胺基改性壳聚糖吸附材料的制备及其对铀的吸附性能研究

研究了采用水热法制备壳聚糖微球(HTCC),再通过环氧化-胺化改性法制备胺基改性壳聚糖吸附材料(AHTCC)并用于吸附废水中的低浓度铀。利用红外光谱仪、元素分析仪、热重分析仪等对AHTCC的结构、组分和热稳定性进行表征,并考察了AHTCC对铀的吸附、解吸性能。结果表明:在pH=5~8条件下,AHTCC对溶液中铀的吸附效果较好;铀吸附平衡质量浓度为120 mg/L左右时,吸附量达最大,为151.6 mg/g;铀吸附速率在反应最初60 min较快,180 min时达到吸附平衡;以80 g/L Na_(2)CO_(3)+20 g/L NaHCO_(3)作解吸剂,铀解吸率为97.5%;对于含杂离子浓度较高的实际含铀废水,经AHTCC单次吸附,铀的去除率可达95.6%。

汽车涂层样本单颗粒冲击破坏仿真分析

研究汽车涂层在冲击载荷下的破坏现象,对于预测涂层抗石击性能以及指导涂层结构设计和优化具有重要意义。建立了汽车涂层样本单颗粒冲击破坏有限元模型,使用自主开发的显式有限元求解器模拟汽车涂层冲击破坏过程。涂层层内破坏、基底与涂层界面分离破坏模式的仿真结果与试验结果的良好一致性,验证了仿真分析方法的有效性,揭示了涂层在冲击载荷下的层内破坏与界面分离破坏的失效机理。

一种新型的用于萃取铷的冠醚功能化磁性固相纳米材料

本研究成功制备了一种新型的用于萃取铷的冠醚功能化磁性固相纳米材料(CFE)。通过溶剂热法合成了Fe_(3)O_(4)纳米颗粒磁核,利用3-氨丙基三乙氧基硅烷在碱性环境下的酯水解反应,在磁核表面包覆SiO_(2)并修饰氨基,制备了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)-NH_(2)中间产物,再利用4′-羧基苯并-18-冠6-醚上的羧基与修饰在Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)-NH_(2)表面的氨基在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的催化下发生酰胺化反应,将该冠醚修饰在中间产物的表面,制备了CFE新型材料。分析了Fe_(3)O_(4)、Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)-NH_(2)、CFE的微观形貌、磁化性质、X射线衍射性质、红外吸收性质、元素组成,佐证了材料被成功制备,验证了CFE对Rb^(+)的萃取能力,研究了溶液pH对Rb^(+)萃取效果的影响。结果表明,室温下萃取30 min,在pH为13时CFE对Rb^(+)具有最佳的萃取效果,萃取率为90.0%。

P掺杂煤沥青基多孔炭的制备及对废水中广谱抗生素的吸附性能

以煤沥青为碳源,一水合次亚磷酸钠为磷源,氧化镁为模板耦合KOH活化,采用一步法制备了多孔炭(CPC_(x));并采用扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附仪、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等对炭材料进行了表征,考察了CPC_(x)对土霉素和氯霉素的吸附性能.结果表明,当煤沥青与磷源的质量比为2∶1时,制得的CPC_(2.0)总比表面积和微孔比表面积分别为2739和2353 m^(2)/g,平均孔径为3.78 nm;苯基吸收峰有所加深,出现新的P—O伸缩振动峰;碳材料表面的磷及磷构型中最稳定的C_(3)—P=O官能团含量分别达0.45%和37.7%(摩尔分数);Langmuir模型和拟二级动力学模型能更好地描述CPC_(2.0)对抗生素的吸附过程,CPC_(2.0)对土霉素和氯霉素的最大吸附容量分别为1780和1122 mg/g,表现出优异的吸附性能.

海绵状镍印迹壳聚糖吸附剂对软锰矿脱硫尾液中镍离子的选择性去除性能研究

为了选择性去除软锰矿脱硫尾液中镍离子以提高硫酸锰纯度,以壳聚糖为基体,研究了采用离子印迹法和化学发泡法制备海绵状镍印迹壳聚糖吸附剂Ni^(2+)-IIP,探讨了其在模拟二元溶液中的竞争和选择性吸附行为,并考察了温度、吸附时间和脱硫尾液pH对实际软锰矿脱硫尾液中镍离子吸附量和去除率、锰离子损失率的影响。结果表明:在模拟二元溶液中,虽然锰镍离子之间存在竞争吸附,但是Ni^(2+)-IIP仍对镍离子保持了较高的选择性;在实际软锰矿脱硫尾液中,当pH=5.0、吸附温度40℃、吸附时间1440 min时,镍离子吸附量和去除率分别为15.3 mg/g和90%,而锰离子损失率约11%;经过5次吸附—解吸循环,Ni^(2+)-IIP对脱硫尾液中镍的吸附量仅降低13.1%,再生性能良好。Ni^(2+)-IIP能选择性地去除脱硫尾液中的镍离子,实现硫酸锰溶液提纯。

