Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from aqueous solution by raw and modified plant residue materials as biosorbents

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）, e.g., naphthalene, acenaphthene, phenanthrene and pyrene, from aqueous solution by raw and modified plant residues was investigated to develop low cost biosorbents for organic pollutant abatement. Bamboo wood, pine wood, pine needles and pine bark were selected as plant residues, and acid hydrolysis was used as an easily modification method. The raw and modified biosorbents were characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The sorption isotherms of PAHs to raw biosorbents were apparently linear, and were dominated by a partitioning process. In comparison, the isotherms of the hydrolyzed biosorbents displayed nonlinearity, which was controlled by partitioning and the specific interaction mechanism. The sorpfion kinetic curves of PAHs to the raw and modified plant residues fit well with the pseudo second-order kinetics model. The sorption rates were faster for the raw biosorbents than the corresponding hydrolyzed biosorbents, which was attributed to the latter having more condensed domains （i.e., exposed aromatic core）. By the consumption of the amorphous cellulose component under acid hydrolysis, the sorption capability of the hydrolyzed biosorbents was notably enhanced, i.e., 6-18 fold for phenanthrene, 6-8 fold for naphthalene and pyrene and 5-8 fold for acenaphthene. The sorpfion coefficients （Kd） were negatively correlated with the polarity index [（O＋N）/C], and positively correlated with the aromaticity of the biosorbents. For a given biosorbent, a positive linear correlation between logKoc and logKow for different PAHs was observed. Interestingly, the linear plots of logKoc-logKow were parallel for different biosorbents. These observations suggest that the raw and modified plant residues have great potential as biosorbents to remove PAHs from wastewater.     

改性活性碳纤维电芬顿降解苯酚废水性能研究

采用微波改性、硝酸改性、磷酸改性及氨水改性等方法改性活性碳纤维(ACF-0),依次标记为ACF-1、ACF-2、ACF-3和ACF-4.以改性前后的活性碳纤维为阴极,电芬顿催化处理苯酚模拟废水,考察不同的改性方法对H2O2生成量、COD去除率、苯酚去除率及其中间产物的影响.结果表明,微波改性活性碳纤维的吸附性能及电催化活性最优,相比未改性活性碳纤维,经微波或酸碱改性后的活性碳纤维反应体系中,H2O2生成量均有所增加.苯酚在各电芬顿催化体系中的去除率大小依次是:ACF-1>ACF-3>ACF-4>ACF-2>ACF-0;COD去除率大小依次是:ACF-1>ACF-4>ACF-3>ACF-2>ACF-0,说明微波及酸碱改性有利于提高活性碳纤维的催化性能.此外,苯酚降解中间产物的生成也会受到改性方法的影响.     

垂直流人工湿地LDHs覆膜改性沸石基质强化除磷效果及其机制

采用碱性水热-共沉淀法,将6种金属化合物(CaCl2、ZnCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、CoCl3)两两组合生成9种不同类型的层状双金属氢氧化物并覆膜于常用垂直流人工湿地沸石基质表面;利用分别填充原始沸石及9种LDHs覆膜改性沸石基质的模拟垂直流人工湿地小试系统进行除磷净化实验,并结合10种沸石基质的等温吸附实验结果,对LDHs覆膜改性沸石基质的强化除磷机制进行研究.结果表明,相对于原始沸石基质,9种不同组合方式生成的LDHs覆膜改性沸石基质除磷效果均有不同程度的提高;Zn2+参与合成的改性基质除磷效果优良,其中ZnFe-LDHs改性沸石基质对总磷、溶解性总磷及磷酸盐的平均去除率超过90%,其最大理论吸附量达到了原始沸石基质的3倍;LDHs覆膜改性沸石基质通过增加化学吸附容量、提高物理吸附能力达到强化除磷效果的目的.     

碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用氢氧化钠浸渍法改性净水污泥,研究了碱改性净水污泥对水中NH+4的去除性能.同时,考察了模拟废水pH、吸附剂投加量、NH+4初始浓度、吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响.结果表明,当pH为弱酸性或中性,投加碱改性净水污泥20 g·L-1时,在室温下对初始浓度为50 mg·L-1的NH+4模拟废水振荡吸附120 min,可达到氨氮排放二级标准.将实验数据分别用吸附等温模型和动力学模型进行拟合,发现净水污泥对NH+4的吸附符合Langmuir模型和二级动力学模型,且净水污泥对氨氮的吸附包括静电吸引和离子交换两种作用机理.     

TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附性能研究

利用纳米TiO_2对膨润土进行复合改性,制备TiO_2/膨润土复合材料.采用电镜扫描、X-射线衍射表征改性前后膨润土的结构和形貌.通过室内模拟实验,以膨润土为对照,研究不同添加量、pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等条件下,TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附特性与性能,同时通过正交试验,探究TiO_2/膨润土复合材料吸附Hg~(2+)的最优条件.结果表明,改性后的膨润土颗粒明显变小,且颗粒疏松多空孔,层间距增大.相比于膨润土,TiO_2/膨润土复合材料吸附性能得到极大提高.TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率均随着添加量、pH、吸附时间的增大而增大,添加量为1.5 g·L~(-1)、pH为7.0、吸附时间为120 min时,吸附率达98.0%以上.但TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率随着初始Hg~(2+)浓度的增大而减小.通过4种动力学模型拟合发现,吸附过程符合假二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.吸附等温线更符合Langmuir等温方程,属于典型的单分子层吸附,最大吸附量为20.66 mg·g-1.吸附Hg~(2+)的最优实验条件:添加量为2.0 g·L~(-1),pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为45 mg·L~(-1),吸附时间为16 h,此时吸附率99.9%,平衡浓度为0.034 mg·L~(-1).     

