改性生物炭对Pb2+和Cd2+吸附性能及机理研究

分别通过磷酸、氢氧化钾、铁及微波对小麦秸秆生物炭进行改性,探究改性生物炭投加量、溶液初始pH及重金属离子浓度对重金属Pb²⁺及Cd²⁺的吸附影响及改性生物炭对重金属的吸附机理。结果表明,磷酸及氢氧化钾改性使生物炭表面坍塌且孔隙结构连通,铁改性使比表面积降低,微波改性使生物炭产生少量孔隙。磷酸改性促进—OH及■的生成,氢氧化钾及铁改性促进—OH的生成,微波改性对生物炭基团的影响较小。改性方法的优异性依次为磷酸改性、铁改性、氢氧化钾改性及微波改性,改性生物炭添加量的增加能够增强对于重金属的吸附,溶液pH为弱碱性时对于Pb²⁺的吸附效果最佳,Cd²⁺的吸附效果随着溶液pH增加而增大,Langmuir等温吸附方程能较好反映改性生物炭对于Pb²⁺及Cd²⁺的吸附。     

生物炭吸附溶液中Pb2+的定性及定量研究

由木质纤维素类生物质经过热解制得的生物炭能够高效地吸附污水中的重金属离子,将其作为Pb²⁺吸附剂,具有广阔的应用前景。本文以松木与大豆秸秆为原料,分别在400、600、800℃下制备了生物炭,考察了其理化特性与吸附性能之间的关系,并对各吸附机制的相对贡献进行了定性及定量分析。研究结果表明：大豆秸秆生物炭的吸附性能(最大吸附容量分别为209.35、180.62和226.64 mg·g^-1)远优于松木生物炭的(4.62、12.02和23.47 mg·g^-1)。6种生物炭对Pb²⁺的吸附过程都符合Langmuir模型和拟二级动力学模型,以化学吸附为主,受物理微观结构的影响较小。阳离子交换在生物炭吸附Pb²⁺过程中占据重要作用,其中Ca²⁺的交换能力最强。Pb²⁺在生物炭表面的矿物沉淀主要为水白铅矿和碳酸铅。矿物质沉淀(贡献占比21.9%～76.8%)和阳离子交换(18.1%～72.5%)是大豆秸秆炭和松木炭对Pb²⁺的...     

菜籽秆预处理废液再生木质素对镉铅离子的吸附性能

采用有机酸法处理菜籽秆并从预处理废液中再生酸不溶性木质素固体,之后对模拟废液中的镉、铅离子进行吸附实验。探讨了木质素再生策略、结晶度、比表面积与基团组成对重金属离子吸附效果的影响。实验结果表明:该类再生木质素能有效地吸附模拟废液中的Cd²⁺、Pb²⁺离子,其功能基团组成是影响吸附效果的关键因素。此外,两种木质素吸附剂吸附Cd²⁺离子的能力均强于吸附Pb²⁺离子的能力。     

一种膨润土的表征及其对重金属离子吸附研究

以原矿膨润土为原料，对其结构进行表征和分析。然后从单因素条件分析膨润土对Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺的吸附效果。结果表明：在相同条件下，膨润土加入量为0.30 g、温度为25℃时，Cu²⁺初始浓度为200 mg/L,溶液pH值为5.0,其最大吸附率为99.92%;Cd²⁺初始浓度为150 mg/L,溶液pH值为6.0,其最大吸附率为99.84%;Pb²⁺初始浓度为50 mg/L,溶液pH值为3.5,其最大吸附率为99.12%。竞争吸附中膨润土对Cd²⁺吸附效果最佳。此研究对处理含重金属离子的废水具有较好的潜在价值。     

层迭灵芝子实体及其制备炭吸附Cd2+的研究

以大型真菌层迭灵芝（Ganoderma lobatum）子实体及制备炭作为吸附材料用于吸附Cd²⁺,研究了吸附剂用量、初始pH值、反应时间、初始Cd²⁺质量浓度对吸附的影响。结果表明,当Cd²⁺质量浓度为10 mg/L时,层迭灵芝子实体及制备炭吸附Cd²⁺的最佳条件为吸附剂用量0.2 g,pH值为7,吸附时间为480 min,在此条件下Cd²⁺最大去除率分别为94.50%和92.75%。子实体对Cd²⁺的吸附速率显著高于制备炭,但子实体和制备炭吸附Cd²⁺的吸附能力之间无显著差异。采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型研究子实体和制备炭吸附Cd²⁺的过程,子实体对Cd²⁺的吸附过程符合Freundlich模型,而制备炭更符合Langmuir模型。吸附动力学研究表明子实体和制备炭对Cd²⁺的吸附过程均符合准二级动力学模型。     

