锆-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附特性

采用锆(Zr)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对活性炭进行联合改性,考察了所制备的Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附去除作用,并探讨了相关的吸附去除机制.结果表明,Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐均具备较好的吸附去除能力.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐的等温吸附过程,Langmuir和D-R等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中磷酸盐等温吸附过程,通过Langmuir模型计算得到吸附剂对硝酸盐和磷酸盐的最大单位吸附量分别为7.58 mg·g-1和10.9 mg·g-1.高的p H会抑制Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附.水中共存的Cl-、HCO-3和SO2-4等阴离子均会抑制Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐的吸附,且对吸附硝酸盐的抑制作用较强而对吸附磷酸盐的抑制作用较弱.水中共存的磷酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附硝酸盐的抑制作用较强,而水中共存的硝酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附磷酸盐的抑制作用较弱.1 mol·L-1Na Cl溶液可以使90%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的硝酸盐解吸下来.1 mol·L-1的Na OH溶液可以使78%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的磷酸盐解吸下来.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐的吸附机制主要包括阴离子交换作用和静电吸引作用,对磷酸盐的吸附机制主要包括配位体交换作用、阴离子交换作用和静电吸引作用.上述结果说明Zr-CTAC改性活性炭适合作为一种吸附剂去除废水中的硝酸盐和磷酸盐.     

氨化松香基交联聚合树脂对水中诺氟沙星的吸附性能

将松香基功能高分子进行胺基化得到氨化松香基交联聚合树脂(aminated rosin-based resin,ARBR),采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和比表面分析(BET)对ARBR进行了表征.利用ARBR树脂对水中诺氟沙星(NOR)吸附去除,系统研究了树脂投加量、pH值、接触时间、离子强度和温度等因素对NOR吸附性能的影响.结果表明,pH在2.0~6.0范围内,ABRA对NOR的去除效果随着溶液pH值的增加而升高,在8~10之间则呈现下降趋势;共存离子溶液的存在对ARBR去除NOR的行为总体上表现为促进作用.ARBR对水中诺氟沙星的吸附动力学过程符合准二级动力学模型.Langmuir等温吸附模型可较好地描述ARBR对水中NOR的吸附过程,理论最大吸附量为30.29 mg·g~(-1)(pH 6.0、20℃).吸附热力学分析表明,ARBR对水中诺氟沙星的吸附是自发吸热的过程,属于物理吸附,其吸附机制主要为氢键与静电作用.脱附再生实验发现,0.1 mol·L~(-1)HCl溶液效果明显优于其它脱附液,进一步确证了氢键在吸附中的主导作用;经过5次吸附-脱附循环后,对NOR仍具有稳定的吸附性能,可再生循环使用.对比了不同类型商品化树脂,ARBR具有较好的吸附效果.该研究结果拓展了松香高值化的应用研究领域,对开发松香在环境微污染控制中的应用具有理论指导意义.     

氧化镁基生物质炭高效去除水体中磷的特性

利用花生壳为前驱体,在高温限氧条件下,将氧化镁(MgO)负载于生物质炭(BC)表面制备出氧化镁基生物质炭(MgOBC)复合材料.系统研究了MgO-BC对水体中P的吸附特性,并探讨了溶液pH值、接触时间、竞争离子等因素对P的吸附效果的影响.结果表明,P的最佳吸附初始pH为7~9,过酸过碱的环境均不利于P的吸附;P的吸附过程可在540 min内达到平衡,且动力学曲线较好地符合伪一级和伪二级动力学模型,拟合系数可达97.3%和99.0%;当Cl~-、HCO_3~-、NO_3~-等共存离子的量浓度达到P的10倍时,MgO-BC对P仍具有较强的吸附能力;P的吸附过程较好地符合Langmuir等温模型,拟合系数达99%,理论最大吸附容量为138.07 mg·g~(-1),远高于其它未经改性或改性的生物质炭和几种典型P吸附剂的吸附容量.此外,吸附P后的复合材料可作为肥料施入土壤,可有效实现P的再利用.综上所述,该MgO-BC复合材料在净化实际P污染水体中有着广阔的应用前景.     

Ethanol mediated As(III) adsorption onto Zn-loaded pinecone biochar: Experimental investigation, modeling, and optimization using hybrid artificial neural network-genetic algorithm approach

Organic matters (OMs) and their oxidization products often influence the fate and transport of heavy metals in the subsurface aqueous systems through interaction with the mineral surfaces. This study investigates the ethanol (EtOH)-mediated As(III) adsorption onto Zn-loaded pinecone (PC) biochar through batch experiments conducted under Box–Behnken design. The effect of EtOH on As(III) adsorption mechanism was quantitatively elucidated by fitting the experimental data using artificial neural network and quadratic modeling approaches. The quadratic model could describe the limiting nature of EtOH and pH on As(III) adsorption, whereas neural network revealed the stronger influence of EtOH (64.5%) followed by pH (20.75%) and As(III) concentration (14.75%) on the adsorption phenomena. Besides, the interaction among process variables indicated that EtOH enhances As(III) adsorption over a pH range of 2 to 7, possibly due to facilitation of ligand–metal(Zn) binding complexation mechanism. Eventually, hybrid response surface model–genetic algorithm (RSM–GA) approach predicted a better optimal solution than RSM, i.e., the adsorptive removal of As(III) (10.47 μg/g) is facilitated at 30.22 mg C/L of EtOH with initial As(III) concentration of 196.77 μg/L at pH 5.8. The implication of this investigation might help in understanding the application of biochar for removal of various As(III) species in the presence of OM.     