四苯基甲烷共价有机框架材料对气态碘的吸附

为获得高效稳定的气态碘吸附材料,以四苯基甲烷作为醛基单体,分别与4,4’-二氨基三联苯和2,6-二氨基蒽在水热条件下合成了共价有机框架材料(COFs)DpTp-COF和AnTp-COF,合成的材料能够在400℃保持结构稳定,DpTp-COF和AnTp-COF的比表面积分别达到了955 m^(2)/g和786 m^(2)/g。实验条件下DpTp-COF和AnTp-COF对气态碘的最大吸附容量分别为4.75 g/g和4.95 g/g,吸附过程符合准二级动力学方程。吸附碘的COFs材料可以用乙醇实现碘的脱附,经过四次吸附-脱附循环后DpTp-COF和AnTp-COF的最大吸附容量分别降低了19.36%和24.85%。对吸附碘的DpTp-COF和AnTp-COF进行拉曼光谱和X射线光电子能谱表征,发现碘主要以I_(3)^(-)和I_(5)^(-)形式存在于两种材料上,表明COFs材料和碘分子之间发生了电荷转移。

掺杂磷烯二维纳米材料对草甘膦吸附机理的研究

草甘膦是世界上普遍使用的除草剂之一,被广泛使用在农田和非农田杂草的防治.由于草甘膦类除草剂的大范围应用,其对动植物的危害性逐渐受到人们的关注.磷烯二维纳米材料与草甘膦之间相互作用机理的研究对草甘膦的检测及去除具有重大的意义.本研究将采用基于密度泛函理论方法考察本征及Al,Ca,Ti及Fe金属原子掺杂的磷烯对草甘膦的吸附,通过吸附能,差分电荷密度,布居电荷分析本征及金属原子掺杂磷烯对草甘膦的吸附机制,从分子和原子水平上研究它们之间的详细机理.研究结果有望为掺杂磷烯材料在草甘膦吸附方面的应用提供有意义的理论参考.

罗汉果籽吸附氟离子效果的不同预测模型研究

目的建立不同罗汉果籽吸附氟离子预测模型。方法以吸附量为评价指标,筛选影响吸附效果的因素。在单因素的基础上,通过响应面法(response surface methodology,RSM)优化吸附温度、接触时间、吸附剂投加量、氟离子初始质量浓度和溶液pH。以吸附温度、接触时间、吸附剂投加量、氟离子初始质量浓度和溶液pH作为输入参数构建基于反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network,BP-ANN)的吸附量预测模型。根据模型在预测集上的表现确定具体的输入参数,将优化隐含层神经元数的BP-ANN与其他学习模型[遗传算法(genetic algorithm,GA)]优化的模型对比。结果通过两种模型的决定系数(coefficient of determination,R^(2))、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、均方误差(mean square error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)值比较,得出GA-BP-ANN预测模型(R^(2)=0.92594)的预测效果较优于BP-ANN(R^(2)=0.88498)。结论相较于BP-ANN预测模型,经过优化后的GA-BP-ANN预测模型对吸附量的预测精度更高。GA-BP-ANN预测模型可为罗汉果籽吸附氟离子效果提供技术参考,去除水中氟离子效果较好。

4-VP-DVB的合成及其用于煤化工废水中苯酚的吸附

以1,2-二氯乙烷为成孔剂,偶氮二异丁腈为引发剂,聚乙烯醇为稳定剂,4-乙烯基吡啶(4-VP)为功能单体,与二乙烯基苯共聚合成4-乙烯基吡啶-二乙烯基苯共聚物(4-VP-DVB),研究4-VP用量对4-VP-DVB物化参数及对煤化工废水中苯酚吸附性能的影响。结果表明:4-VP用量为5%~10%(w)时,4-VP-DVB的比表面积相对较大,且平均孔径较小,孔体积较大,对煤化工废水中苯酚的吸附性能较优,对苯酚的静态吸附动力学更符合准二级吸附动力学方程,且物理吸附是主要的驱动力。

