阳离子淀粉染料吸附材料的制备及表征

以玉米淀粉为原料,以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTMAC)为阳离子醚化剂,以Na OH为催化剂,制备了天然高分子多糖基染料吸附剂阳离子淀粉(CS),用于对活性染料的吸附。对醚化反应机理进行了系统研究,并考察了反应条件对CS取代度(DS)及反应效率(RE)的影响。采用RAM、XRD、SEM对产物进行表征。吸附实验表明,当DS为0.12,染料溶液pH为8时,CS对活性红195、活性金黄K-2RA的吸附量分别为21.0和20.4 mg·g-1,去除率可达84.1%和81.6%,好于无机吸附材料活性炭。还进行了CS染料吸附材料的再生实验,4次再生后仍有较高的吸附量,表明CS染料吸附材料具有较强的可再生性能,可循环使用。该天然基染料吸附剂CS有望成为无机吸附剂及合成树脂吸附剂的理想替代品,用于工业染料废水的处理中。     

氨基化淀粉螯合材料的制备及其在吸附Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)中的应用

以玉米淀粉为原料,采用酯化-交联-氨解三步反应在淀粉分子中引入氨基配位体,使淀粉具有了螯合重金属离子的能力。对氨解反应机理进行了系统研究,并考察了反应条件对接枝率和反应效率的影响,确定了最佳的反应条件：反应温度为65℃,溶剂中水的质量分数为60%,n（NaOH）/n（己二胺）=0.04,n（己二胺）/n（葡萄糖残基）=1.4,反应时间为6h。对产物采用FTIR、XRD和SEM进行了结构表征,结果显示成功地合成了氨基化淀粉螯合材料（ACSt）,淀粉原有的结晶结构被破坏,向无定形态转变。吸附实验表明,ACSt对Zn²⁺和Co²⁺的吸附行为为放热反应,在中性环境下具有良好的吸附性,吸附量明显优于无机吸附材料硅藻土和沸石。还进行了ACSt的再生实验,两次再生后吸附量为初始吸附量的80%以上,表明ACSt螯合材料具有良好的可再生性能,可循环使用。该天然基ACSt有望成为处理工业重金属废水的理想吸附剂。     

玉米淀粉/羧甲基纤维素生物复合凝胶的制备及吸附行为研究

以玉米淀粉与羧甲基纤维素（CMC）为骨架，以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体制备复合凝胶，对复合凝胶材料进行表征。以亚甲基蓝（MB）为吸附质，考察复合凝胶吸附剂对阳离子染料吸附过程的动力学和热力学行为，分析阳离子强度、水体pH值、染料初始质量浓度等对吸附剂吸附性能的影响。结果表明：玉米淀粉-CMC-g-AA-AM-AMPS凝胶是一种表面多孔的吸附材料，其比表面积为24.939 7 m2/g，平均吸附孔径为8.668 2 nm。凝胶对MB的吸附过程与准二级动力学模型和Langmuir模型拟合较好，属于单分子层的化学吸附。阳离子对凝胶吸附MB有明显抑制作用，抑制效果为Al3+>Ca2+>Na+。随着离子强度的增加，抑制作用越明显。在投加量为0.1 g、温度为298 K、pH值为11.0、MB初始质量浓度为2 000 mg/L条件下，吸附剂最大吸附量达到1 938.82 mg/g、去除率为96.94%，能有效去除MB。     

活性赤泥-聚吡咯复合材料对活性黄-145染料的吸附研究

染料是一种结构复杂、具有剧毒的有机化合物,对人体毒害作用大。本研究制备了一种基于活性赤泥（activated red mud,ARM）和聚合吡咯（polypyrrole,PPy）的吸附剂,并应用于水溶液中染料的吸附脱除。通过吸附实验研究了溶液pH、吸附剂种类、吸附时间、添加量和染料初始浓度对吸附过程的影响,并对ARM-PPy复合材料进行分析表征,阐明了活性黄染料-145(RYD-145)的吸附作用机制。RYD-145在ARM-PPy上的吸附过程与三种吸附等温线关联极好（R2>0.99）,其中Langmuir吸附最合适。根据Langmuir吸附模型的拟合结果,RYD-145的最大吸附量是442.5 mg/g。热力学研究表明,RYD-145分子在ARM-PPy的吸附过程中,焓变（ΔH）和熵变（ΔS）均增加,这表明该过程为吸热过程,且表面RYD-145分子排列具有随机性。研究表明,ARM-PPy具有高效处理阴离子和阳离子染料污染废水的能力,且具有较好的成本效益。     

