绿色吸附剂松树叶去除水中Cr(Ⅵ)的性能和机理研究

将废弃松树叶用于水中Cr(Ⅵ)的吸附去除。研究发现松树叶可有效去除Cr(Ⅵ),反应3h后可达到吸附平衡,其最大平衡吸附量为45.73mg·g~(-1)。Cr(Ⅵ)在松树叶表面的吸附动力学符合准二级反应动力学和Freundlich等温线模型,其吸附过程包括表面扩散、颗粒内部扩散和吸附平衡扩散3个阶段。该吸附为吸热反应,吸附活化能为54.68kJ·mol~(-1)。研究表明将松树叶进行资源化利用,作为绿色吸附剂吸附去除水中的重金属离子是一种高效、环境友好的方法。     

MoS_2纳米片去除水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和机理

采用简单的一步水热法合成了薄片状纳米MoS_2并将其用于吸附去除水中Cr(Ⅵ)。片状MoS_2对Cr(Ⅵ)具有非常好的吸附效果,反应不到160min就达到了吸附平衡,Cr(Ⅵ)的去除率可达97%。Cr(Ⅵ)在MoS_2上的表面吸附是自发吸热的化学吸附过程,反应速率主要由扩散速率控制。其反应动力学符合准二级动力学模型,由Langmuir等温线计算的最大平衡吸附量为36.22mg·g~(-1)。实验结果表明MoS_2纳米片是一种优良的金属离子吸附剂。     

壳聚糖复合磁性生物炭吸附去除水中Cu(Ⅱ)的性能和机理

以粉碎松树枝粉末为原料高温热解制备生物炭,然后采用水热方法与Fe3O4和壳聚糖复合,制备复合吸附剂,并将其用于水中Cu(Ⅱ)的吸附去除。研究发现复合吸附剂可有效去除Cu(Ⅱ),反应1.5h后可达到吸附平衡,其最大平衡吸附量为74.83mg·g-1。对其吸附机理研究表明,Cu(Ⅱ)在复合吸附剂表面的吸附过程包括表面扩散、颗粒内部扩散和吸附平衡扩散三个阶段,其吸附反应动力学可采用准二级反应动力学方程拟合,吸附等温线符合Langmuir模型。对其反应热力学研究表明Cu(Ⅱ)在复合生物炭表面的吸附主要为物理吸附。     

聚乙烯亚胺改性磁性吸附剂对水中腐殖酸的吸附

制备了聚乙烯亚胺改性磁性吸附剂(Fe_3O_4@SiO_2-PEI),并将其用于吸附去除水中腐殖酸.通过TEM、XRD、VSM和FTIR等表征了Fe_3O_4@SiO_2-PEI的结构和表面特性,表征结果表明,聚乙烯亚胺成功的反应到磁性Fe_3O_4@SiO_2表面,并具有较好的超顺磁性.Fe_3O_4@SiO_2-PEI对水中HA具有良好的吸附性能,吸附量为57.26mg/g,吸附动力学可以很好的用拟二级动力学描述,随着pH的升高吸附量减小,阳离子对吸附有促进作用,不同离子的影响大小顺序为Ca2+Na+≧K+.     

Fe_3O_4@SiO_2-CS的制备及其对水体中Pb(Ⅱ)的吸附性能

利用正硅酸乙酯(TEOS)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)对Fe_3O_4磁性纳米粒子进行改性,合成Fe_3O_4@SiO_2-NH_2,再以戊二醛为交联剂接枝壳聚糖制备Fe_3O_4@SiO_2-CS。利用XRD、红外光谱(FⅡR)、透射电镜(TEM)对Fe_3O_4@SiO_2-CS进行表征。考察温度、时间、Pb(Ⅱ)初始浓度和pH值等不同因素的影响下,Fe_3O_4@SiO_2-CS对Pb(Ⅱ)的吸附机理及其再生性能。研究表明,Fe_3O_4@SiO_2-CS对Pb(Ⅱ)的吸附动力学过程符合Lagergren准二级动力学方程,属于化学吸附;同时,此吸附过程符合Langmuir等温吸附模型的条件,属单分子层吸附。此反应过程为吸热反应,升温有利于吸附持续进行。     

