壳聚糖复合水凝胶的制备方法及在水处理中的应用

壳聚糖由于来源广、吸附性能强和可自然降解等优点成为备受关注的天然吸附剂。壳聚糖复合水凝胶(CCH)材料是以壳聚糖为主要原料,通过化学、物理等方法改性后得到的新型复合材料。介绍了化学交联、物理交联以及互穿网络等合成壳聚糖复合水凝胶的主要方法。综述了近年来使用CCH对工业废水中常见染料、重金属离子和其他常见污染物的吸附机理和处理效果,讨论了当前利用CCH在处理工业废水中各种污染物时存在的问题及解决方法。最后对CCH在合成方法、选择性吸附、回收利用和智能改性等方面进行了展望,为深入研究提高CCH材料性能及拓宽其在工业废水处理中的应用范围提供了思路。

磁性生物炭合成及其对重金属吸附机制的研究进展

磁性生物炭(Magnetic biochar,MBC)因其磁分离能力和广阔应用前景而受到研究者广泛关注。MBC中碳基结构特征(如形貌、比表面积、官能团等)和铁氧化物形态及分布受多因素影响,如原料来源、热解温度、合成方法等。然而,MBC特性与合成条件的关联性以及MBC对重金属的吸附机制有待进一步研究。本文通过阐述合成条件对MBC特性的影响及其吸附重金属机制,提出关于未来MBC吸附重金属研究的一些科学问题,这将为认识MBC的环境效应提供重要的基础信息。

铁锰铈-PA6基静电纺吸附剂的制备及其对水中铅和铬的吸附性能

将铁锰铈(Fe-Mn-Ce)负载于PA6静电纺丝上制备抗团聚性强、吸附效果好且易分离回收的新型吸附剂Fe-Mn-Ce-PA6。扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析均显示Fe-Mn-Ce颗粒已成功负载到PA6静电纺丝上。吸附实验研究结果表明,Fe-Mn-Ce含量为25%时制备的吸附剂对水中Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,且其在Pb(Ⅱ)初始浓度为10mg/L,吸附剂投加量为0.2g/L,pH为6的条件下对Pb(Ⅱ)的去除率为98%;在Cr(Ⅵ)初始浓度为20mg/L,吸附剂投加量为0.2g/L,pH为6的条件下对Cr(Ⅵ)的去除率为98.5%。该吸附剂对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附等温模型均符合Freundlich模型,而吸附动力学行为分别符合准一级动力学模型和准二级动力学模型。循环再生实验表明,该吸附剂经五次循环后对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)依然可以保持良好的去除率。

镁改性植物源生物炭的制备及其对磷酸盐的吸附特性

为处理含磷废水和实现农业废弃物的资源化利用,将小麦秸秆制成生物炭,通过MgCl_(2)溶液对其进行浸渍改性,探究改性生物炭对水中磷酸盐的吸附特性。结果表明:热解温度为600℃,0.1 mol/L MgCl_(2)溶液改性得到的小麦秸秆生物炭(WS-0.1Mg-600)在pH=7、初始磷酸盐浓度为10 mg/L时,对磷酸盐吸附效果最好;WS-Mg-600投加量为1.25 g/L时,对磷酸盐吸附量为(4.02±0.46)mg/g;WS-Mg-600吸附磷酸盐最佳pH为10。吸附过程符合拟二级动力学方程以及Langmuir模型,表明该吸附过程是以化学吸附为主,并为单层吸附。

基于分子动力学理论的碳捕集用吸附剂选择与实验研究

选择13X、NaY、MCM-41、NaA和CaA 5种代表性的沸石材料分别建立了分子模型,利用大正则蒙特卡罗(GCMC)模拟研究了该5种沸石材料分别对纯CO_(2)和N_(2)的吸附分离行为,获得了单组分等温曲线和等容吸附热曲线,以此揭示不同沸石材料的吸附机理。结果表明,NaY在室温下对纯CO_(2)的饱和吸附量最高(6.14 mmol/g);在对CO_(2)/N_(2)混合气体选择性吸附的研究中发现,CaA与CO_(2)的结合力最强,NaY对CO_(2)选择性最高。该模拟计算有助于吸附法CO_(2)捕集中沸石骨架材料的筛选,并为后续实验研究提供理论依据。

淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA对Cu^(2+)的吸附性能研究

以玉米淀粉(St)、羧甲基纤维素钠(CMC)为原料,丙烯酸(AA)为接枝单体,通过接枝和交联反应合成了淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA。考察了投药量、pH、Cu^(2+)初始浓度(ρ0)、吸附时间对吸附效果的影响。结果表明,当ρ0=40 mg/L,投药量为300 mg/L,pH=5.2时,Cu^(2+)的去除率可达92.7%。实验数据拟合结果表明,水凝胶对Cu^(2+)的吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层的化学吸附过程。在25℃时,水凝胶对Cu^(2+)的饱和吸附容量qm=142.86 mg/g。水凝胶再生性能较好,经过4次吸附-脱附循环后,Cu^(2+)去除率仍可达到82.1%。

碱改性生物炭负载纳米羟基磷灰石的制备及对染料的吸附研究

实验制备了碱改性生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料(BC/N-HAP),并以罗丹明B(RB)为目标污染物,考察该材料负载量、吸附剂使用量、pH及共存离子对罗丹明B去除效果的影响,并对吸附机理进行了探讨。实验结果表明,纳米羟基磷灰石成功负载到生物炭表面,当负载率为100:1(W/W BC:N-HAP),复合材料使用量为50 mg,体系pH为10时,60 min内罗丹明B的去除率为87.8%。动力学研究表明,该吸附过程符合伪二级动力学方程(R^(2)>0.99);热力学研究表明,该过程是自发吸热反应,符合Langmuir单分子层吸附模型。静电作用是复合材料吸附RB染料的主要作用力。

TEPA改性Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶制备及其捕集CO_(2)特性研究

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气凝胶材料也存在CO_(2)/N_(2)吸附选择性低,CO_(2)吸附容量有待继续提高等缺陷。为解决上述问题,制备了一种Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶CO_(2)吸附材料。首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对材料表面化学和孔隙结构进行了系统表征。然后,通过二氧化碳吸附测试对其CO_(2)吸附量、选择性吸附、循环吸附进行了研究。最后,采用理论与试验研究结合的方法,对吸附剂的CO_(2)吸附动力学进行了研究。结果表明:Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶具有结构协同作用,与Cu-BTC复合后的SiO_(2)气凝胶不会改变材料的Si-O-Si骨架结构,同时可以保持Cu-BTC的晶体结构不受到损坏。复合材料具有726.431 m^(2)/g的高比表面积,570.781 m^(2)/g的微孔比表面积和0.184 cm^(3)/g的高微孔体积。负载四乙烯五胺(TEPA)后CO_(2)吸附量高达3.20 mmol/g,CO_(2)/N_(2)选择性吸附系数为40.8,循环10次CO_(2)吸附循环,吸附容量仅下降14%,提高了SiO_(2)气凝胶材料的CO_(2)吸附容量和吸附选择性。Avrami分数动力学模型对吸附试验结果拟合相关系数为0.99,且Avrami指数nA为1.9表明吸附剂对CO_(2)的吸附是非均质的多层吸附,既有物理吸附又有化学吸附,且以物理吸附为主。利用具有丰富微孔结构的金属有机骨架材料Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶进行复合,使复合材料具有分级微/介孔结构,通过增强分子间作用力(范德华力)来增强材料对CO_(2)的物理吸附;使用TEPA对材料进行浸渍改性,利用有机胺和酸性气体之间的酸碱相互作用来增强材料对CO_(2)的化学吸附。