纸板碳化电极提高生物电化学系统产电效率微生物机理研究

采用Solexa高通量测序技术和蛋白定量方法,分析了碳化纤维素纸板制备的层状波纹碳(LCC)电极与石墨板(GP)电极在生物电化学系统运行过程形成的生物膜微生物群落结构和生物量差异.结果表明,LCC电极良好的生物电化学性能不仅取决于其良好的导电性能,还与其表面生物膜微生物群落结构有关;LCC电极表面生物膜微生物量高,且对产电微生物的富集效果好.LCC电极与GP电极表面生物膜分别得到16S rRNA基因V3区优化序列12643条和12837条,经97%相似度归并后获得的OTUs数量分别为2786和3130;α多样性分析显示,GP电极生物膜微生物多样性相对更丰富.Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes在两种电极生物膜中含量最为丰富,这3个门细菌序列数分别占总序列数的76%(LCC)和85%(GP).在属分类水平上,LCC电极生物膜由383个属的细菌构成,而GP电极生物膜则有456个属.深入分析电极生物膜微生物群落结构有助于进一步认识LCC电极提高生物电化学系统产电效率的机理.     

苯酚、菲在BS-12/DTAB复配修饰膨润土上吸附的差异

为了探究复配修饰膨润土吸附疏水性不同的污染物的差异,采用阳离子型表面修饰剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)对两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰膨润土进行复配修饰,采用批处理法研究复配修饰膨润土总修饰比例对苯酚和菲的等温吸附影响,并对比不同温度、pH值和离子强度条件下供试土样对苯酚和菲吸附量、热力学参数的差异.结果表明:随着总修饰比例的增大,复配修饰膨润土对苯酚及菲的吸附能力逐渐增强,0~50%CEC修饰比例下,菲的吸附率大于苯酚的吸附率,当修饰比例超出50%CEC后,苯酚的吸附率大于菲的吸附率,总修饰比例超出150%CEC后,膨润土对苯酚的吸附率变化趋于平缓,而对菲的吸附率开始呈下降趋势;随着土样总修饰比例的增大,温度对苯酚及菲吸附量的抑制效果降低;在KNO_3浓度为0.001~0.1 mol·L~(-1)时,苯酚及菲的吸附量均随着KNO_3浓度的增大而增大;随着pH值的升高,苯酚的吸附量逐渐增大,在pH=7处达到最大,而菲的吸附量则始终呈降低趋势.热力学参数显示,随着总修饰比例的增大,复配修饰土样对苯酚和菲的吸附自发性增强,混乱度增大,当总修饰比例超出150%CEC后,自发性减弱,混乱度下降.     

用造纸污泥制备改性木质素磺酸钠

以甲醛作改性剂,用造纸污泥制备改性木质素磺酸钠,通过正交实验考察了各种因素对改性木质素磺酸钠减水性能的影响。实验结果表明：木质素磺酸钠进行羟甲基化反应时,在10g粗品木质素中加入甲醛7mL、反应温度为45℃、反应液pH为10—11的最佳条件下,改性木质素磺酸钠的减水率为25．2％。经测试,改性木质素磺酸钠的各项性能指标均达到普通减水剂的国家标准要求。     

动态膜-生物反应器中新型预涂剂的抗污染特性研究

对动态膜技术中的预涂剂进行了拓展研究,通过聚乙烯醇(PVA)与戊二醛(GA)的乳化交联制备新型预涂剂——PVA微球,分析交联反应机理,并通过PVA微球对产生膜污染主要物质EPS的吸附实验分析其抗污染特性.结果表明,乳化交联过程中主要发生的是半缩醛反应,PVA胶团的羟基数量实质上没有大量减少,PVA微球仍然保持良好的亲水性能,而且其表面呈现的电负性能够对活性污泥絮体产生静电排斥作用, PVA微球对活性污泥中蛋白质和多糖的吸附率稳定且较低,分别为0 .543 mg·g^-1和0 .694 mg·g^-1,从微观上延缓了膜污染.预涂液中微球的粒径在1 .14 μm左右,其不同浓度的Zeta电位都小于-39 mV,具有良好的稳定性,能够快速稳定地沉积在多孔底膜的表面和孔道内壁上,试验中采用SEM分析了PVA微球及其在工业滤布内部纤维丝上形成动态膜的表观形貌.     

氟石膏废渣改性生产粉刷石膏研究

氟石膏是化工生产排出的废渣,主要物相组成为Ⅱ型无水石膏(CaSO4)。以氟石膏为原料,掺加激发剂进行改性,辅以适量保水剂、掺合料、引气剂等外加剂,磨细混匀后即得建筑抹灰用粉刷石膏。经测试,粉刷石膏的技术性能指标均符合国家行业标准要求。氟石膏废渣改性生产粉刷石膏既有利于环境保护,又能获得良好的经济效益,是其资源化利用的一条新途径。