g-C3 N4/Fe3 O4磁性纳米复合材料 去除水中对硝基酚的研究

采用溶剂热法,以g-C_3N_4为基体制备g-C_3N_4/Fe_3O_4磁性纳米复合材料,并将其作为吸附剂,研究了不同的吸附条件对g-C_3N_4/Fe_3O_4去除水中对硝基酚性能的影响,并利用Langmuir和Freundlich等温线模型分析了该吸附行为。结果表明,在投料量为10 mg,吸附时间为5 min时,对硝基酚的去除率达到85.7%;吸附等温线拟合结果表明g-C_3N_4/Fe_3O_4对对硝基酚的吸附行为更符合Langmuir等温模型,相关系数为0.9943。     

氧化铝负载纳米钛酸锶的制备及其在铬形态分析中的应用

采用溶胶凝胶法制备氧化铝负载纳米钛酸锶(AST),并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪进行表征。研究AST对水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的吸附性能,考察吸附剂的再生及Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的分离富集条件。结果表明:采用溶胶凝胶浸渍法,纳米钛酸锶粒子可牢固地负载于氧化铝表面,钛酸锶晶体平均粒径为22 nm。得到的新型纳米钛酸锶吸附材料对水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)均具有较强的吸附富集能力,但其吸附性能取决于介质的pH值,可通过改变介质的pH值,实现Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的吸附分离。吸附于AST上的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ),可分别用洗脱剂洗脱,采用原子吸收光谱法分别测定,据此建立水中铬形态分离富集新方法。该方法用于水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的分离富集和原子吸收测定,结果满意。     

Fe_3O_4/GO复合材料对甲基橙的吸附性能

采用超声沉淀法合成Fe_3O_4/GO复合材料,通过SEM、XRD、FTIR和VSM对Fe_3O_4/GO复合材料的形貌、结构和磁性进行表征,通过对甲基橙溶液的吸附实验考察p H值、吸附剂添加量、吸附时间等因素对Fe_3O_4/GO复合材料吸附效果的影响,并进行了吸附动力学和等温吸附模型拟合.结果表明:Fe_3O_4与GO成功复合,Fe_3O_4/GO复合材料具有超顺磁性,在外在磁场的作用下可实现吸附剂与吸附质的快速分离;pH3.5时,染料去除率随着pH值增大呈下降趋势;随着吸附剂添加量增大,染料去除率逐渐增大;随着吸附时间增加,染料去除率先急剧上升,然后上升幅度趋缓直至达到吸附平衡;Fe_3O_4/GO复合材料对甲基橙的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型,为化学单层吸附;pH为3左右,温度为298 K时,Fe_3O_4/GO复合材料对甲基橙的最大吸附容量可达139.7 mg/g.     

纳米Fe_3O_4/超支化聚合物制备及性能

为了提高纳米Fe_3O_4的分散性,以马来酸酐改性超支化聚合物(简称超支化物)为模板,采用原位共沉淀法制备纳米Fe_3O_4/超支化物(Fe_3O_4/HB),并将Fe_3O_4/HB应用于催化双氧水降解染料。分析了铁盐比例(nFe2+∶nFe3+)、超支化物与FeCl2质量比(mHB∶mFeCl2)、吸附配位反应时间和共沉淀反应pH值对纳米Fe_3O_4粒径的影响,并对纳米Fe_3O_4/HB催化降解性能进行了测试。结果表明:纳米Fe_3O_4/HB制备的优化条件为:nFe2+∶nFe3+为1∶1.8,mHB∶mFeCl2为7.5∶1,吸附配位反应时间4h,共沉淀反应pH值为11,所得纳米Fe_3O_4平均粒径为116.3nm。Fe_3O_4/HB在中性条件下催化双氧水降解活性KN-G 60min,其降解率可达到99.8%。相比于无超支化物为模板制备的纳米Fe_3O_4,实验所得纳米Fe_3O_4粒径小,分散性和催化降解性能明显提高。     

