APTES改性介孔硅的制备及对重金属离子的吸附性能研究

以介孔二氧化硅为原材料,将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性接枝到介孔硅表面,对改性介孔二氧化硅进行表征分析。介孔硅具有较高的比表面积,而APTES中的氨基具吸附重金属功能,使得氨基改性介孔硅吸附重金属离子的功能更强。探讨了介孔硅对重金属的吸附性能,考察氨基功能化介孔硅吸附剂对重金属镉离子(Cd~(2+))、铅离子(Pb~(2+))、铜离子(Cu~(2+))的选择吸附作用。实验结果表明,吸附时间8h以上,介孔硅和改性介孔硅对Cd~(2+)的吸附量分别为0.14、0.15mg/g,对Pb~(2+)的吸附量分别为0.14、0.15mg/g,对Cu~(2+)的吸附量分别为0.13、0.15mg/g;在温度为25℃,震荡时间为24h的条件下,改性介孔硅对Pb~(2+)吸附性能最好,吸附量为0.13mg/g,其次是Cu~(2+)为0.02mg/g,最后是Cd~(2+)为0.01mg/g,说明在3种金属的混合溶液中,改性介孔硅对Pb~(2+)有良好选择吸附性。     

MBR与NF联用净化微污染水源水研究

对纳滤膜在不同产水率条件下的净水性能和膜通量衰减过程,以及纳滤膜在产水率90％条件下的运行特性进行了分析.采用MBR作为预处理与纳滤膜联用,考察联用工艺对水中氨氮和有机物的去除效果,以及MBR膜和纳滤膜的污染情况.结果表明,相比于额定工况,纳滤膜在90％产水率条件下运行,对有机物的去除率和脱盐率分别降低4％和3.5％,仍具有优越的净水性能;膜通量衰减速度增加17％.研究同时表明,降低纳滤膜进水中有机物的浓度能够有效缓解纳滤膜的污染过程,使纳滤膜能够在90％产水率条件下保持较高的通量.MBR与纳滤膜联用对氨氮和TOC表现出良好的去除效果,在进水浓度为1.5 mg/L、3.5 mg/L时,出水分别降低到0.4 mg/L、0.2 mg/L.MBR通过去除水中的颗粒物和有机物,有效地缓解了纳滤膜的污染过程,在60天的运行中纳滤膜通量仅下降24.7％,但MBR膜TMP增长较快,试验中共进行了6次膜清洗.     

不同纳滤膜对苯酚的截留效果及其影响因素研究

以浓度<1 g/L的苯酚水溶液来模拟低浓度含酚废水,采用Alfa Laval Nakskov A/S错流式平板膜装置Lab Unit M20,比较了NF90、NF97、NF99、NF99HF 4种商业纳滤膜对苯酚的截留效果,结果表明:相同操作条件下NF97性能最好,25℃,3.0 MPa时对苯酚的截留率为79%.研究中亦考查了膜面流速(0.39～0.96 m/s)、温度(20～40℃)、压力(0.5～3.0MPa)、pH(3～11)、模拟废水的苯酚浓度(0.01～1 g/L)、盐浓度(1～3 g/L)对苯酚截留率的影响.结果表明:温度升高,苯酚截留率下降;压力增大可提高对苯酚的截留率,压力达到3.0MPa后,苯酚截留率随压力的变化已趋于平缓;pH值对纳滤膜截留能力的影响显著,在pH11时,NF90、NF97、NF99、NF99HF对苯酚的截留率分别为90%、97%、82%、75%;膜面流速对4种纳滤膜苯酚截留率的影响较小.对于低浓度含酚废水,可以考虑利用纳滤膜浓缩后,再用传统的萃取工艺处理,以实现低浓度含酚废水的综合利用,酚类物质有效回收,减小环境负荷.常温,膜面流速0.6 m/s,压力3.0 MPa,可以作为NF97纳滤膜浓缩低浓度含酚废水的参考工艺条件.     