木屑生物炭的制备及其对Pb2+的吸附特性研究

以松木（SM）和楠木（NM）木屑为原料，分别在300、450、600℃下制备了6种木屑生物炭，通过扫描电镜、孔径与比表面积分析仪、傅里叶红外光谱仪和热重分析仪对生物炭的理化性质进行了表征，并探讨了金属离子（Na⁺、K⁺、Ca²⁺）和pH值对生物炭吸附Pb²⁺的影响，同时研究了其吸附动力学。研究结果表明：在相同制备条件下，随着热解温度升高，生物炭的比表面积和孔容积增大，其最可几孔径呈下降趋势，楠木生物炭的比表面积（23.2~311.4 m²/g）均大于松木生物炭（17.6~210.6 m²/g）；FT-IR分析表明，热解温度的升高使生物炭芳香化程度增强，有助于生物炭与Pb²⁺形成稳定的结构。楠木生物炭对Pb²⁺吸附量（46.92~77.12 mg/g）高于松木生物炭（34.90~62.79 mg/g）；溶液中的Na⁺和K⁺不利于生物炭对Pb²⁺的吸附，Ca²⁺有利于Pb²⁺的去除。生物炭对Pb²⁺的吸附均符合准二级动力学方程，颗粒内扩散模型分析表明吸附受多种因素共同影响。     

黄腐酸基Cd2+离子印迹聚合物的吸附性能测试

以改性黄腐酸为功能单体,反相悬浮聚合法制备了Cd²⁺离子印迹聚合物,并研究其吸附性能。动力学模型表明,黄腐酸基Cd²⁺离子印迹聚合物对Cd²⁺的吸附符合准二级动力学吸附模型,相关系数达到0.9977;热力学研究发现,黄腐酸基Cd²⁺离子印迹聚合物吸附重金属离子的形式为单分子层表面吸附,与Langmuir等温吸附模型相符;竞争吸附实验显示,竞争离子Pb²⁺、Cr³⁺存在时,Cd²⁺/Pb²⁺、Cd²⁺/Cr³⁺的相对选择性系数分别为4.32、13.47,说明MFA-IIP对模板离子拥有较强的选择识别性能,竞争离子化合价不同,选择识别性更加显著。     

废弃稀土基除磷吸附剂Mev-WP/P用于去除水中Pb(Ⅱ)的研究

磁化蛭石负载稀土(La、Ce)复合材料循环利用除磷后的废弃物，经再生所得产物Mev-WP/P用于去除水中的Pb²⁺。结果表明，Mev-WP/P所含大量的-PO₄基团是除Pb²⁺的主要原因。静电吸引以及-PO₄与Pb²⁺生成络合物是去除Pb²⁺的主要机理。Mev-WP/P吸附Pb²⁺为吸热的单分子化学吸附过程，并在30 min内完成快速吸附。在pH 1～6内，随pH增加吸附容量显著增加，当pH为6,25℃时，吸附容量最高可达48.76 mg/g。水中共存阳离子Na⁺、K⁺对吸附无明显影响，而Ca²⁺、Mg²⁺有显著的竞争吸附作用，在实际应用中可加大廉价的Mev-WP/P剂量而克服。应用于选矿废水除铅的验证实验表明，Mev-WP/P投加剂量为1 g/L,30 min内可将起始浓度为0.867 mg/L的Pb²⁺全部去除。研究为具有...     

木醋液改性羟基磷灰石对溶液中Cd2+的吸附特性

水体中存在Cd²⁺会危害人体健康,Cd²⁺污染的去除是一个需要解决的问题。以羟基磷灰石(HAP)和低成本的木醋液(WV)为原料,通过水浴搅拌制备了木醋液改性羟基磷灰石(WV-HAP),并将其应用于去除溶液中Cd²⁺的研究。利用XRD、FT-IR、SEM、BET对WV-HAP进行了表征,通过吸附试验探究溶液初始pH、初始离子浓度、接触时间和温度对WV-HAP对Cd²⁺吸附特性的影响。结果表明:在吸附剂添加量2 g/L、温度298 K、Cd²⁺初始浓度100 mg/L、pH=5、吸附时间4 h时,WV-HAP的平衡吸附容量为46.43 mg/g;WV-HAP对Cd²⁺的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型;热力学研究表明吸附过程是吸热的;通过对吸附Cd²⁺前后的WV-HAP进行表征,发现吸附机制主要是表面吸附、孔道吸附和离子交换。WV-HAP表现出优于HAP的对溶液中Cd²⁺的吸附能力,是一种潜在的Cd²⁺吸附材料。     