磁性三乙烯四胺/单宁树脂对Cu^(2+)、Pb^(2+)的吸附性能研究

利用曼尼希反应将三乙烯四胺(TETA)固化到单宁(TA)基体表面,热溶剂法制得磁性单宁基树脂(MTETA-TA)。通过红外光谱、扫描电镜、比表面积及孔隙度分析仪、振动样品磁强计对M-TETA-TA进行表征,表明M-TETA-TA具有疏水性强、比表面积大的优势,Fe_(3)O_(4)的成功引入有效解决吸附剂回收难的问题。对含Cu^(^(2+))、Pb^(2+)废水溶液进行了静态吸附实验,探讨了其对金属的吸附性能。在pH为5的酸性条件下,吸附效果较好;Cu^(^(2+))和Pb^(2+)吸附动力学均符合准二级反应动力学模型,主要为化学吸附;Cu^(^(2+))的吸附等温线符合Langmuir模型,属单层吸附,理论吸附最大值为173.33 mg·g^(-1);Pb^(2+)的吸附等温线符合Sips模型,属多层吸附,理论吸附最大值为217.14 mg·g^(-1)。推测M-TETA-TA对Pb^(2+)的吸附除了螯合、氧化还原等化学反应,还存在静电和离子交换作用,氨基和酚羟基为主要参与官能团。循环再生5次后,仍有较高的吸附性能和磁性强度。

氧化铋负载聚丙烯腈复合球体对溶液中碘的吸附性能研究

采用水热法和相转移法合成了易于实现固液分离的氧化铋负载聚丙烯腈复合球体,将其用于溶液中碘离子的吸附性能研究,详细探讨了氧化铋和聚丙烯腈的物质的量比、体系酸度、碘离子初始浓度等因素对碘离子吸附性能的影响。结果表明,当氧化铋和聚丙烯腈的物质的量比为2∶1时,合成的吸附剂吸附效果最佳,溶液pH为7.0时,吸附剂对碘离子的吸附在210 min可达吸附平衡,最大实验吸附容量为122.3 mg/g。Langmuir和准二级动力学模型可以较好地拟合该吸附过程,Langmuir拟合计算得到的理论吸附容量为135.7 mg/g,动力学拟合表明该吸附以化学过程为主,颗粒内扩散会对吸附速率产生较大影响。采用氯化钾溶液可以洗脱被吸附的碘离子,吸附洗脱实验结果表明氧化铋负载聚丙烯腈复合球体的重复使用性良好。

氮掺杂的碳基吸附剂高效分离甲烷/氮气

采用变压吸附(PSA)高效分离甲烷和氮气是实现甲烷富集和回收的重要手段之一,其核心是高性能吸附剂的制备。本研究以三聚氰胺(M)为氮源,采用水热法合成了五种不同三聚氰胺和间苯二酚(R)质量比的间苯二酚树脂基吸附材料MRF-AC_(n)。运用容量法测试303K,0~0.7MPa下甲烷和氮气的吸附性能,低温(77 K)氮吸脱附法对材料的孔结构进行表征,分别用Langmuir Freundlich(LF)模型和准二阶动力学(PSO)模型拟合甲烷和氮气的吸附等温线数据和动力学数据。结果表明,氮元素的引入调节了吸附材料的孔结构,不同程度增加了吸附材料的比表面积和微孔孔容,增加了吸附材料的极性,从而改变了甲烷和氮气的吸附量,其中样品MRF-AC_(2)表现出更好的甲烷和氮气吸附和分离性能,吸附量分别为45.20和22.23mL·g^(-1)分离比最高达到10以上。