聚醚砜纳滤膜对水中硒酸钠的去除研究

以聚醚砜(PES)为原料,采用相转化法制得PES纳滤膜,考察PES纳滤膜对硒酸钠的分离性能,并测定膜的水接触角、表面电动电位(Zeta电位)。结果表明,PES纳滤膜的水接触角为54.8°,Zeta电位为-64.8mV;在PES纳滤膜厚度为150m,致孔剂为PVP K30,溶剂挥发时间为5s条件下,对硒酸钠的截留率和通量分别达到79.6%和86.4kg/(m~2·h),具有较好的去除效果。     

DK型纳滤膜对水中微量邻苯二甲酸酯的吸附及截留特性

邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类典型的环境激素,对人体健康具有较大的危害。本文采用DK型纳滤膜去除水中微量邻苯二甲酸酯,分析了水中微量邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸正二丁酯(DNBP)和邻苯二甲酸异二丁酯(DIBP)等在DK型纳滤膜表面的吸附行为,考察了4种邻苯二甲酸酯的辛醇/水分配系数(logKow)和相对分子质量(Mw)对其在DK型纳滤膜表面的吸附和膜的截留特性的影响。结果表明Freundlich吸附方程能较好地描述4种邻苯二甲酸酯在DK型纳滤膜表面的动态吸附行为;DK型纳滤膜对水中微量邻苯二甲酸酯的截留特性表现为膜面吸附作用和膜孔筛分效应,吸附平衡后的截留机理取决于膜孔的筛分效应,DK型纳滤膜对DMP、DEP、DNBP、DIBP的截留率分别为55%、78%、96%和96.8%(0.5 MPa,30℃,DMP、DEP、DNBP、DIBP浓度均为300μg/L),表明DK型纳滤膜能高效去除水中的DNBP和DIBP。     

响应面法优化改性芦苇生物炭对Se(Ⅳ)吸附条件研究

采用响应面法优化不同改性芦苇生物炭对水中硒的吸附条件,用Box-Behnken Design实验设计考察初始硒质量浓度、反应时间、吸附剂添加量和pH值等因素对硒去除率的影响。实验结果表明,各因素对芦苇生物炭(PB)去除硒的影响大小顺序依次为初始硒质量浓度、添加量、反应时间、初始溶液pH值;各因素对柠檬酸改性芦苇生物炭(CA-PB)和壳聚糖改性芦苇生物炭(CTS-PB)去除硒的影响大小顺序依次为初始硒质量浓度、反应时间、添加量、初始溶液pH值。PB吸附水中硒的最佳反应条件为初始硒质量浓度500μg/L,PB添加量为4.69g/L,初始溶液pH值为2.81,反应时间为2.50h,此时对硒的去除率达95.46%。CA-PB吸附水中硒的最佳反应条件为初始硒质量浓度479.76μg/L,CA-PB添加量为4.84g/L,初始溶液pH值为2.74,反应时间为2.59h,此时对硒的去除率达99.70%。CTS-PB吸附水中硒的最佳反应条件为初始硒质量浓度500μg/L,CTS-PB添加量为4.94g/L,初始溶液pH值为3.0,反应时间为2.50h,此时对硒的去除率达99.83%。     

硅掺杂介孔TiO2材料的制备及可见光下降解甲基橙研究

采用溶胶-凝胶法合成了硅掺杂的介孔TiO2材料,用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、和N2吸附脱附等分析手段对产物结构和光学性能进行了表征.分别在紫外和可见光下对甲基橙进行了降解实验,结果表明:Si/TiO2介孔材料在紫外光和可见光下均有较高的催化活性,3%Si/TiO2为催化剂,初始pH=3,催化剂用量为2g/L的条件下,分别以紫外光和可见光为激发光源降解甲基橙,甲基橙在1.5h和4h内被完全降解.     

