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。     

Regression model,artificial intelligence,and cost estimation for phosphate adsorption using encapsulated nanoscale zero-valent iron

This study investigated the adsorption of PO₄^3? onto encapsulated nanoscale zero-valent iron (nZVI). At initial PO₄^3–: 10 mg · L^?1, the optimum condition was initial pH: 6.5, nZVI dosage: 20 g · L^?1, stirring-rate: 100 rpm, and time: 30 min, achieving PO₄^3? removal of 42%. The effect of pH and time on the PO₄^3? removal efficiency was quadratic-linear concave up, whereas the curve of nZVI dosage was quadratic-convex. Artificial neural network with a structure of 5?7?1 adequately predicted PO₄^3? removal (R²: 97.6%), and the sensitivity analysis demonstrated that pH was the most influential input. The cost of the adsorption unit was 3.15 $USD · m^?3.     

Novel design of microsphere adsorbent for efficient heavy metals adsorption

The fabrication of high-efficiency and low-cost adsorbent for the wastewater treatment is a challenging task. In this study, a hollow sphere adsorbent was synthesized from solid waste coal gangue through a facile spray drying method and subsequent calcination. The structure of the synthesized coal gangue microsphere (CM) have been characterized by multimethods including X-ray diffraction, scanning electron microscope, Fourier transform infrared, and others. The factors influencing the adsorption for Cu²⁺ and Pb²⁺ by CM were also investigated systemically; pH between 6 and 8 was found to be optimal for Cu²⁺ and Pb²⁺ adsorption. The isotherm and kinetic analysis reveal that the adsorption process could be well represented by Langmuir and pseudo–second-order model with a higher R² and low χ² value. According to Langmuir model, the maximum adsorption capacity was calculated to be 6.570 and 18.904 mg/g for Cu²⁺ and Pb²⁺ at 25°C, respectively. The adsorption mechanism was proposed to contain not only the surface reaction process, but also the diffusion process. Consequently, the economic and environmental benefits make CM a promising adsorbent in wastewater treatment.     

纳米零价铁对水溶液中钒离子的吸附性能

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),采用PXRD, SEM, TEM, BET(N2吸脱附)和XPS等表征材料性能,考察了纳米零价铁用量、初始钒(V)浓度和初始pH对纳米零价铁吸附钒(V)性能的影响,测定了纳米零价铁对钒(V)的吸附等温线和吸附动力学曲线. 结果表明,制备的纳米零价铁具有典型的核?壳结构,粒径为10~30 nm,BET比表面积为53 m2/g. 纳米零价铁对钒(V)的吸附容量随纳米零价铁用量和初始pH增大而减小. 25℃时的平衡吸附容量为227.8 mg/g. Langmuir等温线方程可很好拟合纳米零价铁对钒(V)的吸附,纳米零价铁对钒(V)的吸附动力学曲线符合准二级动力学模型.     

镁浸渍生物炭吸附氨氮和磷：制备优化和吸附机理

利用废弃的木薯杆制备了载镁的生物炭吸附剂。以氨氮、磷为目标污染物,采用控制变量法研究了不同镁盐改性、MgCl₂浓度、碳化温度、固液比和碳化时间对氨氮、磷吸附性能的影响,制备最具吸附性能的载镁木薯秆基生物炭（Mg-BC）,进行批量吸附氨氮和磷实验。利用等温模型（Langmuir和Freundlich模型）和动力学模型（准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型）探究其吸附特性,在其吸附特性研究的基础上,运用FTIR、XRD、SEM-EDS、XPS等表征手段对其吸附机理进行探讨。结果表明,Mg-BC对氨氮和磷的吸附过程均符合Freundlich模型和准二级动力学模型,为多分子层的化学吸附,理论饱和吸附量分别为43.48 mg·g^-1和96.00 mg·g^-1。结合表征结果推测,Mg-BC吸附氨氮、磷主要通过官能团作用、络合沉淀和离子交换等多过程协同完成。     