KOH活化制备铁基生物质炭及其对四环素和环丙沙星的吸附研究

低代谢程度的抗生素如四环素和环丙沙星会造成较为严重的水体污染,而活性炭对此种污染有一定的吸附作用。活化是改善生物炭吸附特性的主要方法之一。以甘蔗渣为主要研究对象,用KOH为活化剂,以FeCl_(3)·6H 2O为浸渍溶剂,制备了改性生物炭(KFBC),同时制备甘蔗渣生物炭(BC)作为对照。综合多种表征手段分析KOH活化和FeCl_(3)的掺杂对KFBC的结构和理化性质的影响,采用吸附法探究KFBC对溶液中的四环素(TC)或环丙沙星(CIP)的吸附性能和机理。结果表明:KOH活化后会形成更多的碳结构缺陷,影响BC的官能团的种类和数量以及BC的表面电性;FeCl_(3)的掺杂会增强BC的磁性,有利于KFBC的循环利用;吸附反应受pH影响较小,KFBC能够在一个较宽泛的pH范围内进行吸附。KFBC吸附TC或CIP是以化学吸附为主,且是自发、吸热、自由度增加和熵增的过程;KFBC对TC或CIP的理论最大吸附量可达到743和794 mg/g;KFBC的主导机制并非静电吸附,而是以孔隙扩散和π—π作用等为主,氢键和络合作用也发挥了重要作用。

以NH_(2)-MIL-53(Al)为前驱体制备多孔掺碳Al_(2)O_(3)吸附剂及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

铬是污染性金属元素,铬含量是水质污染控制的一项重要指标,其中Cr(Ⅵ)的毒性最大,且易被人体吸收.本研究以水中的Cr(Ⅵ)吸附传质分离为目标,利用以铝为金属源水热法合成的铝基MOFs为前驱体,600℃煅烧后制备了多孔掺碳Al_(2)O_(3)吸附材料,利用现代分析技术对其进行微观结构表征,探究了其吸附作用能力与机制.研究结果表明,XRD、SEM、BET等表征手段证明了NH_(2)-MIL-53(Al)与多孔掺碳Al_(2)O_(3)结构的成功合成.前驱体NH_(2)-MIL-53(Al)和煅烧后的衍生物多孔掺碳Al_(2)O_(3),在形貌上相似,且多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料(180.24 m^(2)·g^(-1))的比表面积要大于NH_(2)-MIL-53(Al)(116.73 m^(2)·g^(-1)).多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量最大可达到671.56 mg·g^(-1).吸附动力学模型拟合结果显示,多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料对Cr(Ⅵ)的吸附行为与Langmuir等温线模型和伪二阶动力学模型更加拟合.研究显示,多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料可以作为除Cr材料实现对Cr(Ⅵ)的高效去除.

活性炭负载纳米零价铁/银复合材料对水中铅的吸附性能研究

通过液相还原法,将纳米零价铁(nZVI)和纳米银(nAg)负载到活性炭(AC)上,制备出一种新型复合材料(nAg/nZVI/AC),用于处理含铅废水。结果表明,在pH=7条件下,nAg/nZVI/AC对Pb(Ⅱ)的去除率达到99.7%,比原AC提高了74.28%。同时,银的加入提高了nZVI的反应活性,使吸附更快达到平衡。吸附过程与Langmuir模型(R2为0.972)和准二级动力学模型(R2为0.9219)更吻合。结合热力学分析结果,Pb(Ⅱ)的去除是一个以化学吸附为主的自发过程。

双交联淀粉凝胶的制备及对结晶紫的吸附

实验选取红薯淀粉和高直链玉米淀粉、ECH为交联剂制备淀粉凝胶,再以硼砂、明胶及PEG2000为添加剂与淀粉进行二次交联制备双交联淀粉凝胶。并测试了凝胶的吸水性及对结晶紫(CV)的吸附性能。结果表明,双交联淀粉凝胶制备的最佳反应条件为:淀粉质量分数为10%,ECH与淀粉及碱与淀粉物质的量比分别为2:1和1:1,40℃下反应60 min得淀粉凝胶,再添加2%硼砂得到双交联淀粉凝胶。凝胶的吸水率最高可达330.2%;当CV初始浓度在10~100 mg/L时,凝胶对CV吸附率先增大后减小,50 mg/L时吸附率最高,为93.48%;100 mg/L时吸附量最大,为30.79 mg/g。