共价层层自组装纳滤膜的制备及性能研究

纳滤膜目前多采用界面聚合的方法制备.层层自组装是近年来发展的一种新型制膜方法,但层层自组装所制备的纳滤膜大多需要5个以上双层,制备过程繁琐,同时,以静电力结合的阴阳离子聚电解质在水中存在一定程度的解离和溶胀,结构不稳定.本文提出用静电组装与化学交联相结合的方法制备纳滤膜,增强膜的稳定性.以改性的聚丙烯腈(PAN)为基膜,以聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯亚胺(PEI)分别为阴阳离子聚电解质,以戊二醛(GA)为交联剂,制备了共价层层自组装纳滤膜(PEI/PAA/GA)n,研究了双层数、交联剂浓度、交联时间等因素对膜性能的影响.结果表明,当制备两个双层时,(PEI/PAA/GA)_2纳滤膜对2 000 mg/L Na_2SO_4溶液中的Na_2SO_4的截留率就能达到98.1%,水通量为12.6 L/(m~2·h·MPa);对2 000 mg/L NaCl溶液中的NaCl的截留率达到82.9%,水通量为16.8 L/(m~2·h·MPa).交联后的纳滤膜有良好的耐溶胀性和长期运行稳定性.     

改性介孔硅-ESO/聚丙烯三元体系复合材料增强增韧机制

以改性介孔硅为主要补强剂,聚丙烯(PP)为基体树脂,环氧大豆油(ESO)为增塑剂和稳定剂,通过熔融挤出注塑方法制备了改性介孔硅-ESO/PP体系复合材料。通过XRD、SEM、光学显微镜(OM)、偏光显微镜(PLM)及力学性能测试对介孔硅与ESO增强增韧PP的机制进行分析。结果表明:改性介孔硅、ESO二者同时填充PP制备改性介孔硅-ESO/PP复合材料时,三者界面以物理交联或化学接枝的结合方式形成了空间网状结构,改性介孔硅均匀分散在PP基体中;改性介孔硅添加量一定时,随ESO用量增加,改性介孔硅-ESO/PP复合材料弯曲强度稍微下降,但抗冲击强度、硬度都得到提高,当改性介孔硅用量为20%(与PP的质量比)、ESO用量为2.5%(与PP的质量比)时,综合性能较好。改性介孔硅本身的高模量及粒子在聚合物熔体中的异向成核促进了基体树脂结晶,以及良好的界面结合及分散性,这是增强的主要原因。ESO分子插入聚合物分子链间,削弱了聚合物分子链间的移动性,一定程度降低了基体结晶度等是增韧的主要原因。改性介孔硅使α晶型PP转变为具有更高冲击强度β晶型PP,与ESO二者协同作用,能增强增韧,但是过多的ESO使介孔硅粒子集中在材料的表面,导致其表面硬度增大。     

抗污染海藻酸钙水凝胶纳滤膜对水中重金属离子的去除性能

以海藻酸钠为单体,尿素为致孔剂,采用钙离子交联的方法制备海藻酸钙水凝胶纳滤膜,并研究该纳滤膜的表面形貌、亲水性、抗污染性以及对水中重金属离子的去除。结果表明,海藻酸钙纳滤膜具有优良的抗污染性能,水接触角在2s几乎降为0。牛血清白蛋白(BSA)的通量为纯水通量的97.7%,交替过滤纯水和BSA溶液3次后,通量恢复率仍能达到91.3%。0.1 MPa压力下运行120 min,海藻酸钙纳滤膜对20 mg/L Cd~(2+)溶液的通量为15.5 L/(m~2·h),Cd~(2+)去除率达到99.5%以上。纳滤膜对混合重金属离子的去除率从高到低依次为Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)。重金属离子的去除主要依靠吸附效应和离子交换来实现。     

改性介孔材料在水处理中的应用研究进展

概述了介孔材料的功能化方法,包括掺杂金属、引入无机物和接枝有机官能团等。重点介绍了材料改性后在水处理中的吸附与催化应用,包括吸附水中铜、铅、铬、砷等重金属离子,去除医药废水及水源水中的药物和内分泌干扰物以及胺类、酚类等有毒有害有机物,处理染料废水,催化降解水中挥发性有机物和工业废水中的多种染料分子等。最后展望了介孔材料未来的研究趋势与应用前景。     

