验数据进行动力学与热力学的拟合。结果表明,室温下,在溶液p H=6.0,NaNO_3的浓度为0.1 mol/L,吸附时间为60 min,液固比为250 m L/g,改性聚乙烯醇对浓度为0.1 mol/L Ni2+的吸附效果好,去除率达到98.05%;当干扰因子设定为0.1 mol/L的Ca(NO_3)_2,对Ni2+的去除率降到59.29%。改性聚乙烯醇对Ni2+的吸附动力学符合准二级动力学方程;Langmuir等温模型的拟合度较高,推测改性聚乙烯醇表面是均一的等质体,计算的最大吸附量为1.35 mmol/g,与实验结果一致;D-R等温模型的拟合度次之,在各温度下,E16 k J/mol,说明改性聚乙烯醇对Ni2+的吸附是以化学吸附为主。通过Van’t Hoff方程的拟合,计算得到的吉布斯自由能以及熵变和焓变表明该吸附过程为吸热化学反应。