羟基磷灰石/聚氨酯复合纳米纤维制备及其对重金属Cd~(2+)的吸附应用研究

随着工业的发展,水体重金属污染逐渐成为环境污染的重要组成部分,寻求环境友好型材料来治理水体重金属污染已成为当今环境科学研究的热点之一。以羟基磷灰石和聚氨酯为原料,利用静电纺丝技术制备羟基磷灰石/聚氨酯复合纳米纤维膜(HA/PU),并用其对水体中的镉污染物进行吸附研究。研究中采用了SEM、FT-IR、XRD和TGA等手段对复合纳米纤维膜的形貌、性能、结构等进行表征,并模拟进行了对含有重金属镉离子Cd~(2+)废水的吸附实验,系统考察了纳米纤维材料对Cd~(2+)吸附的影响。结果表明,在外加电压(18±2) k V、接触距离15. 0 cm、纺丝速度1. 5 m L/h的条件下,能够制得微观与宏观形貌较好的纳米纤维(膜),其中,HA/PU质量比为32/68的纤维膜对Cd~(2+)的吸附效果最佳,可短时间内达到18. 75 mg/g。     

桉树遗态结构HAP/C复合材料对水中Cd~(2+)的吸附性能

利用遗态转化工艺制备获得桉树遗态结构HAP/C复合材料(PBGC-HAP/C),将其用于含Cd(Ⅱ)模拟废水的吸附净化处理,研究了p H、初始含量、投加量、吸附剂粒径和吸附剂种类对Cd(Ⅱ)吸附的影响,并且进行了材料吸附前后进行X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪表征和吸附机理探讨。结果表明,对50 m L含Cd(Ⅱ)模拟废水,当pH为5、初始Cd(Ⅱ)质量浓度为5 mg/L、PBGC-HAP/C投加量为0.1 g时,吸附平衡时间为120 min,去除率可达97.88%。Langmuir等温模型和准2级动力学模型更适合描述该吸附过程;材料表面Cd~(2+)取代了部分钙离子位置,表面基团与Cd~(2+)发生络合反应,吸附过程主要以单分子层化学吸附为主,该反应为吸热反应,升高温度有利于吸附进行。     

碳纳米管溶胶对水中微量Cd~(2+)与Cu~(2+)吸附的研究

采用强酸表面氧化法对碳纳米管进行处理,制备稳定具有高效吸附性能的碳纳米管溶胶,用于去除水中低质量浓度重金属Cd2+,Cu2+。研究表明,在实验的pH值为2.5—9.5,对Cd2+的去除,吸附起主要作用,优化的pH值为6.0;对Cu2+的去除,pH<6.7时,吸附起主要作用,在pH>6.7时,金属离子沉淀是主要的去除原因,在pH=9.5时,达到最大去除率。在相同碳纳米管溶胶投加质量浓度情况下,对Cd2+的吸附去除率远远大于对Cu2+的去除。碳纳米管溶胶对Cd2+,Cu2+的吸附等温线呈线性,对Cd2+的吸附性能优于对Cu2+的吸附性能。     

废弃茶叶对水中Zn~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附研究

通过废弃茶叶对水溶液中的Zn2+、Cd2+、Cu2+的吸附实验,讨论了影响茶叶末吸附重金属的初始浓度、吸附时间、pH等影响因素。结果表明,在30 min内,废弃茶叶末对Zn2+、Cd2+、Cu2+3种金属离子的吸附达到最大,最佳pH因金属的不同而有所差异。处理单组分金属离子水溶液时,3种离子的吸附量和吸附率的大小顺序均为Cu2+Cd2+Zn2+。而处理3种金属离子的多组分溶液时,其吸附量和吸附率的顺序则为Cd2+Cu2+Zn2+。     

焦粉吸附材料制备及其对水中Cd~(2+)的吸附性能研究

采用KOH活化改性制备焦粉吸附材料MCP,研究MCP对水中Cd⁽²⁺⁾的吸附效果。结果表明,在KOH溶液浓度14 mol/L(焦粉质量∶KOH溶液体积=1∶4),活化温度850℃,活化时间120 min工艺条件下制得的MCP,亚甲基蓝吸附值达到132.5 mg/g。在30℃、pH值8.0的25 m L含Cd(2+)的吸附效果。结果表明,在KOH溶液浓度14 mol/L(焦粉质量∶KOH溶液体积=1∶4),活化温度850℃,活化时间120 min工艺条件下制得的MCP,亚甲基蓝吸附值达到132.5 mg/g。在30℃、pH值8.0的25 m L含Cd⁽²⁺⁾(浓度为100 mg/L)废水中,投加0.2 g的MCP,处理120 min,Cd(2+)(浓度为100 mg/L)废水中,投加0.2 g的MCP,处理120 min,Cd⁽²⁺⁾去除率达96.91%,吸附量为12.12 mg/g。实验条件下,MCP对Cd(2+)去除率达96.91%,吸附量为12.12 mg/g。实验条件下,MCP对Cd⁽²⁺⁾吸附过程与准一级动力学及准二级动力学模型均有较好吻合,后者拟合度更高;用Langmuir和Freundlich模型处理等温吸附线,前者与实际过程更为接近。     

