蚕茧交联法制备炭材料及对重金属离子的吸附研究

以蚕茧为原料,运用不同的交联法对其进行改性,然后低温炭化制备出3种炭材料,分别为CJ200、CJ200-UF和C200J,并用3种炭材料分别对几种重金属离子Cu⁽²⁺⁾、Al(2+)、Al⁽³⁺⁾、Fe(3+)、Fe⁽³⁺⁾的吸附性能进行研究。结果表明,C200J吸附性能最好,对Cu(3+)的吸附性能进行研究。结果表明,C200J吸附性能最好,对Cu⁽²⁺⁾吸附量明显增大,对Fe2+、Al(2+)吸附量明显增大,对Fe2+、Al⁽³⁺⁾基本不吸附,其比表面积较小,吸附主要靠表面的含氮官能团,符合Langmuir单分子层化学吸附,在25℃时,最大吸附量为23.78 mg/g,其吸附量随温度升高而增加,随p H的增大而增大。     

复合水凝胶SA/AAm-Lgs的制备及其对Fe3+的静/动态吸附

将木质素磺酸钠(Lgs)引入到以海藻酸钠(SA)和丙烯酰胺(AAm)为基体的溶液中,通过自由基聚合法制备得到多孔三维的复合水凝胶(SA/AAm-Lgs),使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和力学性能测试仪等对其结构和性能进行分析,并将其应用于去除废水中的Fe³⁺。研究结果表明：实验成功制备了多孔三维网状结构的复合水凝胶SA/AAm-Lgs。当Lgs用量增加时,水凝胶的断裂伸长率和抗拉强度相应增加,溶胀性能也有一定程度提高。SA/AAm-Lgs(含Lgs 7 mg)静态吸附Fe³⁺的较佳工艺为：水凝胶用量0.5 g、温度25℃、Fe³⁺初始质量浓度2 g/L,该条件下水凝胶对Fe³⁺的吸附量可以达到143 mg/g,吸附性良好且具有循环使用性能。吸附动力学和吸附等温线模拟结果表明该水凝胶对Fe³⁺的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型。此外,通过固定床工艺对Fe³⁺进行动态吸附实验证明了SA/AAm-Lgs具有良好的工业...     

量子化学计算在环境纳米技术教学中的应用

以电镀废水中金属污染物离子的吸附为例,展示了如何在硕士研究生课程“环境纳米技术”中引入量子化学计算的知识,介绍其在材料筛选及吸附作用机理研究中的具体实践。通过金属离子Cr³⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺与配位剂CN^-离子在石墨烯及改性石墨烯表面吸附的教学实例,说明了吸附材料的前线分子轨道会影响吸附效果。Cu²⁺与Cu⁺以及Fe³⁺与Fe²⁺两组离子的吸附行为表明高价金属离子在碳材料表面具有更高的吸附能,这为筛选适宜碳材料进行单一离子选择性吸附提供了理论指导。将量子化学计算引入研究生课堂教学环节有助于提升学生的创新思维与创新能力,学会运用计算化学手段高效地设计实验,筛选适合于具体应用的功能材料,并更直观地开展机理研究。     

H2O2改性稻杆作为Pb2+吸附剂的工艺优化

H₂O₂改性稻杆作为Pb²⁺吸附剂,具有改性工艺环保、简单、成本低,以及对Pb²⁺吸附率高等特点,是一种优良的改性剂。优化改性工艺,制备优良吸附性能的H₂O₂改性稻杆具有较强的实用价值。详细探讨了改性工艺的影响因素如pH值、H₂O₂用量、Fe²⁺/H₂O₂物质的量之比、改性温度、改性时间、稻杆颗粒度和稻杆用量等对改性效果的影响,在单因素实验的基础上,通过正交实验和对比实验对改性工艺进行了进一步优化。得出最适宜的改性工艺为：在100 mL的溶液中,不加FeSO₄的情况下,稻杆用量为3 g,改性pH值为8,H₂O₂用量为稻秆用量的30%,稻杆颗粒度为40目,改性温度为20℃,改性时间为4 h。用2 g H₂O₂改性稻秆处理100 mL 200 mg/L的Pb²⁺废水时,对Pb²⁺的吸附率为94.45%,吸附容量为9.445 mg/g,表明H₂O₂改性稻秆具有优良的吸附性能。     