P507溶剂浸渍树脂吸附Ga(Ⅲ)的性能研究

溶剂浸渍树脂(SIRs)分离法兼具溶剂萃取与离子交换两种分离方法的优点,且树脂制备简单,可根据实际情况灵活选用不同的载体和萃取剂,有望实现镓绿色、高效的分离回收。本文以苯乙烯-二乙烯基苯大孔吸附树脂(代号:HZ818)为载体、2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯(代号:P507)为萃取剂,制备P507 SIRs,研究了该SIRs在H 2SO 4体系中吸附Ga(Ⅲ)的性能。静态吸附实验表明:298 K时,P507 SIRs对Ga(Ⅲ)的最佳吸附pH值为3.3,对应吸附量为13.7 mg·g^(-1);吸附平衡时间为14 h,动力学吸附过程可用拟二级动力学方程描述;等温吸附均符合Langmuir等温吸附模型。动态吸附实验表明:低流速有利于P507 SIRs对Ga(Ⅲ)充分吸附;1.5 mol·L^(-1)的HCl可以将吸附于P507 SIRs上的Ga(Ⅲ)完全洗脱;P507 SIRs对Ga(Ⅲ)循环吸附稳定性能有待提高。在Ga(Ⅲ)-Zn(Ⅱ)、Ga(Ⅲ)-Cu(Ⅱ)二元混合体系中,P507 SIRs对Ga(Ⅲ)具有较好的吸附选择性,通过控制溶液pH值可以实现Ga(Ⅲ)的分离富集;在含Fe(Ⅲ)的Ga(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)二元体系和Ga(Ⅲ)-Zn(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)多元体系中,P507 SIRs对Fe(Ⅲ)表现出较好的吸附选择性,而对Ga(Ⅲ)吸附甚微,表明Fe(Ⅲ)的存在对P507 SIRs吸附Ga(Ⅲ)产生较大干扰。

氟化对钛锂离子筛制备及性能的影响

以二氧化钛为钛源,氢氧化锂为锂源,氟化铵为改性剂,采用水热法制备氟改性钛酸锂(F-Li_(2)TiO_(3)),经盐酸洗脱得到氟化钛锂离子筛(F-H_(2)TiO_(3))。研究氟化铵用量和煅烧温度对Li_(2)TiO_(3)前驱体形貌、晶体结构的影响以及F-Li_(2)TiO_(3)洗脱和F-H_(2)TiO_(3)吸附性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)分别对样品的表面形貌、晶相组成、比表面积和孔结构、元素含量和价态进行了表征分析。结果表明,氟钛比为0.15时,可以得到颗粒分散且具有多孔结构的F-Li_(2)TiO_(3),经过700℃热处理的样品各晶面结晶度最完整,洗脱率达到96.98%,显著高于未改性样品(90.55%)。F-H_(2)TiO_(3)最大吸附容量达到46.52 mg/g,与未改性样品(35.51 mg/g)相比有较大提升,对Li+的吸附速率明显加快,吸附平衡时间从12 h缩短到10 h。F-H_(2)TiO_(3)吸附等温线符合Langmuir模型,吸附动力学符合伪二级动力学模型,吸附方式为化学单层吸附。

本征及掺杂磷烯对2,3,7,8-TCDD吸附机理的计算模拟研究

2,3,7,8-四氯二苯并对二噁英(2,3,7,8-TCDD)是二噁英家族中危害人类和环境最显著的一种.设计一种高效,灵敏的吸附剂来检测和去除2,3,7,8-TCDD对人类和环境的影响是亟需解决的问题.本研究利用基于密度泛函理论(DFT)的计算模拟方法探索了本征磷烯对2,3,7,8-TCDD的吸附机理,并详细考察了掺杂Ti,Fe,Ca,Al金属原子后磷烯对2,3,7,8-TCDD吸附的影响.研究结果表明2,3,7,8-TCDD初始构型会影响磷烯对其吸附,当平躺于磷烯表面时有较大的吸附.而且掺杂金属原子的磷烯对2,3,7,8-TCDD的吸附也存在较大的影响,掺杂金属原子均增大了磷烯对2,3,7,8-TCDD的吸附,其中Ca掺杂磷烯>Fe掺杂磷烯>Ti掺杂磷烯>Al掺杂磷烯.研究结论对于2,3,7,8-TCDD的处理带来了新的思考方向,有望为二噁英的检测和去除提供有用的理论指导.

功能化石墨烯对亚甲基蓝染料吸附的密度泛函理论研究

由于染料在食品,印刷,纺织等行业的广泛应用,水中的染料被广泛发现,染料污染是造成水污染的重要原因之一,因此,对于水中染料进行前处理变得尤为重要.石墨烯和功能化石墨烯的吸附性能可以被应用于水中染料的检测和去除.本研究采用密度泛函理论方法详细探讨了纯石墨烯和功能化石墨烯对亚甲基蓝有机染料污染物的吸附机理.研究结果表明,纯的石墨烯和功能化石墨烯表面对亚甲基蓝染料均有一定程度的吸附,其中环氧原子,羧基和羟基功能化的石墨烯对亚甲基蓝的吸附能力较纯石墨烯吸附能力强,其次是环氧,羧基和羟基三者共同功能化的石墨烯吸附能力最强.研究结果有望为石墨烯材料在有机染料的吸附应用方面提供有意义的理论指导.