腐殖酸与重金属在黄土中的吸附规律研究

以黄土、腐殖酸和重金属离子为研究对象,基于吸附实验,研究了黄土对腐殖酸及Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺4种重金属离子的吸附规律。结果表明,黄土对各污染物的去除率随着固液比增大、溶液pH增大、初始浓度减小、吸附时间的延长明显增大,而且对不同污染物吸附效果的影响也不同;但黄土对重金属离子的吸附量一直保持为Pb²⁺>Cu²⁺>Cd²⁺>Zn²⁺。     

Single and competitive adsorption affinity of heavy metals toward peanut shell-derived biochar and its mechanisms in aqueous systems

Converting peanut shells into biochar by pyrolysis was considered an environmentally friendly and efficient method for agricultural solid waste disposal. The properties of peanut shell-derived biochar (PBC) under different temperature and its adsorption capacity of heavy metals were investigated. It was found that PBC400 exhibited the highest cumulative capability for heavy metals elimination in single solute because of its high specific surface area and rich functional groups. Furthermore, the competitive adsorption revealed that PBC had a substantial difference in adsorption affinity from diverse heavy metal ions, sorption capacity decreased as Pb²⁺ > Cu²⁺ > Cd²⁺ > Ni²⁺ > Zn²⁺, which was lower than in a single solute. The adsorption process using selected biochar was optimized with respect to pH, reaction time, adsorbent dose, and initial concentration of heavy metals. The kinetic data was well fitted with PSO model, and the Langmuir model was adopted for adsorption equilibrium data in both cases of single solutes and mixed solutes for all heavy metals, which indicated that the removal course was primarily explained by monolayer adsorption, and chemical adsorption occupied an important role. Therefore, peanut shells derived biochar could be a potential and green adsorbent for wastewater treatment.     

Removal of lead and cadmium ions by single and binary systems using phytogenic magnetic nanoparticles functionalized by 3-marcaptopropanic acid

The present research study is focused on green fabrication of superparamagnetic Phytogenic Magnetic Nanoparticles(PMNPs), and then its surface functionalization with 3-Mercaptopropionic acid(3-MPA). The resulting material(i.e. 3-MPA@PMNPs) characterized by FTIR, powder XRD, SEM, TEM, EDX, VSM, BET and TGA techniques and then further employed for the investigation of the adsorptive removal of lead(Pb~(2+)) and cadmium(Cd~(2+)) ions from aqueous solutions in single and binary systems. The material showed fastest adsorptive rate(98.23%) for Pb~(2+) and(96.5%) Cd~(2+)within the contact time of 60 min at pH 6.5 in the single system. The experimental data were fitted well to Langmuir isotherm, indicated monolayer adsorption of both metal ions onto 3-MPA@PMNPs and an estimated comparable adsorptive capacity of 68.41 mg·g~(-1)(Pb~(2+)) and 79.8 mg·g~(-1)(Cd~(2+)) at p H 6.5. However, kinetic data agreed well with pseudo-second-order model, and indicated that the removal mainly supported chemisorption and/or ion-exchange mechanism. Thermodynamic parameters such asΔGo, ΔHo, and ΔSo, were-3259.20, 119.35 and 20.73 for Pb2+, and-1491.10, 45.441 and 7.87 for Cd~(2+) at temperature 298.15 K, confirmed that adsorption was endothermic, spontaneous and favorable. The material demonstrated higher selectivity of Pb~(2+) and its removal efficiency was(98.20 ± 0.3)% in binary system experiments. The material persisted performance up-to seven(07) consecutive treatment cycles without losing their stability and offered comparable fastest magnetic separation(35 s) from aqueous solutions. Therefore, it is recommended that the prepared material can be employed to remove toxic heavy metal ions from water/wastewaters and this "green" method can easily be implemented at large scale in low economy countries.     