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。     

Fe3+诱导聚多巴胺-聚乙烯亚胺电沉积制备单价选择性膜

仿生黏合剂聚多巴胺(polydopamine,PDA)与聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)共沉积是构建单价选择性分离层的有效方法。本实验通过浸泡预处理将Fe³⁺引入阳离子交换膜，并利用电场作用和Fe³⁺诱导PDA-PEI在膜面沉积改性。结果表明，该方法大大缩短了单价选择性膜的改性时间，制备了单价选择性阳离子交换膜。利用扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计、红外光谱仪、zeta电位对制得的膜进行表征和性能测试，探讨了Fe³⁺浓度对改性膜性能的影响。表明随着Fe³⁺浓度的增加改性膜的膜电阻呈上升趋势，而表面荷正电性和选择性均呈先增加后降低的趋势。由于电场和Fe³⁺对多巴胺聚合过程的共同影响，当Fe³⁺的浓度为0.001mol/L时，改性膜Na⁺/Mg²⁺选择性高达12.8，并且具有较低的膜电阻和优异的稳定性。     

柚皮化学改性及其对Fe~(3+)、Zn~(2+)吸附性能的研究

利用异丙醇和氢氧化钠对柚皮进行化学改性,发现其对Fe⁽³⁺⁾和Zn(3+)和Zn⁽²⁺⁾的吸附能力大大提高,而且经两种试剂处理后的柚皮,比单独用异丙醇处理的吸附性能更好。经异丙醇和氢氧化钠处理后的吸附剂对Zn(2+)的吸附能力大大提高,而且经两种试剂处理后的柚皮,比单独用异丙醇处理的吸附性能更好。经异丙醇和氢氧化钠处理后的吸附剂对Zn⁽²⁺⁾的吸附量随着Zn(2+)的吸附量随着Zn⁽²⁺⁾浓度增大而增大,当Zn(2+)浓度增大而增大,当Zn⁽²⁺⁾浓度达到0.75×10(2+)浓度达到0.75×10^(-3)mol/L后趋于平衡;且对Fe(-3)mol/L后趋于平衡;且对Fe⁽³⁺⁾的吸附量也随Fe(3+)的吸附量也随Fe⁽³⁺⁾浓度增大而增大,达到0.13×10(3+)浓度增大而增大,达到0.13×10^(-3)mol/L后,渐趋平衡。当吸附剂量达到0.08 g后,对Fe(-3)mol/L后,渐趋平衡。当吸附剂量达到0.08 g后,对Fe⁽³⁺⁾的吸附效率趋于平衡。当吸附剂的量达到0.06 g后,对Zn(3+)的吸附效率趋于平衡。当吸附剂的量达到0.06 g后,对Zn⁽²⁺⁾的吸附达到吸附平衡。由此,可以根据吸附后的金属离子浓度要求,选择合适的吸附剂量,这样既节约成本,又提高效率,且柚皮价格便宜,为绿色原料,对环境无污染。     

改性蒙脱土对废水中镍(Ⅱ)的吸附效果研究

天然蒙脱土用FeCl_3、AlCl_3、HCl及NH_4Cl 4种试剂进行改性,加入海藻酸钠制成小球处理含镍废水。研究海藻酸钠和改性蒙脱土比例、小球投加量、pH、吸附时间、Ni⁽²⁺⁾浓度、温度对小球吸附Ni(2+)浓度、温度对小球吸附Ni⁽²⁺⁾的性能影响。结果表明,HCl改性蒙脱土对Ni(2+)的性能影响。结果表明,HCl改性蒙脱土对Ni⁽²⁺⁾去除率最高,2%海藻酸钠和10%蒙脱土溶液的最佳比例是1∶1混合。10 mg/L的Ni(2+)去除率最高,2%海藻酸钠和10%蒙脱土溶液的最佳比例是1∶1混合。10 mg/L的Ni⁽²⁺⁾溶液在自然pH下,投加量为5 g/L,在30℃振荡吸附3 h,Ni(2+)溶液在自然pH下,投加量为5 g/L,在30℃振荡吸附3 h,Ni⁽²⁺⁾去除率可达97%。吸附动力学符合准二级反应方程,吸附热力学符合Langmuir等温吸附模型,热力学参数ΔH>0,ΔS>0,ΔG<0。小球用5%HCl再生,连续3次吸附-再生处理,其对10 mg/L Ni(2+)去除率可达97%。吸附动力学符合准二级反应方程,吸附热力学符合Langmuir等温吸附模型,热力学参数ΔH>0,ΔS>0,ΔG<0。小球用5%HCl再生,连续3次吸附-再生处理,其对10 mg/L Ni⁽²⁺⁾去除率仍保持97%。     