凹凸棒-淀粉复合吸附剂材料对水中染料物质的去除研究

本论文以天然高分子材料淀粉及天然黏土材料凹凸棒为原材,以环氧氯丙烷为交联剂,采用溶胶-凝胶法,通过调节淀粉与凹凸棒投料比,制备了一系列不同含量比例（质量比为：3:1～1:10）的凹凸棒-淀粉复合吸附剂材料（Starch-attapulgite,ST-ATP）,分别以甲基橙（Methyl orange, MO）和结晶紫（Crystal violet, CV）为阴、阳离子型染料代表,详细考察了ST-ATP对上述两种染料的吸附性能。结果表明,当淀粉与凹凸棒复合比为1:8和1:4时,分别对CV和MO的吸附效果达到最佳,分别为218mg/g和144mg/g,这是由于虽然淀粉本身对上述两种染料均没有吸附效果,但此时凹凸棒在高分子基体中具有良好的分散性,两者协同效应使得其对上述不同电性的染料均表现出良好的吸附效率。此外,不同ST-ATP对于CV和MO的吸附均符合Langmuir等温吸附模型和假二级动力学模型,表明其吸附行为是单分子层化学吸附过程。     

剩余污泥生物吸附剂对活性红4的吸附研究

以某啤酒厂污水处理车间的剩余污泥为材料,经质子化处理制成生物吸附剂,进行了吸附水溶液中活性红4(RR4)的研究.结果表明:生物吸附剂上主要含有磺酸基、磷酸基、氨基三个官能团,生物吸附剂对阳离子染料活性红的吸附所需平衡时间短(24h),酸性条件利于吸附,吸附等温曲线符合Langmuir模式,pH=1条件下最大吸附量为(60.35±3.64)mg/g,盐对吸附无明显影响.     

阳离子淀粉的制备及其处理含磷废水的研究

以淀粉为原料、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂,采用湿法制备阳离子淀粉.考察了pH、吸附剂用量、吸附时间和吸附温度等因素对吸附效果的影响.室温下,阳离子淀粉对含磷模拟废水的吸附工艺条件为:pH为3.0,吸附剂用量为12.0g/L,吸附时间为2.0 h.在上述条件下,阳离子淀粉对磷的去除率可达90.41%.     

铝基锂吸附剂制备及其吸附性能研究

以氯化锂、无水氯化铝为原料,通过正交实验优化反应合成条件,采用“一步法”制备LiCl·2Al（OH）₃·nH₂O型铝基锂吸附剂。分别探究了吸附时间、吸附温度、溶液初始pH、溶液初始Li⁺浓度对吸附性能的影响,对吸附前后的无机铝吸附材料做了表征,并考察了吸附剂的离子选择吸附性及稳定性能。结果表明：最佳吸附条件为在45 ℃下pH=7的锂溶液中吸附2 h,吸附容量高达到8.66 mg/g。XRD、FT-IR表征结果表明：所制吸附材料有良好的稳定性。且该吸附剂对Li⁺分配系数（K=10.06）远高于其他金属阳离子,吸附材料经5次循环使用后,吸附容量仍能保持原来的91.5%。在西藏龙木错盐湖卤水中,对锂的吸附量达到5.24 mg/g。吸附平衡数据拟合结果表明：铝基锂吸附剂符合Langmuir等温吸附模型,吸附是发生在吸附剂表面的单层吸附;吸附过程符合伪二级动力学,是典型的化学吸附过程。     

