脉冲电絮凝-膜分离反应器的膜污染控制机制

为了改进直流电絮凝膜分离反应器(electrocoagulation-membrane cathode reactor, ECMCR)在实际应用中存在极板钝化、能耗高等不足,本研究开发了脉冲电絮凝膜分离反应器(pulsed electrocoagulation-membrane cathode reactor,PECMCR),并分析了其中的膜污染控制机制。研究发现ECMCR对腐殖酸(humic acid, HA)的去除率最高可达85.23%,相比之下相同产铝量和能耗下脉冲电絮凝膜分离反应器对HA的最佳去除效率可达到90%以上,且跨膜压差分别降低了36%和20%。PECMCR相较于ECMCR具有更好的HA去除效果和膜污染缓解效果,这可能是因为在脉冲电场的作用下,金属阳离子在溶液中加速扩散,减少或消除了金属阳极的钝化现象,从而有效提高HA的去除效率。而且HA与膜阴极之间的静电斥力降低了HA污染物在膜上的粘附,有助于进一步缓解膜污染。另外,脉冲电絮凝可以缓解电极钝化,有助于进一步节省能耗。此研究结果为PECMCR应用于水处理过程中膜污染控制提供了新的解决方案。     

新农药环境化学行为研究──除草剂绿草定（Triclopyr）在土壤－水环境中的吸附和光解

研究土壤、腐殖酸、粘土矿对绿草定的吸附及溶液中的光降解的结果表明：吸附强弱与土壤理化特性密切相关,Freundlich常数Kf与（3·OM%＋Clay％）pH3有较好的相关性（r＝0.997）;腐殖酸较粘土矿的吸附容量大;绿草定在土壤中的吸附可能有离子键、氢键、配位键及偶极－偶极作用等。太阳光中小于330nm波长的光对降解有效,波长254nm的光对绿草定的降解作用是波长300nm光的3.5倍。     

活性炭负载TiO2光催化剂的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/活性炭(TiO2/AC)复合光催化剂,并考察载体粒度、浸渍时间、煅烧温度对其光催化降解腐殖酸性能的影响,确定了最佳条件.利用XRD(X射线衍射)、氮吸附等手段对复合催化剂的物理特性进行了表征;探讨了催化剂投加量、重复使用次数等因素对光催化降解腐殖酸反应的影响.结果表明:试验制备的TiO2/AC复合催化剂具有大的比表面积,纳米TiO2晶粒为锐钛矿型且尺寸较小;催化剂投加量为2 g/L、反应3 h,可去除腐殖酸溶液的UV254值96%,具有比简单悬浮体系更高的光催化性能.     

垃圾渗滤液中腐殖酸的回收利用

该发明提供了一种垃圾渗滤液中腐殖酸回收利用的综合治理方法。将垃圾渗滤液粗滤、去除杂质后用酸调节pH至1．0～5．5;然后按垃圾渗滤液体积的0．01％～0．06％加入絮凝剂,快速搅拌均匀并沉降20～80min;经沉淀、分离后得到腐殖酸,其上层清液用吸附剂吸附过滤后pH为6～8;处理后的上层清液回灌人垃圾填埋场或经高级氧化技术处理达标后排放。     

腐殖酸负载对萘和1-萘酚在生物炭上吸附动力学的影响

进入环境的生物炭对有机污染物的吸附过程受到普遍共存的溶解性有机质的影响.本研究将两种腐殖酸组分负载在以玉米秸秆为原料、不同炭化温度下(200、400、600℃)制得的生物炭上,考察极性和非极性有机污染物萘和1-萘酚在原始和腐殖酸负载生物炭上的吸附动力学,分别应用拟一级、拟二级和双室一级3种动力学模型对实验数据进行拟合.结果表明,拟二级和双室一级动力学模型均能较好地描述动力学吸附过程.腐殖酸负载对生物炭上萘和1-萘酚的吸附动力学有显著影响,使得平衡吸附量(Q_e)下降,而表观吸附速率提高.致密的芳香碳组分和纳米级孔隙主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附单元起作用,腐殖酸负载降低了生物炭的芳香化程度和孔隙度,慢吸附对总吸附的贡献(f_(slow))降低.生物炭内部有机碳的致密性降低,使得萘和1-萘酚分子容易扩散进入生物炭颗粒内部,加之表面积和孔隙度减少,缩短吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数(k_(slow))均提高.负载腐殖酸后,两种化合物的快吸附速率常数(k_(fast))的变化却不同.腐殖酸负载向生物炭表面引入含氧极性官能团,阻碍萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘的k_(fast)下降;而由于1-萘酚是极性有机物,除了疏水作用,其结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面相互作用,其k_(fast)反而升高.     