生物炭吸附重金属离子的研究进展

生物炭在过去的十几年里受到了广泛关注,由于其低成本、环境友好、可再生等优点,在环境管理方面具有良好的应用前景。本文介绍了生物炭的概念、应用和性质,重点综述了生物炭吸附重金属离子的研究进展,并探讨了目前面临的挑战和应用前景。生物炭是在缺氧或无氧条件下热化学转化生物质得到多孔富碳材料,主要用于土壤改良,可以提高作物产量、实现碳封存以及减少温室气体排放,并且在催化、能源和水处理等方面具有潜在的应用。生物炭制备方法包括热解、气化、水热炭化等,生物炭的性质受生物质原料、制备工艺和技术参数影响。重点介绍了生物炭吸附重金属离子的相关研究,包括生物炭吸附重金属离子的影响因素、吸附机理和改性生物炭的制备。通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和表征技术可以揭示表面络合、静电引力、表面沉淀和离子交换等吸附机理。生物炭吸附重金属离子的最新研究主要致力于通过改性提高生物炭的吸附性能,改性方法主要包括物理化学活化以及复合金属氧化物或化合物、功能有机物、纳米粒子等。生物炭吸附重金属离子面临一些问题和挑战,距离实际废水处理应用还有一定差距。     

污泥生物炭制备及其对磷的吸附性能研究

以污水污泥、粉煤灰为原料,以质量分数为30%的氯化锌溶液为活化剂,在不同温度下煅烧制备污泥生物炭,用于处理含磷废水。通过单因素静态吸附实验探讨了污泥生物炭对磷的去除效果,并探究了其吸附机理。结果表明：300 ℃制备的污泥生物炭具有较好的除磷效果;扫描电镜（SEM）、比表面分析仪、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）对原料和污泥生物炭表征结果显示,污泥生物炭煅烧前后的形貌及表面基团发生了显著改变,煅烧后样品的表面产生了较多微小空隙,比表面积增大,最高可达5.51 m²/g;在磷初始质量浓度为50 mg/L、吸附剂用量为16 g/L条件下,吸附在90 min达到平衡,磷的去除率高达93.73%;吸附过程符合准二级动力学方程及Freundlich等温吸附模型,最大饱和吸附量为9.615 mg/g;整个吸附过程ΔG⁰<0、ΔH⁰<0,是自发进行的放热过程;吸附过程除物理吸附外,同时涉及磷酸盐与吸附剂—OH或C—O共价键发生电子对配位作用,为物理-化学复合吸附;吸附剂第5次吸附为首次吸附量的85.74%,表现出较好的再生性能。     

高岭土高温吸附重金属和碱金属的研究进展

高岭土在高温下对碱金属和重金属具有吸附能力,可以解决煤、生物质和垃圾等在燃烧、气化等过程中产生的结渣、积灰、腐蚀以及重金属和超细颗粒物排放等问题。国内外学者已对此进行了长期研究,但仍存在相关的难度和问题,因此本文从高岭土高温结构特征、研究方法、高温吸附机理、高温吸附技术应用效果以及高岭土改性等5个方面介绍了相关重要成果,并结合前人研究成果和作者自身的研究经验,提出了本领域研究的展望。指出缺乏简便而准确的金属蒸气定量发生装置和在线检测装置严重阻碍了高岭土高温吸附的试验研究,亟待开发出对应的新方法或新设备;高岭土高温吸附的同时其结构因为高温也在发生畸变,掌握其中的关联是理解高温吸附行为的关键之一;烟气组分对吸附的影响研究仍不充分,因此目前无法形成复杂烟气组分下的高岭土高温吸附行为规律和数学描述;技术应用过程中,高岭土添加量较大（通常大于3%）,可能对燃烧或气化工艺产生不良影响,抑制了其工业应用;高岭土改性是提升吸附效率、降低高岭土用量的有效方法,改性工艺仍有待深入研究,但因为吸附后高岭土难以分离回收和循环再生,改性成本必须低。     

纳米零价铁的制备、改性及对废水中重金属和 有机污染物的去除

纳米零价铁（nZVI）结合了零价铁还原性强和纳米材料比表面积大的特点,能够高效去除水体中的重金属和有机污染物,是当前环境科学领域研究的热点之一。研究表明单一nZVI颗粒存在易团聚及表面易被氧化等问题,影响nZVI颗粒形态和对污染物去除效果,限制了其在环境修复中的应用。针对目前的研究现状,本文分析并总结了以下内容：①nZVI常用的制备方法;②提高nZVI活性与稳定性的改性方法,如合成时添加表面活性剂和负载材料;③nZVI去除废水中Cr、Cd、Cu和As等重金属和硝基苯、氯代芳烃、氯代脂肪烃等有机污染物的主要机理及影响因素;④应用于自然环境中的nZVI可能对环境产生的毒理学效应和在环境修复过程中存在的潜在风险及其评估;⑤对nZVI今后的研究重点和方向进行分析和展望。     