鸡蛋壳生物炭对Cu(Ⅱ)和苯胺吸附研究

针对印染废水有机物和重金属混合污染物难以有效去除的问题,本研究以鸡蛋壳为原料制备生物炭吸附剂,利用SEM、XRD和BET等方法分析生物炭理化性能,采用响应曲面法优化最佳吸附条件,研究其对苯胺和Cu(Ⅱ)吸附性能和吸附机理。试验结果表明:磁性鸡蛋壳生物炭的比表面积为改性前的3.98倍,孔隙结构及吸附点位得到优化,多方位提升生物炭的吸附性能。pH是最显著影响因素,pH和生物炭投加量的交互作用对Cu(Ⅱ)和苯胺去除率的影响较大,最佳吸附条件为pH=6.0,吸附剂投加量0.015 g/mL,接触时间24 h,生物炭对Cu(Ⅱ)、苯胺吸附容量为2.00、0.97 mg/g。MESBC对污染物的吸附过程是以化学吸附为主的多分子层混合吸附,符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型。MESBC具有较好的循环再生稳定性,重复利用次数不宜超过5次。

聚合硫酸铁絮凝剂对好氧颗粒污泥处理含油废水的影响

为了明确絮凝剂PFS对好氧颗粒污泥颗粒化及运行效能的影响,以PFS和含油废水为探究对象,研究了PFS浓度对AGS处理含油废水的影响并揭示相关机制。结果表明,PFS存在利于AGS颗粒化,提高ASG内污泥浓度及大粒径污泥占比。AGS稳定性分析表明PFS提高了胞外聚合物含量,并促进了蛋白质和多糖含量,提高了Zeta电位。PFS促进了AGS处理含油废水过程内污染物、营养盐和油脂的去除,且PFS的最佳含量为50 mg/L。PFS作为骨架结构为微生物增殖提供便利条件。此外,PFS具有一定吸附能力从而提高了污染物、营养盐及油脂的去除。研究结果为AGS处理含油废水过程内快速颗粒化提供一定的数据支撑和理论依据。

ZIF-8/PEO杂化泡沫对TC和Cu^(2+)吸附研究

以提高金属有机骨架ZIF-8水处理中可回收性为目标,利用聚氧化乙烯PEO作为致孔剂,采用冰模板-冷冻干燥法制备金属有机骨架杂化泡沫ZIF-8/PEO,利用XRD、SEM、TG-DSC和N2吸附-脱附等表征手段,分析ZIF-8/PEO杂化泡沫的理化性能,研究ZIF-8/PEO对四环素TC和铜离子Cu^(2+)吸附性能及吸附机理。试验结果表明:ZIF-8/PEO形成了更加规则的网状结构且具有良好的机械强度和吸附性能。在吸附时间12 h,pH 7,吸附剂投加量40 mg,TC和Cu^(2+)初始浓度均为30 mg/L的最佳条件下,ZIF-8/PEO对TC和Cu^(2+)的吸附容量为107.55 mg/g和107.81 mg/g;等温吸附过程符合Langmuir模型,动力学过程符合拟二级动力学模型,ZIF-8/PEO吸附TC,Cu^(2+)属于自发、放热、趋于有序的过程。在循环吸附7次后,ZIF-8/PEO吸附剂对TC和Cu^(2+)的去除率仍在70%以上。