纳米Cu-SiO_2复合粒子改性聚醚砜超滤膜的制备及分离性能研究

将纳米Cu负载至介孔二氧化硅(mSiO_2)表面制得mSiO_2-Cu抗菌材料,利用相转化法制备出聚醚砜(PES)/mSiO_2-Cu抗污染复合膜,研究了mSiO_2-Cu含量对PES超滤膜结构、抗污染及分离性能的影响。结果表明,当mSiO_2-Cu质量分数为2%时,PES/mSiO_2-Cu复合膜的纯水通量可达185L/(m2·h),是PES基膜的1.9倍,该复合膜对蛋白具有良好的抗污染性能。将PES/mSiO_2-Cu复合膜应用于河水处理,结果表明PES/mSiO_2-Cu复合膜具有良好的总有机碳去除率和稳定性。     

气相分子吸收光谱法测定水体中氨氮的应用及相关研究

气相分子吸收光谱法作为测定水体中氨氮的一种仪器检测方法,具有快速、准确等优点。经典蒸馏-中和滴定法和纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮,测定结果容易受到pH值、有机还原性物质的干扰。本文使用气相分子吸收光谱法测定水中氨氮,分别考察了pH值、COD浓度及NaOH试剂等因素对实验结果的影响。结果表明,pH值大于1的样品可以直接分析,无需调节pH值;样品中COD浓度在0~200mg/L范围内,水体中有机还原性物质对分析无影响,测定结果良好;NaOH试剂保存期在3个月内,测定空白值低。同时使用本方法做氨氮工作曲线,相关性r=0.9997,线性范围可以达到3mg/L,优于两种经典方法。     

氮掺杂改性TiO_2多孔薄膜光催化降解4-硝基苯酚

本文采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂TiO_2光催化剂,并对N掺杂TiO_2进行了改性,分别以P25、N掺杂TiO_2、改性的N掺杂TiO_2为原料,通过逐步研磨、旋转涂膜以及高温煅烧制得三种多孔薄膜,并对其进行了表征。场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察结果显示,煅烧后薄膜呈现显著的多孔结构。以4-硝基苯酚(4-NP)溶液为目标污染物,研究紫外光下TiO_2多孔薄膜的光催化性能,确定最佳降解条件,并研究了薄膜耐用性以及三种薄膜对4-NP的光催化性能的比较。结果表明,三种多孔薄膜中,改性N掺杂TiO_2多孔薄膜光催化性能最佳,10mg/L的4-NP溶液吸附30min,在pH=2条件下180min,降解率达到了90%以上,改性N掺杂TiO_2多孔薄膜单次降解180min,循环使用4次的降解率仍接近80%,显示了薄膜具有较好的可耐用性。     

硫掺杂二氧化钛负载硅藻土复合光催化剂光降解苯酚的研究

以硅藻土为载体,采用溶胶-凝胶-低温烧结法制备了硫掺杂二氧化钛负载型微孔-介孔结构复合光催化剂.物相分析表明TiO2-xSx样品为纯的锐钛矿相,TiO2包覆在硅藻土载体表面形成了复合结构.紫外-可见漫反射谱图显示S掺杂后的TiO2-xSx(350℃)样品吸收带边发生了明显的红移,负载型复合光催化剂显示出比TiO2-xSx样品更强的可见光吸收性能.当复合光催化剂中硅藻土的负载量为30%(质量分数)、硫的掺杂量为0.03%(摩尔分数)时,以氙灯为辐照光源,光催化苯酚溶液的降解率最高.在pH=5.83、催化剂用量为2g/L、初始质量浓度为10mg/L的条件下,苯酚在光照2h后降解率达到85%.催化剂重复使用4次后,苯酚的降解率仍在80%以上.     