含氮大分子吸附剂的制备及其对Cd(II)的吸附

利用三聚氯氰的温度梯度反应活性,在较低温度下,用多乙烯多胺与三聚氯氰进行亲核取代反应,合成出一种以三嗪环为连接点的不溶含氮大分子颗粒吸附剂(N-MGA),并将其用于去除水体中的Cd(Ⅱ).通过元素分析、FTIR和SEM对N-MGA进行表征,同时对Cd(Ⅱ)的吸附进行吸附动力学、等温吸附模型拟合和吸附机理进行研究,考察了溶液pH对Cd(Ⅱ)吸附性能的影响、吸附剂的吸附-解吸再生循环性能及结构稳定性.结果表明,该吸附剂对Cd(Ⅱ)的吸附机理是利用吸附剂氨基上氮的孤对电子与Cd(Ⅱ)的配位络合作用进行吸附,且吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,最大吸附量可达539.1 mg/g,且对Cd(Ⅱ)的吸附较为容易,吸附能力较强;在Cd(Ⅱ)初始质量浓度为3636.5和70.0 mg/L时,对Cd(Ⅱ)的吸附率分别可达97.5％和99.9％,且10次吸附-解吸再生循环中吸附率维持在97.0％～98.2％,解吸率均在97.6％以上,吸附剂回收率均在92.0％以上.     

Effects of phosphorus-rich sawdust biochar sorption on heavy metals

ABSTRACT

The aim of this paper is to study the efficiency of typical heavy metals in electroplating sludge in terms of different phosphorus dosages (0.5 wt.%, 1 wt.% and 3 wt.%), initial pH (2, 3, 4, 5 and 6) and adsorption times (1, 3, 5, 7 and 12 h) of biochar. The heavy metal speciation was determined after adsorption to estimate the stability of ion-adsorption precipitation. Results show that phosphorus-modified biochar enhances the removal efficiency of heavy metals. Low mobility of heavy metal speciation was investigated. It is also shown that initial pH has a significant impact on the heavy metal speciation after adsorption.     

海藻酸镧颗粒除氟研究：吸附剂物性和吸附机理

Lanthanum alginate bead is a new, highly active adsorbent. In the present study, we investigated its ad- sorption performance and its adsorption mechanism. The adsorption isotherm for fluoride onto lanthanum alginate b ead fits the Langmuir model well, and the maximum adsorption capacity is 197.2 mg·g-1. X-ray diffraction shows the amorphous nature of lanthanum alginate bead, which allows for better accessibility to fluoride and thus better activity. Infrared spectra of lanthanum alginate bead before and after adsorption confirm its stable skeletal structure. Scanning electron microscopy shows that the dense surface structure of the adsorbent appear cracks after adsorption. T he adsorption mechanism of lanthanum alginate bead is considered as an ion exchange between F- and Cl- or OH-, as verified from the adsorbent and the solution by pH effect, energy dispersive X-ray, and ion chromatography.     

赤泥吸附重金属离子性能及其机理研究进展

赤泥（RM）是铝土矿提取氧化铝时排放的工业废渣,对其进行改性后可作为一种低成本吸附剂有效吸附废水中的重金属离子。本文从赤泥的性质和组成进行讨论,分析赤泥吸附重金属离子的优势,总结酸改性、焙烧改性和复合改性对赤泥结构及重金属吸附性能的影响。在此基础上,阐述了赤泥吸附重金属离子的机理,列举了吸附热力学及吸附动力学模型。指出赤泥作为一种大宗工业废弃物,用作吸附剂吸附废水中的重金属离子,具有成本低、来源广泛等优点,同时可达到以废治废的目的,具有良好的应用前景。     

磁性炭基吸附剂的制备及其吸附与再生性能研究

采用共沉淀法制备了磁性PAC。通过扫描电镜(SEM)、表面积测定(BET)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、磁滞回归线等对磁性PAC进行表征,并考察吸附剂投加量、溶液p H和温度对磁性PAC吸附草甘膦的影响,此外,研究了磁性PAC的再生性能。结果表明:磁性PAC的饱和磁化强度为26.52 emu/g;制备的磁性PAC对草甘膦的最佳吸附量为134.5 mg/g,为原PAC的两倍以上;采用微波联合Fenton试剂再生,磁性PAC再生3次后,对草甘膦的吸附能力依然与原土初次吸附效果相当。     