天然淀粉改性水处理剂的研制及其对重金属、染料的吸附

重金属及染料是环境水体中危害极大的两类污染物,将天然淀粉进行交联、接枝改性制备的二硫代氨基甲酸基(DTC)淀粉对这两类污染物具有极强的吸附能力,其吸附重金属后的残留物安全、无毒,且可多次再生重复利用。对吸附产物的表面和结构分析表明,吸附作用主要发生在淀粉颗粒的表面,通过螯合作用吸附重金属离子,通过静电作用吸附染料分子。采用酶解、溶胶-凝胶等方法对天然淀粉进行预处理可显著提高饱和吸附量。     

交联羧甲基淀粉的制备及其对重金属离子的吸附性能

以玉米淀粉为原料,环氧氯丙烷为交联剂,氯乙酸为醚化剂,制备了交联羧甲基淀粉(CCMS)。讨论了醚化反应机理,并确定了最佳反应条件:n(氢氧化钠)∶n(氯乙酸)∶n(淀粉)为1.2∶1∶1,反应温度为50℃。通过FTIR、XRD和SEM对产物结构进行了表征。对重金属离子的吸附实验结果表明,取代度为0.581的CCMS,对Zn~(2+)与Co~(2+)两种金属离子的去除率分别可达92.48%和93.79%,远高于活性炭,并好于丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂。CCMS还具有较强的再生性能,经两次再生后吸附量仍保持在原来的70%以上。上述结果表明CCSM作为天然高分子系吸附材料有良好的工业化前景,并可作为合成树脂类吸附剂的潜在替代品。     

From pollutant to solution of wastewater pollution: Synthesis of activated carbon from textile sludge for dye adsorption

Adsorption is an important process in wastewater treatment,and conversion of waste materials to adsorbent offers a solution to high material cost related to the use of commercial activated carbon.This study investigated the adsorption behaviour of Reactive Black 5(RB5)and methylene blue(MB)onto activated carbon produced from textile sludge(TSAC).The activated carbon was synthesized through chemical activation of precursor followed with carbonization at 650°C under nitrogen flow.Effects of time(0–200 min),pH(2–10),temperature(25–60°C),initial dye concentration(0–200 mg·L~(-1)),and adsorbent dosage(0.01–0.15 g)on dye removal efficiency were investigated.Preliminary screening revealed that TSAC synthesized via H_2SO_4activation showed higher adsorption behaviour than TSAC activated by KCl and ZnCl_2.The adsorption capacity of TSAC was found to be 11.98 mg·g~(-1)(RB5)and 13.27 mg·g~(-1)(MB),and is dependent on adsorption time and initial dye concentration.The adsorption data for both dyes were well fitted to Freundlich isotherm model which explains the heterogeneous nature of TSAC surface.The dye adsorption obeyed pseudo-second order kinetic model,thus chemisorption was the controlling step.This study reveals potential of textile sludge in removal of dyes from aqueous solution,and further studies are required to establish the applicability of the synthesized adsorbent for the treatment of waste water containing toxic dyes from textile industry.     

聚酰胺接枝纤维素的合成及对金属离子的吸附性能

以葡萄秸秆为原料提取纤维素,以环氧树脂为交联剂,将聚酰胺交联到纤维素上制得聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂。测定聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂对Co2+和Fe2+的吸附性能,并研究环氧树脂用量、反应温度和吸附平衡时间对吸附性能的影响。结果表明,当反应温度25℃、吸附平衡时间60 min和m(聚酰胺)∶m(葡萄纤维素)∶m(环氧树脂)=2∶1∶1.5时,制备的聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂的吸附性能最好。聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂对Co2+和Fe2+的吸附均在60 min后达到平衡,Fe2+和Co2+的最大吸附容量分别为22.40 mg·g-1和16.82 mg·g-1。     

Superior adsorption performance of graphitic carbon nitride nanosheets for both cationic and anionic heavy metals from wastewater

