响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.     

三聚氰胺化学改性浮萍吸附重金属钍（Ⅳ）研究

采用生物吸附法去除废水中Th(Ⅳ)离子,研究了水生浮萍化学改性后吸附Th(Ⅳ)的行为特性、吸附模型及吸附机理.以浮萍、三聚氰胺和甲醛为原料,通过接枝反应制得三聚氰胺改性浮萍(MELM),能更好的吸附钍离子.结果表明:常温常压下,pH为5.5,吸附剂MELM为0.03 g,Th(Ⅳ)初始浓度为80 mg·L~(-1),反应60 min时,最大吸附率为97.4%,对应吸附量为129.88 mg·g~(-1),吸附量比未经处理的浮萍(最优吸附条件下,吸附量为22.83 mg·g~(-1))吸附量要大.通过Langmuir、Freundlich、Temkin 3种等温吸附模型对数据进行拟合,Langmuir模型能更好的描述吸附剂MELM对Th(Ⅳ)的平衡吸附行为,同时吸附过程能很好的用准二级反应动力学来解释.此外,FTIR实验数据表明,吸附剂MELM表面上氨基、羟基和羰基是主要的作用基团.     

巯基硅烷改性多壁碳纳米管的合成及其对Cd2+的吸附性能研究

利用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)作硅烷偶联剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,制备巯基硅烷改性多壁碳纳米管(SHMWCNTs),并进行了SH-MWCNTs对Cd~(2+)的批量吸附实验.同时,利用扫描电镜(SEM)、X射线光子能量仪(EDS)、红外光谱(FT-IR)对SHMWCNTs进行表征,探究了溶液初始pH、吸附剂投加量、吸附时间、溶液初始Cd~(2+)浓度等因素对吸附效果的影响,分析了吸附动力学特征及吸附等温线特征,初步探讨了吸附机理.SEM、EDS与FT-IR图谱显示,MPTMS已成功接枝到MWCNTs表面,表明SH-MWCNTs制备成功.吸附时间为90 min,pH为4时的吸附效果最佳,吸附量随SH-MWCNTs投加量、Cd~(2+)浓度的增加而增大.吸附动力学和吸附等温线研究表明,SHMWCNTs对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级线性方程,吸附等温线符合Freundlich、Langmuir 2种模型,吸附以单分子层吸附为主,也存在层间扩散的多层吸附.     

锌铜胁迫对Bacillus vallismortis EPS组分变化特征及其吸附性能的影响

近年来,微生物胞外聚合物(EPS)在吸附重金属方面的潜能引起了人们的广泛关注,但关于重金属对微生物及其EPS特性的影响鲜有报道.Bacillus vallismortis对锌铜矿捕收剂苯胺黑药具有良好的降解能力.为了解重金属对菌株的胁迫影响,探讨二者之间的相互作用,研究了Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)胁迫对菌株EPS产量、组分变化特征及其吸附性能的影响.结果表明,在Zn(Ⅱ)胁迫下,菌株培养至稳定期产生的EPS最多,当Zn(Ⅱ)为12 mg·L~(-1)时EPS产量翻倍,达到100.84 mg·g~(-1)(以VSS计),Zn(Ⅱ)能刺激菌株产生更多富含—COOH和—OH的胞外多糖;菌株在Cu(Ⅱ)胁迫下需培养至对数期产生的EPS最多,在Cu(Ⅱ)为6 mg·L~(-1)情况下EPS产量最高为60.65 mg·g-1(以VSS计),Cu(Ⅱ)的胁迫作用提高了菌株EPS中富含N—H和C—N的蛋白质含量;吸附实验结果表明,2种金属能通过胁迫菌株产生特异性EPS,为金属离子提供大量适用性结合点位,显著提高对重金属的去除能力.研究结果对应用生物法处理同时含有重金属和有机物的复合型选矿废水具有一定的指导意义.     

生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺运行特性及蛋白质源污泥增量研究

为实现污水处理的深度脱氮除磷及蛋白质源污泥增量,进行了生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺处理城镇污水的试验研究.结果表明,生物吸附池可以快速富集进水中的大部分有机物,COD平均去除率为55.1%,剩余污泥采用厌氧发酵方式处理,用于生产优质碳源.通过组合工艺系统中的硝化、硫自养反硝化及铁屑除磷作用,出水氨氮、总氮和总磷分别达到1、5和0.4 mg·L~(-1)以下.优质碳源投加到MBR工艺段,碳源环境的改善使得污泥增长率从0.17 g VSS/g COD提高至0.49 g VSS/g COD,进水中总氮的同化比例从40%提高至59%.此外,污泥中蛋白质及氨基酸含量也显著增长,增长率分别为18.3%和19.7%.组合工艺在获得高排放标准水质的同时,实现了高蛋白质源污泥的增量,可为污泥资源化利用提供优质原料.     