分子筛对重金属废水吸附性能的实验研究

为验证分子筛对重金属废水的处理效果,以实际含锰废水为研究对象,采用13X分子筛,通过实验研究了吸附材料用量、吸附时间、搅拌转速和溶液pH对Ca²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺吸附效果的影响。结果表明：吸附材料用量增加对Mn²⁺、Mg²⁺的吸附影响较大;随着吸附时间增长,各金属离子去除率增加;适当的转速有利于金属离子的吸附,但各金属离子对应的最佳转速各不相同;pH提高,能够促进分子筛对金属离子的吸附。13X分子筛对金属离子的吸附机理为离子交换吸附和表面吸附。研究表明,13X分子筛在处理低浓度含锰重金属废水方面表现出良好的应用前景。     

菌丝体表面分子印迹吸附剂的选择性吸附

采用制备得到的菌丝体表面分子印迹吸附剂;系统研究了菌丝体表面分子印迹吸附剂对模板金属离子的吸附选择性。结果表明：与非印迹吸附剂相比;以Ni+为模板制备的菌丝体表面分子印迹吸附剂;对Ni+、Cu+与Cr3+的吸附速率和吸附容量都有较大幅度的提高。对于含有Ni+的金属离子混合溶液;菌丝体表面分子印迹吸附剂对Ni+的吸附容量和选择性都比另一种金属离子（如Cr3+和Cu+）明显提高;与非印迹吸附剂相比;印迹吸附剂对非模板金属离子Cr3+和Cu+的选择性明显降低。     

Study on preparation of glass-ceramics from multiple solid waste and coupling mechanism of heavy metals

Solid wastes, such as municipal solid waste incineration fly ash (MSWI FA) and tailings, contain a large number of harmful components, which makes harmless and recycling treatment a challenge. Through high-temperature reconstruction, the solid waste containing heavy metals is prepared into glass-ceramics, which is an effective method to realize the harmless and resource utilization of solid waste. In this work, glass-ceramics were successfully prepared by using MSWI FA, waste glass, and lead-zinc tailings. The utilization rate of solid waste reached 91.74%. The coupling mechanism of heavy metals with Fe as the dominant factor and Zn, Cu, and Pb coexisting was explored. The results showed that the critical threshold of sintering temperature was 1000 °C. The properties of glass-ceramics can be greatly optimized when the temperature was higher than 1000 °C. Fe played a leading role in the migration and solidification process. Because of its higher displacement capacity, Fe was preferentially solidified in the form of hedenbergite and magnetite. Zn, Cu, and Pb solidified in the form of (Mg,Fe,Zn,Cu)Fe₂O₄ and Pb²⁺ respectively. The order of stabilization effect was Fe > Zn > Cu > Pb. All leaching concentrations of heavy metals were lower than the standard threshold, even if the heavy metals reached 20 wt%.     

分子印迹强化胺化改性壳聚糖吸附Cd~(2+)性能研究

利用分子印迹强化胺化技术制备Cd~(2+)模板改性壳聚糖P(Cdb2+)-C-CTS(Cda2+),研究了吸附剂中Cd~(2+)模板含量对其吸附水中Cd~(2+)的性能及含水率的影响。吸附容量随着a值和b值的增加而升高,当a为0.45、b为0.40时,吸附容量达到最大值。以P(Cd0.402+)-C-CTS(Cd0.452+)为研究对象,考察了p H对Cd~(2+)吸附容量的影响,并对吸附选择性能进行研究。结果表明,分子印迹强化胺化技术可制备得到吸附效率更高、选择性更好的改性壳聚糖吸附剂。     

生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能

以重金属、药物及个人护理品污染物（PPCPs）和氮磷氟等为代表的水体主要污染物脱除已成为水污染治理研究的重点。吸附法由于其具有操作简易、成本效益高等优势,在水污染治理方面应用广泛。相比于传统吸附材料,生物炭具有原材料丰富、比表面积大、成本低廉等优势,但其表面官能团的丰富度有限,经适当改性能够增加生物炭的吸附活性位,从而提高其吸附性能。本文根据改性剂类型、合成方法及合成的先后顺序,系统阐释了生物炭的改性方法及其复合体的理化特性;结合最新研究报道,在合成方法、吸附性能和机理方面归纳汇总了生物炭基复合材料在水体重金属、PPCPs和其他污染物中的吸附应用,并对生物炭基吸附剂再生与资源化利用的新理念及应用进行了概述,最后展望了生物炭基吸附剂有待深入研究的方面,并提出建设性的意见。