Fe_3O_4@SiO_2@CPB磁性纳米粒子对刚果红的吸附研究

使用简单的合成方法,制备出Fe_3O_4@SiO_2@CPB磁性纳米粒子,通过透射电子显微镜进行结构表征.研究了刚果红初始浓度、反应温度和pH值对吸附效果的影响.研究结果表明,吸附剂对刚果红具有较好的吸附能力,吸附量随刚果红浓度增大和温度升高而增大,而pH对吸附量的影响不大.吸附动力学表明Fe_3O_4@SiO_2@CPB对刚果红的吸附过程更符合准二级反应模型.等温吸附线性拟合表明该吸附过程更符合Langmuir等温吸附,最大吸附容量为434.783 mg/g左右.     

稻壳活性炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附

利用农业废弃物稻壳为原材料制备活性炭,并对其吸附水中Cr(Ⅵ)的行为进行了研究.采用单因素法探索溶液pH值、稻壳活性炭投加量、吸附时间、反应温度等因素对吸附性能的影响,并对其动力学特性进行了研究.结果表明:稻壳活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附在120 min到达平衡;pH对吸附率影响较大,当pH为2,温度为30℃时,对Cr(Ⅵ)的吸附率可达96%以上.动力学数据分析表明,吸附过程符合准二级动力学模型;等温吸附过程可以用Langmuir等温吸附方程来描述,吸附过程以单分子层吸附为主.     

铁铝复合吸附剂去除水中痕量磷效能及机理

考察了铁铝复合吸附剂去除水中痕量磷的效能,并采用粒度分析、Zeta电位测定及能谱分析等手段对其吸附除磷机理进行探讨.结果表明,该吸附剂具有高效吸附除磷效能,明显优于同等条件下Fe_2O_3和活性氧化铝(γ-Al_2O_3),初始ρ(PO_4~(3-)-P)=0.3 mg/L时,其吸附容量比Fe_2O_3和γ-Al_2O_3分别提高了近1.5倍和2.5倍.该吸附剂具备超细粉体的特征,比表面积达184.45 m~2/g,是Fe_2O_3的9.15倍.Al元素的嵌入、制备过程中.研磨粉碎导致的晶格错位及微晶化是其对磷高效吸附的一个主要原因.其0电荷点为6.2,水处理过程中.在吸附剂表面同时存在非特性吸附和强特性吸附是其对磷高效吸附的另一个主要原因.     

化学链燃烧中Co掺杂改性Fe_2O_3(104)载氧体反应特性

基于密度泛函理论建立金属Co掺杂的铁基载氧体的微观模型,探究掺杂Co后模型表面的电子结构及反应特性的变化。首先,采用Material Studio软件中CASTEP模块构建并优化Fe_2O_3(104)的平板模型;其次,以Co原子分别替换模型表面不同配位数的Fe原子(Fe5f,Fe6f和Fe7f),构建Co在表面不同Fe原子位的掺杂模型(Co–Fe_2O_3(104));最后,计算纯净模型和掺杂模型的表面能、掺杂结合能、态密度以及掺杂位点原子的键长、键角和原子间距离等参数,考察CO在Fe_2O_3(104)和Co掺杂的Fe_2O_3(104)表面的等温吸附特性,并以CO分子为探针测试Co掺杂模型和纯净模型表面的氧化反应特性,获取反应路径、过渡态和反应活化能等信息。几何优化结果得到Co掺杂模型的稳定性顺序是:Co5f–Fe_2O_3(104) Co6f–Fe_2O_3(104) Co7f–Fe_2O_3(104),对应的结合能分别为–0.399 eV、–0.215 eV和0.487 eV,Co在Fe5f和Fe6f位的掺杂是放热过程,并且在Fe5f原子位的掺杂时放热较多,而在Fe7f原子的掺杂属于是吸热反应;Co掺杂改变了掺杂位点相邻O原子的平均键长LO-M(M代表Fe或Co),其中Co替换Fe7f后相邻O原子的LO-M增加了0.004 4 nm;掺杂Co后模型的总态密度(DOS)均向费米能级(0 eV)方向移动,在–8 eV～0 eV能量范围内离域性增强,而且Co5f–Fe_2O_3(104)模型体系靠近费米能级左边的填充态能量高于其他模型。等温吸附表明Co掺杂可以提高CO在模型表面的吸附量,并且存在吸附两种方式:–2.0 eV附近的峰为CO模型表面碱性位点的吸附峰,–0.75 eV附近的峰为CO在非碱性位点的吸附峰。CO在Co5f–Fe_2O_3(104)表面的吸附能(–0.851 eV)最大,而在Co7f–Fe_2O_3(104)表面的吸附需要外加能量(0.386 eV),CO在Co6f和Co7f掺杂位吸附的键长(LCO)比纯净模型表面的分别增加了0.000 4 nm和0.001 1 nm,表明Co掺杂表面对CO分子的活化作用较大;过渡态分析表明CO在Co掺杂表面氧化生成CO2的反应活化能均明显下降,其中CO在Co5f–Fe_2O_3(104)表面生成CO2的活化能最低,比在Fe_2O_3(104)表面的减少了0.518 eV,且相应的反应能增加了0.445 eV。研究表明,Co与Fe在其氧化物中成键结构不同,导致掺杂后模型表面的悬键增多,表面能增大,态密度向费米能级方向移动,提高了Fe_2O_3(104)表面活性,并且Co在低配位数Fe原子位的掺杂更有利于降低氧化CO的反应活化能。因此,通过掺杂金属Co提高铁基载氧体反应活性是可行的,其改性效果与掺杂活性成分的特性和掺杂方式有密切的关系。     