荷正电聚四氟乙烯复合纳滤膜的制备及表征

以聚四氟乙烯(PTFE)平板膜为基膜,对其进行亲水改性后,以支化聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)为主要单体,通过界面聚合制备了荷正电聚四氟乙烯复合纳滤膜。采用红外光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜和固体表面Zata电位分析仪研究了复合纳滤膜的表面化学结构、微观形貌和荷电特性,结果表明,在亲水PTFE基膜表面形成了致密的多层结构,复合纳滤膜在pH为中性的条件下呈现荷正电。通过优化制备条件,复合纳滤膜对MgCl_2溶液的截留率达到95.7%,水通量为13.47 L/(m~2·h)(测试液浓度1000 mg/L,操作压力0.4 MPa)。此外,测试复合纳滤膜对不同盐溶液的截留率大小顺序为MgCl_2(95.7%)MgSO_4(90.7%)Na_2SO_4(77.5%)NaCl(58.1%),对聚乙二醇(PEG)的截留相对分子质量为402。研究表明制备的复合纳滤膜在硬水软化领域具有潜在的应用价值。     

固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2-Fe_2O_3光催化降解含酚废水

采用固体超强酸SO42-/TiO2-Fe2O3为光催化剂,苯酚的光催化降解为模型反应,考察了pH值、苯酚初始浓度、催化剂投加量、光照距离、光照时间、助催化剂H2O2对光催化降解过程的影响。结果表明,苯酚初始浓度为50mg/L,催化剂投加量5g/L,光照距离11cm,光照时间为150min,降解率达61.29%,添加助催化剂H2O2后,反应60min,苯酚降解率达到85.12%。     

PSS／PAH聚电解质复合纳滤膜制备及其性能研究

采用LbL法在多孔PES基膜上制备了PSS／PAH聚电解质复合纳滤膜，利用SEM研究了复合膜的表面形貌，使用ATR-IR研究了复合膜在PES基膜上的生长规律，并研究了双层膜层数和组装时间对其离子截留性能的影响．研究表明，所制复合纳滤膜对不同的盐溶液的离子截留性能差异显著．如[PSS／PAH]5膜对1000mg／L的MgSO4溶液的截留率可达90％，但对1000mg／L的NaCl溶液的截留率仅为33％，故可应用于水溶液中一、二价离子的分离。     

基于油菜花粉模板制备Fe基复合材料及其催化特性

以油菜花粉为生物模板，采用共沉淀-焙烧法制备了Fe基复合材料活化过硫酸盐降解苯酚。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析仪(BET)对Fe基复合材料进行表征分析。以苯酚为目标污染物，考察了催化剂投加量、过硫酸盐投加量、初始pH和苯酚浓度对苯酚降解效果的影响。结果表明，Fe基复合材料活化过硫酸盐降解苯酚性能优良。在最佳反应条件(25℃,苯酚初始浓度为200 mg/L,催化剂投加量为3 g/L,过硫酸盐投加量为8.4 mmol/L)下，反应60 min苯酚的降解率可达91%。Fe基复合材料可通过磁性分离，易于回收，在较宽pH范围内均可活化过硫酸盐降解苯酚，重复使用三次后，苯酚的降解率仍可达81%,稳定性良好。Fe基复合材料通过Fe²⁺及花粉模板残留的C及其官能团共同活化过硫酸盐产生SO₄·^-和HO·降解苯酚。     

介孔硅藻改性沥青机制与改性沥青性能

以介孔硅藻为改性剂改性制备了不同掺量的介孔硅改性沥青,通过IR、SEM、OM对其改性过程及其改性机制进行了微观分析,并根据IR、SEM以及沥青四组分的分析结果绘制出改性过程模型图,利用TG及针入度、软化点、延度等测试方法对不同掺量介孔硅改性沥青与原质沥青的相关性能进行了比较。结果表明:介孔硅改性沥青的过程没有明显的化学变化,主要为介孔硅物理吸附沥青的过程,介孔硅由于多孔、比表面积大的特性更易吸收沥青中流动性强、分子量小的溶剂组分(饱和组分及芳香组分)到其内部孔隙和周围,它们在温度降低时冷凝硬化与介孔硅相互固定形成均匀稳定的整体,这是介孔硅改性沥青高温性能提高的主要原因;介孔硅藻的掺量与改性沥青性能并不呈正相关,改性沥青的温度敏感性和低温性能会随着掺量的增加而变差,介孔硅质量分数为13%时,介孔硅改性沥青的综合性能相对较好。