Water pollution caused by highly toxic Cd(II), Pb(II), and Cr(VI) is a serious problem. In the present work,a green and low-cost adsorbent of g-C_3N_4 nanosheets was developed with superior capacity for both cationic and anionic heavy metals. The adsorbent was easily fabricated through one-step calcination of guanidine hydrochloride with thickness less than 1.6 nm and specific surface area of 111.2 m~2·g~(-1). Kinetic and isotherm studies suggest that the adsorption is an endothermic chemisorption process, occurring on the energetically heterogeneous surface based on a hybrid mechanism of multilayer and monolayer adsorption. The tri-s-triazine units and surface N-containing groups of g-C_3N_4 nanosheets are proposed to be responsible for the adsorption process.Further study on pH demonstrates that electrostatic interaction plays an important role. The maximum adsorption capacity of Cd(II), Pb(II), and Cr(VI) on g-C_3N_4 nanosheets is 123.205 mg·g~(-1), 136.571 mg·g~(-1),and 684.451 mg·g~(-1), respectively. The better adsorption performance of the adsorbent than that of the recently reported nanomaterials and low-cost adsorbents proves its great application potential in the removal of heavy metal contaminants from wastewater. The present paper developed a promising adsorbent which will certainly find applications in wastewater treatment and also provides guiding significance in designing adsorption processes.     

纳米腐殖酸动态吸附废水中镉离子及其洗脱特性

在静态法研究纳米腐殖酸吸附模拟含镉废水基础上搭建考察模拟含镉废水中镉离子在吸附剂上动态吸附及洗脱特性的吸附柱实验装置,考察镉离子溶液浓度、吸附(脱附)温度、共存离子和进料流速对穿透吸附量和饱和吸附量的影响,运用Thomas模型研究了纳米腐殖酸柱吸附过程动力学机理,测定了再生后纳米腐殖酸的穿透吸附量和饱和吸附量,结果表明:初始镉离子浓度150 mg·L^-1和流速10 ml·min^-1下,其饱和吸附量分别为426.3 mg·g^-1和405.5 mg·g^-1;Thomas模型所得饱和吸附量q_em分别为364.1、436.1和441.9 mg·g^-1;洗脱峰镉离子浓度分别为3.3、12.0和22.0 g·L^-1;共存离子SO₄^2-浓度增加,纳米腐殖酸对镉离子的穿透吸附量和饱和吸附量降低;吸附和脱附均可常温工况进行。经30次吸附和再生后,穿透吸附量和饱和吸附量无明显降低。用红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDS)对纳米腐殖酸吸附再生前、后性能进行表征,结果表明:纳米腐殖酸物化性能稳定,形貌基本无变化,尺度发生一定程度减小,表面及内部的氨基、羟基等对吸附镉离子均发挥有效作用,该材料可满足重复使用。     

COS吸附剂的性能评价

以γ-Al_2O_3为主要组成,添加质量分数2%~5%的Cu O、2%~5%的Zn O和1%~2%Mo O_3,采用盘式造粒成型工艺制备(2~3)mm的球形颗粒,通过烘干和焙烧制备出比表面积(200~250)m~2·g~(-1)的载体,然后用碱金属氢氧化物对载体进行修饰,制得COS吸附剂,并考察其对COS的吸附性能。结果表明,通过添加活性氧化物的产品对COS的吸附性能良好,对COS吸附容量达11.5 mg·g~(-1),可将COS脱除至0.02 mg·m~(-3)。     

硼碳氮多孔材料的制备及其吸附再生性能研究

硼碳氮(BCN)多孔材料因其具有高的比表面积、优异的化学稳定性而被认为是一种优异的吸附材料。本文以废弃椰壳、硼酸(H₃BO₃)和尿素(CO(NH₂)₂)为原料,采用冷冻干燥法制备多孔生胚,并在NH₃气氛下通过高温固相反应法在不同的反应温度下合成BCN多孔材料。结果表明,随着反应温度的升高,BCN多孔材料孔径逐渐变大,当反应温度为950 ℃时平均孔径为2.1 nm。将BCN多孔材料用于吸附水中孔雀石绿(MG)有机染料,其最大吸附量可达1 239.8 mg·g^-1,5次循环再生后吸附量平均值仍高达1 138.6 mg·g^-1,说明BCN多孔材料具有优异的循环吸附性能。采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型、准一级和准二级吸附动力学模型研究了浓度、吸附时间和平衡吸附量之间的关系。结果表明,BCN多孔材料的吸附与准二级吸附动力学模型吻合,其对MG的吸附属于均匀表面单层分子的Langmuir等温吸附。BCN多孔材料展现出优异的吸附能力,是一种非常有应用前景的新型吸附剂。     