焦粉吸附材料制备及其对水中Cd~(2+)的吸附性能研究

采用KOH活化改性制备焦粉吸附材料MCP,研究MCP对水中Cd~(2+)的吸附效果。结果表明,在KOH溶液浓度14 mol/L(焦粉质量∶KOH溶液体积=1∶4),活化温度850℃,活化时间120 min工艺条件下制得的MCP,亚甲基蓝吸附值达到132.5 mg/g。在30℃、pH值8.0的25 m L含Cd~(2+)(浓度为100 mg/L)废水中,投加0.2 g的MCP,处理120 min,Cd~(2+)去除率达96.91%,吸附量为12.12 mg/g。实验条件下,MCP对Cd~(2+)吸附过程与准一级动力学及准二级动力学模型均有较好吻合,后者拟合度更高;用Langmuir和Freundlich模型处理等温吸附线,前者与实际过程更为接近。     

纳米伊/蒙黏土吸附脱除水中Cu~(2+)和Cd~(2+)离子

探索经精细加工的纳米伊/蒙混层黏土吸附水中2种二价重金属离子(即Cu~(2+)和Cd~(2+))的吸附性能,并考察了该黏土在吸附过程中pH值、黏土用量、吸附时间、吸附温度和重金属离子浓度诸因素对水中Cu~(2+)和Cd~(2+)离子吸附性能的影响。结果表明:纳米伊/蒙黏土对水中重金属离子的吸附量随pH值的增加而增加,当pH4时,吸附量基本趋于稳定;在优化条件下,纳米伊/蒙黏土对水中Cu~(2+)和Cd~(2+)的最大吸附脱除率分别为95.15%和91.53%。用准一级和准二级动力学模型拟合纳米伊/蒙黏土吸附Cu2+和Cd2+的吸附动力学过程。结果表明,准二级动力学模型能够拟合纳米伊/蒙黏土对Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程。吸附热力学研究还表明,纳米伊/蒙黏土吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)属于物理吸附过程。另外,利用Langmuir和Freundlich等温线模型分析纳米伊/蒙黏土分别吸附不同浓度Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程。Langmuir模型能有效地拟合纳米伊/蒙黏土吸附Cu~(2+)和Cd~(2+)的等温吸附过程,由其获得的单层纳米伊/蒙黏土对Cu~(2+)和Cd~(2+)饱和吸附量分别为7.99 mg/g和12.68 mg/g。     

人工合成羟基磷灰石对水溶液中Pb~(2+)、Cd~(2+)离子的固定作用

以硝酸钙和磷酸氢二铵为反应物,采用均匀沉淀法制备羟基磷灰石粉体。羟基磷灰石能有效的固定溶液中重金属离子,并讨论了pH值、羟基磷灰石的用量、作用时间、离子的初始浓度及离子间的相互影响。试验结果表明：当羟基磷灰石的浓度为5g/L时,溶液中铅离子浓度和镉离子浓度分别为500 mg/L和30mg/L,常温搅拌30min后。在弱酸性或中性废水中,铅离子去除率可达99．6％以上,镉离子去除率可达到99．9％以上,溶液中残留镉离子浓度低于O．004．mg/L。     

啤酒酵母吸附去除水中Cd~(2+)的影响因素

生物吸附法是一种经济有效的处理大规模低浓度重金属废水的生物技术,其中啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是具有实用潜力的生物吸附剂。本文研究了啤酒酵母对Cd2+吸附效果的主要影响因素,结果表明pH值对Cd2+会产生较大的影响,非固定化和固定化啤酒酵母对Cd2+吸附的最佳pH值都为4,过高和过低均不利于吸附的进行。水中常见的K+、Ca2+、Na+、Mg2+四种离子在低浓度时对Cd2+的吸附无显著影响,但当其浓度高于5mg/L时会影响吸附,其影响顺序为K+Na+Ca2+Mg2+;Zn2+、Fe2+、Cu2+、Pb2+对Cd2+的吸附效果影响顺序为Pb2+Zn2+Fe2+Cu2+;当Cu2+浓度≥50mg/L时,啤酒酵母对Cd2+不产生性吸附,而对Cu2+产生专性吸附。     