聚丙烯酸钠包覆Fe3O4磁性交联聚合物的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能

采用溶液分散聚合和Ca²⁺表面交联制备了聚丙烯酸钠包覆Fe₃O₄的磁性交联聚合物（CPAANa@Fe₃O₄）,对其进行了XRD、FT-IR、SEM和TGA等表征。以CPAANa@Fe₃O₄为吸附剂研究了CPAANa@Fe₃O₄对水溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的静态吸附,考察了溶液pH、吸附剂投加量、金属离子初始浓度对吸附的影响。结果表明：CPAANa@Fe₃O₄在pH 2～6范围内均具有较好的吸附性能,当吸附剂投加量分别为1.0 g·L^-1和1.6 g·L^-1时对初始浓度分别为200 mg·L^-1的Pb²⁺和100 mg·L^-1的Cd²⁺的去除率达到最大,可使Pb²⁺实现达标排放（GB 8978-1996）;CPAANa@Fe₃O₄对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学符合准二级模型,吸附等温线符合Langmuir模型,对Pb²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为454.55 mg·g^-1和275.48 mg·g^-1。将CPAANa@Fe₃O₄用于处理实际电解矿浆废水,发现能有效吸附其中的Pb²⁺和Cd²⁺,具有潜在实用价值。     

粘质沙雷氏菌HB-4吸附重金属镉的机制

从重金属污染土壤中筛选出1株对Cd²⁺具有高耐受能力和高吸附容量的菌株HB-4,经16S rDNA序列分析鉴定为粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）。该菌株能在Cd²⁺浓度为300 mg·L^-1的条件下正常生长;对Cd²⁺的最大吸附量为（154.7±0.9（ mg·g^-1。考察了Cd²⁺初始浓度、pH、盐浓度以及共存离子对HB-4吸附Cd²⁺的影响,结果表明：pH=3.0~8.0时,对吸附效果无影响;NaCl含量为8.0%时,菌株对Cd²⁺的去除率仍可达到49.9%±0.1%;Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺与Cd²⁺共存时,几种重金属离子的去除率分别为98.7%±0.2%（Pb²⁺）、44.6%±0.6%（Zn²⁺）、52.7%±0.1%（Cu²⁺）和64.2%±0.3%（Cd²⁺）。解吸实验证明了HB-4对Cd²⁺极强的吸附能力,洗脱液pH=7.0时,解吸率小于2%。检测了细胞内外镉的分布情况,并利用SEM、XPS和FTIR对吸附机理进行了研究,推断HB-4对Cd²⁺的吸附机理为胞外吸附和胞内摄取。     

原料种类和热解温度对生物炭吸附Cd2+的影响

以稻秆（RS）、稻壳（RH）、木屑（SD）为原料，在小型流化床实验台上制备生物炭，分析了原料种类和热解温度（400℃、500℃、600℃）对生物炭理化性质及吸附Cd²⁺性能的影响规律，并定性和定量分析了吸附过程中的作用机制。实验结果表明：准二级动力学方程和Langmuir方程能够较好地描述生物炭样品对Cd²⁺的吸附过程。生物炭RS500的平衡吸附量达到30.19mg/g，远远高于生物炭SD500，其中无机矿物的离子交换和沉淀反应吸附贡献值为24.95mg/g，是主导吸附机制；而生物炭SD500吸附Cd²⁺过程中，无机矿物和π键的贡献百分比分别为49.70%和38.21%。随着热解温度的升高，生物炭吸附Cd²⁺过程中含氧官能团的络合反应不断削弱而Cd²⁺-π键作用不断增强；稻秆炭和稻壳炭中无机矿物的吸附贡献值则呈先上升后下降的趋势，并在500℃热解温度下达到最大值。生物炭样品吸附Cd²⁺的作用机制中，离子交换和沉淀反应占比最大，Cd²⁺-π键作用次之，络合反应最小。     

生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料的制备及对铅离子的吸附特性

以玉米秸秆为前体,在高温限氧条件下,将纳米羟基磷灰石（nano-HAP）负载于生物炭（BC）表面制备出了生物炭负载纳米羟基磷灰石（nHAP/BC）复合材料,并利用SEM、XRD和FTIR对其进行表征。批量吸附实验考察其对Pb²⁺的吸附特性,研究pH、投加量、吸附时间、初始浓度及吸附温度等因素对吸附的影响。通过吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学分析了吸附特性,通过解吸实验考察了解吸再生效应,并对吸附机制进行了探讨。结果表明：与BC相比,nHAP/BC复合材料具备更好的吸附效果,25℃时理论最大吸附量为383.75mg/g。nHAP/BC对Pb²⁺的吸附符合拟二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,表明nHAP/BC对Pb²⁺的吸附为单分子层化学吸附。热力学参数ΔG < 0、ΔH > 0,表明吸附是一个自发的吸热过程。nHAP/BC对Pb²⁺的吸附机制主要包括nano-HAP的溶解-沉淀作用以及生物炭表面-OH和-COOH等含氧官能团的络合作用。nHAP/BC具有良好的循环利用能力,是一种潜在的Pb²⁺高效吸附材料。