TpBD-3COOH COF的制备及对废水中罗丹明B吸附性能研究

研究了以三醛基间苯三酚(Tp)、4,4-二氨基联苯-2,2-二羧酸(DBd)和联苯二胺(BD)为原料,通过溶剂热法制备新型羧基官能化的二维共价有机框架材料TpBD-3COOH COF,并用于吸附罗丹明B染料废水,采用XRD、FT-IR、SEM对其形貌进行了表征。结果表明:在pH=4、TpBD-3COOH COF用量8 mg、废水中罗丹明B质量浓度10 mg/L条件下吸附60 min,罗丹明B去除率可达95%;5次重复试验后,TpBD-3COOH COF对罗丹明B的去除率仍可达70%以上,且吸附过程与准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型相吻合。

吸附法去除废水中磺胺类抗生素研究进展

磺胺类抗生素广泛用于医药工业生产、畜牧业以及水产养殖业,过度使用会使环境水体中有一定量的残留,所以去除水体中的磺胺类抗生素是十分有必要的。吸附法分离技术,操作简单、稳定性强、吸附剂可重复再利用,是目前常用的废水处理方法之一。吸附法研究的关键是吸附剂的选择。本文从传统吸附材料和新兴吸附材料角度综述了近年吸附法从废水中去除磺胺类抗生素的研究进展,同时从吸附机理角度总结了去除磺胺类抗生素的内涵,吸附剂对磺胺类抗生素的吸附机理通常包括T-T键相互作用、氢键、静电相互作用以及孔隙填充和颗粒内扩散。对生物炭以及改性生物炭材料吸附反应的稳定性、回收利用性以及对于环境是否产生二次污染进行了展望,提出了未来制作吸附材料需要关注的问题,可以充分利用组合技术实现高吸附,同时也为探索新的吸附材料提供了思路。

基于第一性原理计算Ca掺杂MoS_(2)对焊接气体的吸附性能

工业焊接的过程中会产生焊接废气例如CO、NO_(2)和CH_(4),这些气体会对工作人员的身心健康造成威胁,为解决这种废气吸附的需求,此文用基于密度泛函理论的第一性原理方法,搭建了Ca掺杂MoS_(2)的模型,用Dmol3模块研究掺杂后的电子结构,并计算了Ca-MoS_(2)吸附CO、CH_(4)和NO_(2)三种气体的态密度、电荷转移、吸附能、电子密度差等参数.结果表明Ca-MoS_(2)对于CH_(4)是一种物理吸附,主要是范德华力作用,而Ca-MoS_(2)吸附CO和NO_(2)是一种化学吸附,存在较强的吸附能力.此类掺杂有望制成新的气敏传感器等有益结果,该工作具有一定意义.

Cu(110)晶面催化还原CO_(2)制备甲酸机理的第一性原理研究

铜基催化剂是一种高效还原CO_(2)为甲酸的绿色催化剂,明确不同晶面的还原机理对催化剂的设计及开发具有重要指导意义,但Cu(110)晶面的催化机理尚不明确。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Cu(110)表面的还原机理进行了研究,系统研究了不同中间产物的吸附相关性质并探讨了相关的吸附机理。吸附能结果表明,CO_(2)在Cu(110)表面无法发生化学吸附,而^(*)COOH、^(*)HCOO、HCOOH分子和H原子的最稳定吸附位点分别为长桥位点、短桥位点、顶位点和HCP位点。布居数结果表明,^(*)HCOO和HCOOH分子在吸附过程中与Cu(110)表面的Cu原子形成离子键,H原子和Cu原子之间存在氢键作用,^(*)COOH分子中的C和Cu原子形成共价键。此外,电子态密度结果表明^(*)HCOO基团和Cu原子之间形成O—Cu键,^(*)COOH基团中的C和Cu原子形成C—Cu键,HCOOH分子中的O和Cu原子形成O—Cu键。相比于^(*)COOH/Cu(110)体系,^(*)HCOO/Cu(110)吸附体系的电荷密度、电荷转移量和成键能力均较强,说明CO_(2)在Cu(110)还原过程中中间体^(*)HCOO更稳定,合成路径属于更加高效的:CO_(2)→^(*)HCOO→HCOOH路径。