壳聚糖/羟基磷灰石复合材料对氟离子吸附研究

以壳聚糖作为载体,引入羟基磷灰石构成可以吸附氟离子的复合材料,该材料制备简单且原料绿色环保,价廉易得。其对氟离子有很好的吸附作用,具有潜在的应用价值。本文首先考察了吸附时间、氟初始浓度和溶液pH等因素对吸附的影响,并热力学和动力学对吸附过程进行了分析。接考查了外界阴离子对改材料氟离子吸附的影响,最后利用红外光谱对材料吸附氟离子前后进行表征。结果表明:吸附在50 min时即达到平衡,pH为6时获得最佳吸附容量。吸附动力学表明吸附过程为二级吸附机制,吸附等温过程符合Langmuir过程,该吸附过程为自发、吸热和熵增过程;红外光谱表明,羟基不但没有减小,反而在强度上有了增加,这表明氟离子被吸附后形成更强的氢键,从而导致更强的羟基峰。     

生物陶吸附Cd~(2+)性能研究

研究了1种生物陶吸附Cd~(2+)的优化条件,并以吸附动力学和热力学探讨吸附机理。结果表明,生物陶吸附Cd~(2+)的优化条件为:溶液温度为293.15 K,生物陶投加量为1 g/L,溶液初始p H为5.5,吸附在31 h内达到平衡,溶液中Cd~(2+)的去除率为95.30%;准1级动力学模型更准确的反映了生物陶吸附Cd~(2+)的吸附动力学;Freundlich模型比Langmuir模型更好的描述生物陶吸附Cd~(2+)的等温吸附行为,该吸附过程受颗粒内扩散、液膜扩散等步骤控制;Gibbs自由能变ΔG~θ0、焓变ΔH~θ0、熵变ΔS~θ0,表明Cd~(2+)在生物陶上的吸附为自发的、吸热的、趋于无序的吸附过程。     

EDTA柱撑MgAl水滑石对水中Cd~(2+)的吸附

采用共沉淀法合成了MgAl-CO_3水滑石,以其为前体,采用离子交换法制备MgAl-EDTA柱撑水滑石,对水滑石前体及柱撑水滑石进行了XRD和IR表征。以水滑石前体及柱撑水滑石为吸附剂,对模拟废水中的Cd~(2+)进行吸附实验,考察温度、pH、吸附剂加入量、吸附时间对吸附过程和吸附效率的影响。结果表明,柱撑水滑石对Cd~(2+)的吸附效果显著优于水滑石前体,柱撑水滑石吸附Cd~(2+)的最佳条件为:温度为40℃,pH为6.0,吸附时间为150 min,柱撑水滑石加入量为1.5 g/L。     

黄土性土壤对Cd~(2+)的吸附研究

采用静态吸附方法,研究了镉在黄土性土壤中的吸附动力学与热力学。研究表明,镉在黄土性土壤中吸附的动力学模型符合双常数方程,热力学模型符合Langmuir和Freundlich方程。随着吸附时间的增加,黄壤对镉的吸附量增加,在120 min时基本达到平衡。黄壤中镉的浓度与吸附量成正相关,且在土壤表面,镉为单分子层吸附。Cd2+溶液中共存的Mn2+、Ca2+、Na+等离子对黄壤吸附镉产生不同的影响。     

黄土性土壤对Cd~(2+)的吸附研究

采用静态吸附方法,研究了镉在黄土性土壤中的吸附动力学与热力学。研究表明,镉在黄土性土壤中吸附的动力学模型符合双常数方程,热力学模型符合Langmuir和Freundlich方程。随着吸附时间的增加,黄壤对镉的吸附量增加,在120 min时基本达到平衡。黄壤中镉的浓度与吸附量成正相关,且在土壤表面,镉为单分子层吸附。Cd2+溶液中共存的Mn2+、Ca2+、Na+等离子对黄壤吸附镉产生不同的影响。     

柚子皮生物炭对Cd~(2+)的吸附性能研究

以固废物柚子皮为生物质代表,经炭化改性处理后,考察其对Cd2+的吸附特征。应用红外吸收光谱技术表征柚子皮生物炭表面的功能基团,考察了吸附剂的粒径和用量、Cd2+初始浓度、溶液p H以及吸附时间对吸附性能的影响。研究结果表明,在p H为5.0,吸附时间1 h,温度298 K条件下,0.1 g柚子皮生物炭对100 m L 10 mg/L Cd2+的去除效率达93%,平衡吸附量qe为9.35 mg/g。吸附反应符合动力学二级方程(R=0.993 6)。用Langmuir和Freundlich方程对吸附等温线进行拟合,发现Langmuir模型能更好地反应吸附过程特征。     