金属离子改性分子筛吸附水的Monte Carlo模拟

金属离子改性分子筛吸附脱水具有节能环保、吸附容量高、净化精度高等特点,受到广泛关注,但还缺乏平衡吸附量等基础数据。本文利用Materials Studio软件中Sorption模块进行落位计算得到合理的金属离子落位和分子筛构型,同时利用Reflex模块计算分子筛的XRD谱图,计算结果与国际分子筛协会（IZA-SC）的XRD标准谱图一致。采用蒙特卡罗法（Monte Carlo）的"COMPASS"力场对NaX、NaY和NaA 3种分子筛以及Ca²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺和K⁺改性分子筛吸附水进行分子模拟。结果表明,水的吸附属于第Ⅰ型Langmuir吸附等温线。NaX、NaY和NaA分子筛对水的平衡吸附量分别为360.3mg/g、393.8mg/g和295.5mg/g,Mg²⁺取代的X型、Y型和A型分子筛对水的吸附能力增加幅度最大。MgX的平衡吸附量达472.6mg/g,较未改性时增加了112.3mg/g。本研究可为高效分子筛脱水吸附剂的筛选及其应用提供一定的理论依据和指导。     

改性膨润土对重金属的吸附性能研究

膨润土是垃圾填埋场垫层的主要吸附、防渗材料之一,对土进行不同程度改性可提高对垃圾渗滤液中含量较高的重金属(Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺)的吸附性能。采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对钠基膨润土进行有机改性制得CTMAB-Bent,再利用聚丙烯酰胺(CPAM)对CTMAB-Bent复合改性后制得CPAM-Bent。通过设计正交实验,研究了不同因素(改性剂浓度、膨润土用量、吸附时间、吸附温度和离子浓度)对吸附性能的影响,以探讨吸附机理。结果表明,CPAM-Bent与CTMAB-Bent和钠基膨润土相比,吸附性能最优,三种重金属吸附率均高于90%,且最优条件为：改性剂浓度为5.5%,膨润土用量0.5 g,时间45 min,温度25℃;吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线与Langmuir模型相符,说明吸附过程按照单分子层吸附机理进行的,进一步通过拟合实验得知重金属(Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺)平衡吸附量分别为0.629、0.807、1.134 mg/...     

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。     

氧化铈-二氧化硅介孔材料制备及对铜离子的吸附性能

采用共沉淀法和沉淀浸渍法制备了纳米氧化铈-二氧化硅（CeO₂-SiO₂）介孔材料吸附剂,主要考察了其对水中铜离子（Cu²⁺）的吸附行为。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和氮吸附（BET）等手段对合成的介孔材料进行了性能表征,并通过静态吸附实验分析了溶液pH、溶液初始金属离子质量浓度、吸附剂用量、吸附时间等条件对介孔材料吸附Cu²⁺性能的影响。结果表明：共沉淀法制备的纳米CeO₂-SiO₂介孔材料对Cu²⁺的去除效果较沉淀浸渍法要好;当溶液pH=7.0时CeO₂-SiO₂介孔材料对Cu²⁺的吸附效果最好,20 min时基本达到吸附平衡;溶液初始Cu²⁺浓度增大Cu²⁺去除率降低,Cu²⁺累计吸附量增大;随着吸附剂用量增加Cu²⁺去除率增大,当CeO₂-SiO₂吸附剂用量为0.15 g/L时对Cu²⁺的去除率趋于稳定;CeO₂-SiO₂吸附剂对不同金属离子吸附性能由大到小的顺序为Cu²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺,该吸附过程均符合准二级动力学模型。     