Chemical composition and properties of ashes from combustion plants using Miscanthus as fuel

Miscanthus giganteus is one of the energy crops considered to show potential for a substantial contribution to sustainable energy production. In the literature there is little data available about the chemical composition of ashes from the combustion of Miscanthus and practically no data about their physical properties. However, for handling, treatment and utilization of the ashes this information is important. In this study ashes from two biomass combustion plants using Miscanthus as fuel were investigated. The density of the ashes was 2230 ± 35 kg/m~3, which was similar to the density of ashes from straw combustion. Also the bulk densities were close to those reported for straw ashes. The flowability of the ashes was a little worse than the flowability of ashes from wood combustion. The measured heavy metal concentrations were below the usual limits for utilization of the ashes as soil conditioner. The concentrations in the bottom ash were similar to those reported for ash from forest residue combustion plants. In comparison with cyclone fly ashes from forest residue combustion the measured heavy metal concentrations in the cyclone fly ash were considerably lower. Cl-, S and Zn were enriched in the cyclone fly ash which is also known for ashes from wood combustion. In comparison with literature data obtained from Miscanthus plant material the concentrations of K, Cl-and S were lower.This can be attributed to the fact that the finest fly ash is not collected by the cyclone de-dusting system of the Miscanthus combustion plants.     

不同锆负载量锆改性膨润土对水中磷酸盐吸附作用的对比

通过实验对比考察了不同锆负载量的锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附作用.结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散所控制.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温实验数据可以采用Langmuir、Freundlich、Sips和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型进行拟合.实验条件下,磷酸盐吸附性能随pH增加而降低.溶液共存的Na~+、K~+和Ca~(2+)促进了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附,并且Ca~(2+)的促进作用远远大于Na~+和K+,而溶液共存的HCO-3和SO2-4一定程度上抑制了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附.锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随着锆负载量的增加而增加,而锆改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附量则随着锆负载量的增加而降低.当ZrO_2负载量由3.61%增加到13.15%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量(以P计)显著地由3.83 mg·g~(-1)增加到9.03 mg·g~(-1),而继续增加ZrO_2负载量至19.63%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量则缓慢地提高到9.66 mg·g~(-1)(以P计).当ZrO_2负载量由3.61%逐渐增加到19.63%时,锆改性膨润土中单位质量ZrO_2的磷酸盐最大吸附量[m(P)/m(ZrO_2)]由106 mg·g~(-1)逐渐下降到49.2 mg·g~(-1).综合考虑吸附剂的经济成本和吸附容量,ZrO_2负载量为13.15%锆改性膨润土更为适合作为吸附剂去除水中磷酸盐.     

基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

污泥基生物炭对垃圾渗滤液的吸附性能研究

以城镇污水处理厂剩余污泥为原料制备生物炭,研究了其对垃圾渗滤液中污染物吸附性能,旨在探索市政污泥综合利用方法和"以废治废"的治理技术途径。结果表明:当生物炭投加量为20 g/L时,垃圾渗滤液的COD和TP去除效果最佳,去除率分别为36.76%和78.36%,NH_4~+-N去除率随生物炭投加量增加而增加;上述三者不同污染物去除的最佳反应接触时间分别为50 min、30 min和≥2 h;生物炭对重金属离子的吸附机理主要表现为离子交换作用。     

热活化镁砂的表征、吸附性能及其对含油废水的处理效果研究

通过对镁砂进行改性试图提高其吸附性能,并用于处理含油废水。对镁砂进行热活化处理,并对处理前后的镁砂进行了X射线衍射分析、TG-DSC热分析及扫描电镜分析。再将热活化后的镁砂用于处理模拟含油废水,考察了焙烧温度、吸附剂用量、pH、温度等因素对模拟含油废水中COD去除效果的影响。根据实验结果,确定镁砂的热活化温度为500℃,利用热活化后的镁砂吸附去除模拟含油废水中的COD,处理后出水COD浓度可满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。     

碳酸钙改性硅藻土处理电解锌漂洗废水实验研究

铅锌矿在我国储存量大,电解法生产锌过程中可产生含Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、As5+和Cu~(2+)等重金属离子的漂洗废水。以硅藻土精土为基体,用碳酸钙作为改性剂制备改性硅藻土,对电解锌漂洗废水进行吸附实验研究。结果表明:在反应时间为150 min,碳酸钙改性硅藻土用量为3 g/L,pH为5.46,温度为25℃条件下,对废水进行吸附实验,吸附后废水中的Cu~(2+)和As5+离子浓度低于仪器检测线(0.01 mg/L和0.09 mg/L),Pb~(2+)浓度为0.16 mg/L,吸附后废水中Cu~(2+)、As5+和Pb~(2+)离子浓度均满足GB 25466—2010《铅锌工业污染物排放标准》的排放要求。同时,采用SEM、FTIR、XRD等对碳酸钙改性硅藻土进行表征,进一步探讨了碳酸钙改性硅藻土对重金属的吸附机理。