溶液环境对纳米Fe_2O_3/水界面NOM吸附过程中疏水效应的影响

以腐殖酸和纳米Fe2O3为对象,着重研究了腐殖酸分子在纳米Fe2O3表面的吸附过程中的疏水效应,借助红外光谱和热重等分析方法研究了腐殖酸吸附前后的疏水性随溶液环境变化的规律。结果表明,当离子强度为0、0.005、0.01和0.05 mol/kg,pH从7变到12时,纳米Fe2O3吸附溶解性腐殖酸分子后形成的复合体的热失重量随着pH的升高先减小后增大。当pH从7升高到10时,亲水性降低,疏水性增强;当pH从10升高到12时,亲水性增强,疏水性降低。当离子强度为0.001 mol/kg,pH从7变到12时,复合体的热失重量随着pH的升高而减小,亲水性降低,疏水性增强。当pH为定值,离子强度变化时,纳米Fe2O3吸附溶解性腐殖酸分子后形成的复合体的热失重量随着离子强度的增加不断变化,曲线呈现出波动趋势,亲、疏水性在交替变化。红外光谱分析结果说明,对纳米Fe2O3吸附溶解性腐殖酸分子后形成的复合体的亲疏水性起主要影响的官能团可能是亲水性的羟基—OH、羰基CO和疏水性的CH2烷烃。     

交联腐殖酸CHA对水体中铅的吸附性能

通过环氧氯丙烷交联及多胺改性的方法,制备得到新型交联腐殖酸CHA。利用FTIR对其结构进行了表征,并重点考察了吸附温度等不同因素对CHA吸附水体中铅离子性能的影响。结果表明,交联腐殖酸CHA对水体中铅离子具有优异的吸附性能,平衡吸附容量可达到219.3 mg/g,远高于常规高温焙烧方法制得腐殖酸的吸附性能。CHA的吸附性能随反应温度、溶液pH的升高而增大,其吸附过程符合Langmuir吸附方程。     

不同来源溶解态腐殖酸与Cu2+作用的荧光特性

利用三维荧光等高线图以及其所确定的荧光峰荧光强度随溶液化学条件的变化,研究不同来源溶解态腐殖酸与Cu²⁺作用的荧光特性。研究结果表明：溶解态天然腐殖酸中主要存在二类发射荧光的有机物官能团能与Cu²⁺发生络合作用。位于激发波长和发射波长分别为271～281 nm和335～351 nm的荧光峰1所代表的有机物官能团是与Cu²⁺发生络合配位的主要点位;pH值为4～6时,其络合受pH值影响较显著;而受溶液离子强度影响较小。位于激发波长和发射波长分别为223～246 nm和335～371 nm的荧光峰2所代表的有机物官能团与Cu²⁺的络合作用受溶液pH值影响较小,受溶液离子强度影响较显著。溶解态商品腐殖酸荧光峰1′所代表的有机物官能团与Cu²⁺的络合作用荧光特性,与天然腐殖酸荧光峰1所代表的有机物官能团和Cu²⁺络合作用荧光特性相似,在pH值为3～7时,其络合受pH值影响较显著。     

水环境中腐殖酸的荷电特性与聚集特性

通过腐殖酸的Zeta电位和粒径的变化规律研究,探讨化学条件对腐殖酸的荷电状态和聚集状态的影响。结果表明,腐殖酸具有自我凝聚的特性;在pH较低和溶液离子强度较高时,腐殖酸胶粒的Zeta电位绝对值减小而聚合度增大,从而使腐殖酸胶粒聚集而凝聚;随腐殖酸浓度增大,腐殖酸胶粒的Zeta电位绝对值增大,腐殖酸胶粒的缩聚程度降低而使粒径减小。     

高聚聚硫氯化铝混凝去除水中腐殖酸

采用快速加碱法制备了分别以Al13和Al30为主要水解形态的聚合氯化铝PAC-Al13和高聚聚合氯化铝PACAl30。通过向PAC-Al30中引入SO2-4/Al3+摩尔比为0.06的SO2-4离子,制得高聚聚硫氯化铝SPAC-Al30。激光散射粒径分析以及Ferron逐时络合比色结果表明,加入SO2-4后SPAC-Al30的平均粒径增大为4.85 nm,高聚合水解形态Alc含量分别比PAC-Al13和PAC-Al30提高52.7%和17.5%。ζ电位分析以及烧杯混凝实验结果表明,SPAC-Al30的电中和能力不及PACAl30和PAC-Al13,混凝去除水中腐殖酸的效果却有显著提高,且由于SPAC-Al30较为温和的电中和性能,在混凝剂投量较高时不易出现再稳现象。SPAC-Al30的纳米级分子尺寸和高聚合水解形态有利于其发挥更优的吸附架桥和网捕卷扫作用,SPAC-Al30是去除水中腐殖酸的一种新型高效混凝剂。