磷钨酸铵-海藻酸钙复合吸附剂的制备及其铷吸附热力学及动力学

杂多酸盐无机离子吸附剂对于碱金属离子具有良好吸附性能,可望用于铷的分离提取。以海藻酸钙(CaALG)为载体,对铷有良好选择性的磷钨酸铵(AWP)为活性成分,采用溶胶凝胶法制备球形复合吸附剂AWP-CaALG并优化了物料配比、CaCl₂浓度、陈化时间及干燥温度等制备条件,通过SEM、XRD、IR分析对制备产物进行了表征。通过静态吸附实验,测得吸附剂对Rb⁺吸附容量达43 mg·g^-1。实验考察了溶液中铷初始浓度、吸附温度对吸附过程的影响,分别采用Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型对实验数据进行线性回归分析,结果表明吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型(R²>0.9962)。计算铷吸附过程焓变(ΔH)、熵变(ΔS)分别为-14.18 kJ·mol^-1和-0.0367 kJ·mol^-1·K^-1,不同温度下ΔG均为负值,说明该吸附过程可自发进行,低温利于吸附,升温利于解吸。吸附动力学结果表明该吸附过程符合拟二级动力学模型,且受化学反应控制。     

吸附法去除电解用氯化钠中微量碘离子

在离子膜法制碱过程中,盐水中的碘离子会在电解过程中被氧化成碘酸根或高碘酸根,与盐水中的钠离子、钡离子、钙离子、镁离子等形成碘酸盐沉淀或高碘酸盐沉淀,造成膜堵塞、膜使用寿命缩短、电解电流效率降低、电压升高等问题。本文采用溶胶凝胶法制备了有机胺类碘离子吸附剂,研究了动态吸附氯化钠中微量碘离子的去除性能和吸附柱循环再生性能,结果表明：吸附柱可将盐水中碘离子含量降至0.2mg/L以下,碘离子与氢离子物质的量比为1∶2、料液流速为6.4mL/（g·min）、碘离子含量为10mg/L时,采用0.01mol/L的Na₂CO₃洗脱再生循环5次,吸附剂处理盐水体积约在3.0～3.6L/g之间。同时,考察了盐水中共存离子对除碘性能的影响,结果表明：盐水中共存离子Br^-、SO₄^2-、Mg²⁺、Fe²⁺会使吸附柱可处理盐水体积降低,为保证吸附柱除碘效率,盐水除碘步骤应在精制除钙镁、除铁之后。     

改性果胶-Fe3O4磁性微球制备及对Pb 2+吸附性能

合成了一种琥珀酸酐改性果胶-四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性微球吸附剂,分别采用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）等手段对样品进行了表征,并研究了其吸附铅离子（Pb ²⁺）的性能。研究结果表明：成功制备了琥珀酸酐改性果胶-Fe₃O₄磁性微球,改性果胶包覆四氧化三铁几乎没有改变Fe₃O₄的尖晶石结构,其表面疏松多孔;改性果胶-Fe₃O₄磁性微球对铅离子的吸附符合准二级动力学方程、Langmuir等温吸附方程,吸附过程主要为化学吸附。最佳吸附条件：吸附时间为600 min,吸附温度为40 ℃,溶液pH为5,吸附剂添加量为20 mg,溶液中Pb ²⁺质量浓度为800 mg/L。改性果胶-Fe₃O₄磁性微球吸附剂用于脱除毛蚶子、扇贝酶解液中的Pb ²⁺,Pb ²⁺去除率分别为76.47%和80.34%,效果良好。     

Sulfamic acid functionalized slag for effective removal of organic dye and toxic metal from the aqueous samples

Surface functionalization of blast furnace slag with sulfamic acid(a zwitterion) was performed for the removal of Cr~(3+) and methylene blue dye(MB) from water samples. The slag functionalization process was optimized using Response Surface Methodology Design. Statistical analysis of the parameters that include the sulfamic acid amount(A), reaction time(B), and temperature(C) revealed that(A) increase had a negative effect on the adsorption of both pollutants by the zwitterion slag, whereas(B) and(C)increase presented a positive impact. At the optimum condition of 2 g sulfamic acid amount, 50 min reaction time and 37 °C temperature, the prepared slag showed a removal efficiency of more than 90% for both Cr~(3+) and MB. Surface characterization by SEM/EDS, FTIR, XPS and surface area analyser, showed an improvement in surface properties and the incorporation of zwitterionic NH_2~+ and S@O groups of sulfamic acid. Adsorption isotherm and kinetic studies conducted with the zwitterion slag showed the adsorption process was suited to Freundlich isotherm model and pseudo-second-order kinetic model.The thermodynamic study conducted revealed the spontaneity of the process based on the calculated negative DG(Gibb's free energy) values. The prepared zwitterion slag offered easy regeneration with dilute HCl solution and showed a considerable removal(Cr3+: 65% and MB: 80%) for both pollutants even after 3 cycles of usage.     