响应面法优化空气氛围下制备S-nZVI对水中Cr(Ⅵ)的去除

在空气氛围下制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),通过SEM、XRD等进行表征,并对其去除水中Cr(VI)进行研究。以Cr(VI)去除率为响应值建立了4因素5水平的响应面模型。SEM和XRD结果显示S-nZVI具有片状结构,主要成分为Fe~0并含有少量的FeS和铁氧化物。响应面法分析结果表明模型可信度高,适用于模拟4种因素对S-nZVI去除Cr(VI)的影响。以伪一级、伪二级动力学模型拟合S-nZVI去除Cr(VI),结果显示伪二级动力学模型R~2为0.999,拟合度更好,说明S-nZVI对Cr(VI)的去除主要以化学吸附为主,平衡吸附量达到156.3 mg/g。     

胶原纤维固化杨梅单宁对Cr(Ⅵ)的吸附

研究了胶原纤维固化杨梅单宁(IBT)对Cr(Ⅵ)的吸附特性及机理.实验表明,Cr(VI)吸附容量随pH值降低而增加,低温更有利于Cr(Ⅵ)的吸附.当吸附剂用量为0.100 g,温度为303 K,pH为2.0,溶液体积为100 ml,Cr(Ⅵ)初始浓度为100mg·L~(-1)时,IBT对Cr(Ⅵ)吸附容量为78.5 mg·g~(-1). Freundlich方程可以很好地描述吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附等温线.动力学研究表明,初始吸附进行得很快,当吸附进行到500 min时,吸附达平衡.吸附动力学可以很好地用拟二级速率方程来描述,计算所得平衡吸附量与实测值误差很小.IBT对Cr(Ⅵ)的吸附是氧化还原吸附.Cr(Ⅵ)被IBT还原成Cr(Ⅲ)后,再与吸附剂结合而被吸附.     

γ-Al_2O_3固载水滑石的原位制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以γ-Al_2O_3为载体,水热法原位合成γ-Al_2O_3固载镁铝水滑石,并在400℃对制备的水滑石(LDH)进行焙烧,制得γ-Al_2O_3固载的Mg Al复合金属氧化物(LDO),利用水滑石的记忆效应进行吸附脱除Cr(Ⅵ)的实验研究.结果表明:原位水热反应制得的γ-Al_2O_3固载水滑石样品表面被片状水滑石覆盖;γ-Al_2O_3固载的Mg Al复合金属氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附量远大于未焙烧的水滑石;且水滑石焙烧温度为400℃、Cr(Ⅵ)溶液p H为5时,Cr(Ⅵ)脱除性能最好;γ-Al_2O_3固载的Mg Al复合金属氧化物质量一定,Cr(Ⅵ)溶液初始浓度变大时,Cr(Ⅵ)的脱除率将降低.     