中空玻璃微球基吸附剂处理工业废水研究进展

工业废水产量大、有害物质种类繁杂、毒性大,其过量进入食物链会导致严重的健康损害。吸附技术被认为一种绿色、可持续的水处理技术在工业废水处理领域具有独特的优势。中空玻璃微球(HGM)质量轻,具有良好的漂浮性能,可作为优质的吸附剂载体。对其进行改性或与其它材料复合制备新型漂浮式吸附剂解决了自身吸附性能差的缺点。同时,重点介绍了HGM基吸附剂的制备方法和吸附性能,总结了HGM基吸附剂处理各类工业废水的难点与特性。在HGM改性材料的基础上,梳理了其在单一体系和复杂体系中的吸附特性以及吸附过程中的主要影响因素:反应温度、溶液pH、共存离子等。最后,对HGM基吸附剂的吸附机理进行了总结,并对中空玻璃微球基吸附剂的应用和发展趋势进行了展望。

聚合硫酸铁的制备、改性及应用研究进展

聚合硫酸铁是一种新型的无机大分子絮凝剂,其表面活性和电荷中和能力使其比传统的混凝剂具有更好的絮凝效果,在水处理领域有着广阔的应用前景。近几年来,其市场需求也在不断增长。当前制备聚合硫酸铁的工艺主要有催化氧化法、直接氧化法和生物氧化法等。聚合型硫酸铁及其改性产物在除浊、脱色、去除重金属和有机污染物等方面都有很好的效果,在多种污水的净化和处理中得到了广泛的应用,今后宜深入研究,不断改进工艺,满足环境治理的需要。

海藻酸钠/膨润土/活性炭复合微球对亚甲基蓝的吸附性能研究

以海藻酸钠、膨润土、活性炭为原料,氯化钙为交联剂,采用溶胶-凝胶法制备海藻酸钠/膨润土/活性炭复合微球(G1),并考察其对亚甲基蓝的吸附性能及吸附机理。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪对其进行表征分析。探讨了pH、投样量、和亚甲基蓝初始浓度、吸附时间等因素对吸附性能的影响。结果表明:G1在pH=4—11时均有很高的吸附效果,可直接采用自然pH进行研究;投加0.3g材料对初始浓度为100mg/L的亚甲基蓝有优异的吸附能力,吸附600min基本达到平衡;吸附过程符合拟二级动力学方程;Freundlich吸附等温模型能更好地描述MB的吸附行为(R^(2)=0.993);通过计算可知,该复合材料对亚甲基蓝的最大吸附量可达206.404mg/g。经过7次循环使用,吸附量仍达初次使用的90%以上。

负载量对硅藻土基TiO_(2)复合材料应用性能的影响

为了提高硅藻土基二氧化钛复合材料的应用性能,推进其产业化进程,采用水解-沉淀法制备了硅藻土基二氧化钛复合材料,研究了TiO_(2)负载量对复合材料吸附性能、光催化性能及白度的影响。结果表明,TiO_(2)负载量对复合材料吸附性和光催化性影响较大,对污染物的光降解性能取决于其吸附性和光催化性的协同效应,在负载量为46%时,复合材料的光降解性能较好。复合材料白度随着TiO_(2)负载量增大而增高,在负载量为46%时,复合材料白度为91%,达到建筑装饰材料白度标准。

聚丙烯酰胺涂覆改性生物炭的粉尘排放影响

针对生物炭在土壤改良中存在的粉尘排放问题,利用聚丙烯酰胺涂覆技术对生物炭表面改性,并开展粉尘排放试验对聚丙烯酰胺涂覆前后生物炭的粉尘排放效果进行研究。以南昌市新建区红壤为研究对象,通过盆栽试验进一步研究改性生物炭对土壤理化性质和植物生长的影响。结果表明:相比于直接施用生物炭,经聚丙烯酰胺涂覆处理后的改性生物炭可显著降低粉尘排放量。同时,生物炭和改性生物炭的施用均显著提高了土壤的pH值和有机碳、全氮、全磷、全钾的质量分数,并显著降低了土壤容重。此外,随着时间的推移,直接施用生物炭的土壤改良效果显著减弱,在30 d时各项指标降低了8.0%~22.9%,而改性生物炭对土壤理化性质的改良效果前后无显著性差异。