三氧化二铁涂层火山岩吸附Ni~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)的研究

本试验采用水热法和高温煅烧法结合的方式制备三氧化二铁涂层火山岩。利用改性火山岩作为吸附材料对水体中三种主要重金属离子(Ni~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+))的吸附机理进行了深入的研究,本试验将试验吸附温度设定为20℃,pH值对改性火山岩去除水体中的重金属离子影响十分明显,三种重金属离子的最佳p H值为5.0~6.0。     

水中Ni~(2+)在粒状沸石/活性炭复合材料上的吸附研究

采用廉价的煤矸石为主要原料,添加一定量的沥青粉制备了沸石NaA/活性炭粒状复合材料,并以此作为吸附剂,研究了水溶液中Ni~(2+)在该复合材料中的吸附行为,考察溶液的初始浓度、吸附时间和pH对吸附的影响.结果表明溶液较高的pH值有利于Ni~(2+)在吸附剂上的吸附;随Ni~(2+)初始浓度的增大复合材料的吸附量增大,而Ni~(2+)的去除率随之减小;Ni~(2+)在复合材料上的吸附接近Langmuir-Freundlich等温吸附模型,反映了吸附表面的多相性及两类吸附中心在复合材料上的共存性;吸附速率遵循准二级吸附动力学模型.     

黑曲霉对水中Ni~(2+)的吸附研究

用黑曲霉作为生物吸附剂对水中Ni2+进行吸附去除研究。考察了pH、温度、吸附时间及共存离子等因素对黑曲霉吸附Ni2+效果的影响。实验结果表明,当溶液pH为7,菌体对Ni2+的吸附效果较好,去除率可达85%以上。随着吸附温度升高,黑曲霉对Ni2+吸附去除率也随着升高。对等温吸附数据用Langlnuir和Freundlich模型进行拟合,结果表明,Langmuir方程更适合描述黑曲霉对Ni2+的吸附。对吸附动力学的研究表明,黑曲霉对Ni2+吸附过程符合二级动力学模型,相关系数大于0.99。     

碳羟基磷灰石/钾长石复合材料对镍的吸附性能研究

以钾长石为原料,用液相合成法制备碳羟基磷灰石/钾长石吸附剂（CHAK）去除水中的重金属镍,用静态吸附实验考察了CHAK添加量、溶液初始pH、吸附时间、镍初始浓度等因素对镍去除效果的影响,并结合动力学及热力学拟合探究吸附机理。结果表明：随着CHAK量的增加,对Ni ²⁺的去除率增加,但吸附量会降低;溶液pH=6时吸附效果达到最佳;吸附时间为10 h时吸附达到平衡;Ni ²⁺溶液的初始质量浓度为50~4 000 mg/L时,CHAK对Ni ²⁺的吸附量呈先增长后平稳趋势,饱和吸附量与原材料相比增大7.1倍。动力学及热力学拟合结果显示：准二级模型更符合描述该吸附行为。ΔH>0,表明该吸附过程为吸热反应,升温有利于吸附。ΔG<0,表明该反应能自发进行。     

Acidithiobacillus ferrooxidans去除水中Ni~(2+)、Mn~(2+)、Cd~(2+)机理的研究

以从粤北大宝山酸性矿山废水(AMD)分离出具有的Acidithiobacillus ferrooxidans(A.f菌)为研究对象,采用原子吸收分光光度法和X射线衍射分析技术,研究A.f菌对水中Ni~(2+)、Mn~(2+)、Cd~(2+)的去除和钝化机理。实验结果显示,A.f菌与重金属离子共培养7 d后,其对Ni~(2+)、Mn~(2+)、Cd~(2+)的去除率分别为18.52%、31.63%、36.05%,X射线衍射分析显示Ni~(2+)、Mn~(2+)、Cd~(2+)与次生矿物晶体内的构晶离子Fe~(3+)间的类质同象作用不明显;A.f菌成因次生矿物对Ni~(2+)、Mn~(2+)、Cd~(2+)的吸附容量分别达130.26、74.99、78.36 mg/kg,可能与A.f菌次生高铁矿物纳米颗粒表面富含OH~-、SO_4~(2-)等高吸附能位点的强静电相互作用密切相关。