Mesoporous activated carbon-zeolite composite prepared from waste macadamia nut shell and synthetic faujasite

Novel activated carbon-zeolite composite adsorbent was prepared from macadamia shell bio-waste and synthetic zeolite X using hydrothermal treatment.Characterisation studies revealed mainly mesoporous structure with 418 m~2·g~(-1) BET surface area with faujasite clusters on the carbon carrier.Sorption capacity for methylene blue model pollutant increased from 85 to 97 mg·g~(-1) with the temperature increase from 25 to 45 ℃, and improved with increasing pH.Nonlinear regression analyses found accurate fit to the pseudo-first-order kinetics model and intra-particle diffusion rate controlling mechanism.Excellent fits to the Jovanovic isotherm model indicated monolayer coverage on chiefly homotattic surfaces with variable potential.The thermodynamic analysis confirmed spontaneous and endothermic physisorption process.The spent adsorbent was regenerated with 20% capacity loss over five reuse cycles.Although the adsorbent was developed for ammonia, heavy metal and organic matter removal from water sources, the results also indicate good performance in cationic dye removal from wastewaters.     

Static and dynamic adsorption of fluoride using La(Ⅲ)-loaded chitosan beads crosslinked with EGDE

利用乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)替代戊二醛对壳聚糖微球进行交联,然后负载稀土镧离子La(Ⅲ),制备得到新型的除氟剂（CEB-La）。研究了CEB-La对F^-的静态和动态吸附性能。静态吸附实验结果表明：该除氟剂的静态吸附条件为pH7.0、温度50℃、吸附时间60 min、振荡频率120 r·min^-1;当CEB-La用量3 g·L^-1时,对浓度10 mg·L^-1含氟水的除氟率可达92.9%;CEB-La对F^-的吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温线,饱和吸附容量为25.7 mg·g^-1;拟二级动力学方程能较好地描述CEB-La对F^-的吸附动力学过程;CEB-La吸附饱和后,经NaOH溶液处理后再与镧离子螯合,可有效再生;共存阴离子特别是CO ^{2 -}₃ 和HCO^-₃对CEB-La的除氟性能有不利影响。动态吸附实验结果表明：进水流量3 ml·min^-1时,CEB-La适于处理F^-浓度2～15 mg·L^-1的含氟水;利用Thomas模型可较好地描述CEB-La对F^-的动态吸附特征,动态饱和吸附容量为3.67 mg·g^-1。因此,CEB-La的除氟性能优越,再生方法简单,使用成本较低,具有较好的应用前景。     

甲基丙烯酸接枝改性玉米芯对Cd2+的吸附及机理

以甲基丙烯酸为单体、高锰酸钾/浓硫酸为引发体系对玉米芯进行接枝改性,成功引入羧基官能团,结合扫描电镜、红外光谱和zeta电位等分析手段研究了吸附条件对玉米芯吸附Cd²⁺过程的影响及其吸附机理。结果表明,吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学方程,改性玉米芯对Cd²⁺的吸附主要是化学吸附过程,吸附速率是颗粒内扩散速率和膜扩散速率共同影响的结果;在pH 7、投加量为5 g·L^-1、温度为30℃、吸附时间为6 h的条件下,接枝改性玉米芯和原玉米芯对Cd²⁺的最大吸附容量分别为28.00 mg·g^-1和5.96 mg·g^-1,提高了近4倍;玉米芯对Cd²⁺的吸附是一个自发的吸热反应,温度越高,自发程度越大;接枝改性玉米芯对Cd²⁺的吸附过程中,参与反应的主要官能团有羧基、羟基、酰胺基和甲基等,吸附Cd²⁺后的接枝改性玉米芯表面出现褶皱和白色小颗粒,孔隙消失,电负性增大。