纳米Fe_2O_3/TiO_2复合材料用于吸附与氧化除As(Ⅲ)

以酞酸丁酯和铁醇盐为原料制备出一系列纳米Fe_2O_3/TiO_2复合材料用以去除水体中的砷.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌特征、晶体结构及表面结构和光吸收特性等进行了表征.结果表明:该样品粒度均匀,为单一锐钛矿相,对紫外和可见光均有良好吸收性能.该种材料对3价砷有较强的氧化和吸附能力. 600℃煅烧的样品对As(Ⅲ)的氧化能力最强,氧化过程符合准一级反应方程,pH增大有利于氧化反应的进行. 400℃煅烧的样品对As(Ⅲ)的吸附性能最佳,吸附过程中pH适用范围为3～7,该吸附过程符合准二级动力学标准,吸附等温线符合Langmuir模型.     

表面铜离子印迹聚胺硅胶材料的吸附行为

采用先物理负载后表面交联的方法合成铜离子印迹聚烯丙基胺硅胶材料(IIP-PAA/Si O_2),测定了IIP-PAA/Si O_2对Cu(Ⅱ)的吸附热力学、吸附动力学和选择性能.结果表明:IIP-PAA/Si O_2对铜离子的吸附量和选择性随温度升高而减小;测定的吸附平衡数据可用Langmuir方程拟合,计算得到过程的吸附焓变ΔH~0为-12.29 k J·mo L~(-1),吉布斯自由能ΔG~0为-16.5~17.05 k J·mo L~(-1),这也表明该吸附过程放热,因此,升高温度不利于吸附;吸附过程的吸附动力学可用拟二级动力学方程描述,拟合的吸附动力学常数和平衡吸附容量与溶液初始浓度有关.     

Fe/Cu双金属可渗透反应墙体系对Cr(VI)的去除研究

基于零价铁可渗透反应墙技术,采用化学沉积法制备了Fe/Cu双金属颗粒材料,对Fe/Cu材料进行表征,发现其表观非均匀,化学组成为Cu涂覆在铁颗粒表面;通过静态试验系统地考察了反应温度、溶液pH值、平均流速、等温吸附、双金属材料与河砂的配比等条件对Cr（Ⅵ）去除效果的影响,同时调节进水流速,实现了动态试验的模拟。Cr（Ⅵ）去除的静态试验表明,当mFe：mCu=10：2、投加量40 mg/mL、Cr（Ⅵ）初始浓度50 mg/L、pH=7.5、反应温度298 K时,对水中Cr（Ⅵ）的去除效果最佳,在反应15 min左右时,对Cr（Ⅵ）去除率高达99.4%;动态试验表明,快流速组（104 mL/h）的Cr（Ⅵ）的平均吸附量为0.869 mg/g,慢流速组（28 mL/h）的Cr（Ⅵ）平均吸附量为0.920 mg/g,慢流速组的总吸附量较高。采用Langmuir和Freundlich模型拟合表明,该吸附反应属于单层吸附过程,且升温有利于该吸附反应的进行。实现了Fe/Cu双金属颗粒材料的制备,并对Cr（Ⅵ）有很好的去除效果,结合PRB技术,有望实现地下水等水体中Cr（Ⅵ）的有效去除。     

活性炭吸附水中六价铬机理及影响因素

重金属因其潜在的生物毒性和高污染风险给水源地水质安全与城市饮用水安全保障带来严重威胁。活性炭吸附法去除水中重金属离子较其他方法具有高效性、化学污泥减量化、低温适应能力强、可实现重金属回收等优点而得到广泛应用。本文以六价铬为典型污染物,分析其化学特性及毒理学性质,阐述活性炭吸附水中Cr（Ⅵ）的表面接触还原作用、表面结合作用和表面沉积作用等主要吸附机理,并对pH值、离子强度、活性炭表面积及孔径分布、表面官能团特性、腐植酸类物质对活性炭吸附水中Cr（VI）效能的影响进行探讨。