选择性吸附法处理含表面活性剂和多环芳烃的土壤淋洗液研究

比较研究了H103树脂、活性炭、沸石、硅藻土和膨润土等5种吸附剂对土壤淋洗液中TX-100与PAHs的吸附性能.批实验结果表明,H103树脂、活性炭、沸石、硅藻土和膨润土吸附后,淋洗液中T-PAHs及TX-100浓度分别为0.03和0 mg·L~(-1)、0.16和3623 mg·L~(-1)、15.21和6175 mg·L~(-1)、15.98和6555 mg·L~(-1)、9.49和4332 mg·L~(-1),选择性吸附系数排序依次为活性炭膨润土沸石硅藻土H103树脂.其中,活性炭能够去除淋洗液中99%的PAHs,同时保留51.33%的TX-100回收再利用,选择吸附系数达到109.5.活性炭固定床实验中,由淋洗液溶质的穿透曲线计算出物质的吸附容量.当空隙体积为2.5-7PV时,活性炭能够去除淋洗液中72%的PAHs,同时保留81%的TX-100,平均选择吸附系数为10.08.由此可见,活性炭固定床可有效处理含表面活性剂土壤淋洗液中的多环芳烃,同时实现表面活性剂的回收再利用.     

水热法制备玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

以农业废弃物玉米叶和玉米秆为原材料,采用水热法制备生物炭,通过批试验方法考察了接触时间、污染物初始浓度、生物炭投加量、反应体系温度及溶液p H值等因素对2种生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附规律进行了探讨.吸附动力学拟合结果发现,准二级动力学能更好地拟合吸附过程(R~2=0.9986~0.9999);颗粒内扩散方程拟合结果表明,2种生物炭对亚甲基蓝的吸附由液膜扩散和颗粒内扩散2个过程控制.玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附可以通过Freundlich方程来进行拟合(R~2=0.9898),说明吸附在生物炭表面是多分子层吸附过程;而玉米杆基生物炭对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir方程(R~2=0.9825),说明吸附在生物炭表面是单分子层吸附过程.与玉米杆基生物炭相比,玉米叶基生物炭具有更好的吸附性能,拟合理论最大吸附量为玉米杆基生物炭的1.25倍.     

凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr（Ⅵ）吸附动力学和热力学的研究

以壳聚糖为生物质碳源,采用一步水热碳化法对凹凸棒石表面进行有机修饰,并采用扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、元素分析(EA)、X光电子能谱(XPS)、Zeta电势分析、热重分析(TGA)等对改性凹凸棒石进行表征分析.同时,通过静态吸附实验,研究了改性凹凸棒石对Cr(Ⅵ)吸附去除的性能,考察了温度对吸附性能的影响,探讨了吸附动力学和热力学规律.结果表明,改性凹凸棒石表面富含含氧基团和氨基等活性基团;对总铬的吸附行为符合准二级动力学方程;表观吸附活化能为13.4 k J·mol~(-1),表明既有静电吸附,也有配位吸附,且以静电吸附为主;对总铬的吸附等温线符合Langmuir方程.在温度为298、308、318和328 K时,最大吸附量分别为203.3、232.6、267.4和322.6 mg·g~(-1),说明改性凹凸棒石是一种新型环保高性能的除铬材料.在研究的温度范围内,ΔH~0为19.8 k J·mol~(-1),ΔG~0为-19.5~-23.7 k J·mol~(-1),ΔS~0为72.1~131.8 J·mol~(-1)·K~(-1),表明该吸附是一吸热的、自发的、熵增过程.     

膜污染层微生物与聚丙烯微滤膜间的界面作用及其吸附特征

采用热力学方法及界面吸附理论,对2株膜污染层微生物(Aeromonas veronii M4、Aeromonas caviae N25)与聚丙烯(PP)微滤膜间的界面作用及吸附特征进行研究.结果表明,Aeromonas veronii M4与PP膜表面均表现出明显的疏水性特征,而Aeromonas caviae N25则呈现亲水性特征,并且A.veronii M4的运动性能也要高于A.caviae N25;另外,2株细菌及PP膜的表面均带有负电荷,表现出明显的电子供体特征,而Lewis酸碱分量U_(mlb)~(AB)则在2株细菌与PP膜的界面作用能中占据着主导地位;依据XDLVO理论,A.caviae N25及A.veronii M4与PP膜之间的总界面作用能均为负值,表明二者在膜上的吸附是一个主动吸附过程,而A.veronii M4-PP膜之间的界面作用能负值最大,说明A.veronii M4具有较高的吸附能力;静态吸附结果则表明,A.veronii M4在PP膜上的吸附量要明显高于A.caviae N25,而2株菌在膜上的吸附行为可由准二级动力学模型进行描述.     

掺杂聚乙烯醇的壳聚糖小球对铜离子-腐殖酸的单一和连续吸附行为

以三聚磷酸钠作为离子交联剂,合成了一种掺杂聚乙烯醇的壳聚糖小球,采用SEM和FTIR表征了小球的表面性能及官能团分布情况,进一步研究了这种小球对腐殖酸和铜离子的单独吸附行为、连续吸附行为及两者共存状态下的吸附行为,并通过XPS能谱分析了吸附过程的机理.结果表明:在单独吸附过程中,壳聚糖小球与腐殖酸和铜的作用方式主要是通过静电引力和络合作用;在连续吸附过程中,先吸附了腐殖酸的小球,后续对铜离子的吸附效果变弱;而先吸附了铜离子的小球,后续对腐殖酸的吸附能力变强,说明这种小球在吸附过程中可以被连续使用.而在腐殖酸和铜离子共存的吸附实验中发现,壳聚糖小球除了会吸附溶液中的铜离子和腐殖酸外,还导致它们的聚集沉降.