Ultrafiltration recovery of alginate: Membrane fouling mitigation by multivalent metal ions and properties of recycled materials

Recovery of alginate extracted from aerobic granular sludge (AGS) has given rise to a novel research direction. However, these extracted alginate solutions have a water content of nearly 100%. Alternately, ultrafiltration (UF) is generally used for concentration of polymers. Furthermore, the introduction of multivalent metal ions into alginate may provide a promising method for the development of novel nanomaterials. In this study, membrane fouling mitigation by multivalent metal ions, both individually and in combination, and properties of recycled materials were investigated for UF recovery of sodium alginate (SA). The filtration resistance showed a significantly negative correlation with the concentration of metal ions, arranged in the order of Mg²⁺ < Ca²⁺ < Fe³⁺ < Al³⁺ (filtration resistance mitigation), and the moisture content of recycled filter cake showed a marked decrease. For Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, and Ca²⁺+Fe³⁺, the filtration resistances were almost the same when the total charge concentration was less than 5 mmol·L^-1. However, when the total charge concentration was greater than 5 mmol·L^-1, membrane fouling mitigation increased significantly in the presence of Ca²⁺ or Fe³⁺ and remained constant for Mg²⁺ with the increase of total charge concentration. The filtration resistance mitigation was arranged in the order of Fe³⁺ > Fe³⁺ + Ca²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺. Three mechanisms were proposed in the presence of Fe³⁺, such as the decrease of SA concentration, change in pH, and production of hydroxide iron colloids from hydrolysis. The properties of recycled materials (filter cake) were investigated via optical microscope observation, dynamic light scattering, Fourier transform infrared, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy. The results provide further insight into UF recoveries of alginate extracted from AGS.     

Modification of Sodium Alginate for the Removal of Cd(II) from Aqueous Solutions

Sodium alginate was protonated using HCl in ethanol: H₂O mixture (30:70). The modified sodium alginate (MSA) was characterized by determination of carboxyl content and solubility percent. The modified sample acquires of 450 meq-COOH/100 g sample and exhibits the complete insolubility in water. The MSA was utilized as adsorbent material to remove Cd(II) ions from aqueous solutions. Factors affecting adsorption process, such as agitation time and adsorbent concentration and pH of the adsorbate, were examined. The adsorption data show that the maximum adsorption capacity, Q_max, of Cd(II) onto MSA is 769.23 mg/g. The adsorption data also showed that the adsorption of Cd(II) onto MSA obeys Langmuir and Freundlich isotherms.     

锰渣-赤泥吸附剂制备及其对铜（Ⅱ）吸附性能

锰渣是锰矿石生产硫酸锰过程产生的酸性过滤渣,赤泥是拜耳法生产氧化铝过程产生的碱性废渣,两种废渣排放量大,综合利用程度低。以锰渣和赤泥为原料,混合焙烧制备锰渣-赤泥吸附剂,实现了两种废渣的中和,制得的吸附剂pH接近中性。研究了锰渣-赤泥吸附剂对溶液中2价铜离子的吸附性能,为废渣的综合利用提供新途径。考察了吸附时间、溶液初始铜离子质量浓度、溶液pH等条件对吸附剂吸附溶液中铜离子的影响。结果表明：不同焙烧温度制得的吸附剂对铜离子的吸附平衡时间为22 h;焙烧温度为700 ℃制得的吸附剂（A700）对铜离子的吸附效果最好,在固液质量体积比（g/L）为0.4∶1条件下,达到平衡时溶液中铜离子的质量浓度可从20 mg/L降低到0.053 mg/L,平衡吸附量为45.739 2 mg/g,对铜离子的吸附去除率达到99.72%。吸附剂A700对铜离子的吸附符合准一级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。