金属有机框架复合材料对放射性碘的吸附机制研究进展

【目的】以金属有机框架(metal-organic framework,MOF)复合材料作为吸附剂高效吸附核电站运行、核燃料后处理、核医学过程以及核事故等所泄漏的放射性碘,研究MOF复合材料对放射性碘的吸附机制,消除环境中的放射性碘污染。【研究现状】综述了近年来MOF复合材料吸附放射性碘的基于化学反应、强化MOF空间结构和电子转移的吸附机制。MOF中掺杂银、铜和铋金属或金属氧化物生成的MOF复合材料具有较大的接触面积和较多的活性位点,铋掺杂MOF复合材料对气态I_(2)的吸附性能最优。在MOF复合材料中掺杂多孔材料能增大孔隙体积;高温热解MOF复合材料使得活性位点均匀分布并提高利用率;在MOF复合材料中嵌合纳米复合膜或离子液体能够与吸附物充分接触,回收性和重复利用性好;改变MOF的金属节点或共轭同类MOF衍生出的MOF复合材料,可增强对放射性碘的物理吸附性能。MOF复合材料可以经过碳化作用增强与放射性碘的电荷转移作用,I_(2)能以络合物的形式吸附在MOF复合材料的活性位点上。【结论与展望】虽然对MOF复合材料对放射性碘的吸附机制的研究取得重要进展,但仍然面临着吸附容量小、吸附速率慢、回收利用性差及活性位点利用率低等问题。提出应进一步研究铋掺杂MOF复合材料,探究在高温条件下对放射性碘的吸附机制,采取适当措施减少金属掺杂MOF复合材料对环境的二次污染。

响应面法改进磁性羟基磷灰石制备技术及其对Ni(Ⅱ)吸附机制研究

采用响应面法对羟基磷灰石(HAP)进行磁性改进,以CaCl_(2)和KH_(2)PO_(4)为原材料,通过水热法制备羟基磷灰石(HAP),以FeSO_(4)·7H_(2)O和FeCl_(3)·6H_(2)O为磁源,采用共沉淀法,制备磁性羟基磷灰石(MP),通过响应面法获得优化的制备条件。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、磁强计(VSM)等对结构性能、磁学性能等进行表征,和物化性能的深入分析。探究了pH、初始浓度和投加量等因素对水中Ni(Ⅱ)吸附过程的影响。动力学分析表明其吸附过程更符合准二级动力学模型(R^(2)=0.9991),吸附等温线则与Freundlich等温吸附模型(R^(2)=0.998~0.999)拟合程度度更好,热力学分析表明MP吸附Ni(Ⅱ)是一个自发的、吸热的、熵增的过程。结果表明,改性后的MP有更好的分散性、更大的比表面积和良好的磁性,对水中Ni(Ⅱ)具有更高的吸附效率,吸附容量可达33.40 mg/L,对水中Ni(Ⅱ)的回收有良好的应用前景。

二硫化钼-水滑石复合材料对水中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机制

二维层状纳米材料可以有效去除水中的重金属,而吸附机制一直是研究难点和热点.为进一步提升材料性能,明确吸附反应机制,以典型的水滑石和二硫化钼为原料,采用共沉淀法制备镁铝水滑石,然后利用水热法负载二硫化钼,制备了复合材料(MoS_(2)-LDH).结果表明,MoS_(2)-LDH对水中Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附作用机制包括沉淀、络合、同晶置换和静电吸引作用,其中沉淀作用为主导,贡献率占46.57%—58.32%,其次为络合作用(27.15%—32.08%)和同晶置换作用(10.75%—17.86%),静电吸引的贡献最小(3.33%—4.26%);吸附过程与拟二级动力学方程和Langmuir模型相符,最大吸附量达到48.31、71.33、77.16 mg·g^(-1).对高效去除重金属的吸附机制的详细研究,可为二维复合材料的设计合成提供理论支撑.

生物炭/Ca/La-LDH对水中磷酸盐的高选择性吸附机制

采用简单共沉淀法制得椰壳生物炭/Ca/La层状双金属氢氧化物(Ca/La-LDH)复合新型吸附剂(CLYK).通过SEM-EDS、BET、XRD、FTIR和XPS等对材料进行表征,研究了金属负载量、吸附剂投加量、初始pH值、共存离子及有机物对吸附磷酸盐的影响,以及吸附动力学、等温线、热力学和位点能量分布的特征.结果表明:CLYK对磷酸盐有良好的吸附性能,在金属负载量为70%,投加量为1g/L,pH值为5时,最大吸附容量为214.742mg/g.CLYK的pH值适用范围广,在3~10时具有较大的吸附容量,共存离子及有机物存在下表现出对磷酸盐的高选择性吸附,吸附解吸循环试验证明了CLYK具有较好的可重复利用性.CLYK吸附磷酸盐过程符合Freundlich和准二级动力学模型,主要为多层化学吸附,热力学分析结果表明吸附为自发吸热反应.吸附机制包括化学沉淀、通过配体交换形成内球络合和静电吸引.

落叶生物质对铅离子的吸附机制研究

文章采用扫描电镜、红外光谱、比表面积分析探讨了落叶生物质对铅离子的吸附机制。从吸附前后的落叶扫描电镜图可以看出,吸附前后落叶表面由粗糙变为光滑、平整,相比较微孔结构明显减小。通过吸附前后落叶的红外光谱可以看出,在1630 cm^(-1)处的C=O吸收峰、1241 cm^(-1)处的C-N(酰胺Ⅲ)、1042 cm^(-1)处的C-O吸收峰和775 cm^(-1)处的=C-H吸收峰明显减弱,且峰形变钝;在1452 cm^(-1)处的C-H吸收峰变强,且峰型变尖锐。通过比表面积检测方法(BET)对吸附前后的落叶分析发现,吸附前后比表面积由1.459 m^(2)/g变为1.159 m^(2)/g,平均孔径由5.05 nm减小为3.67 nm。

活性炭汞吸附动力学及吸附机制研究

在固定床吸附反应器内对一种商业活性炭进行了汞吸附实验,考察了入口汞浓度和吸附温度对活性炭吸附汞的影响。采用4个简化的吸附动力学模型,即内扩散模型、准一阶和准二阶动力学模型,耶洛维奇(Elovich)模型从动力学的角度探讨了入口汞浓度和吸附温度对汞吸附的影响机制。分析了汞吸附过程的机制和控制过程。结果表明:入口汞浓度的增加,或者吸附温度的降低,均有利于活性炭对汞的吸附,其主要原因是提高了颗粒内扩散速率、初始吸附速率以及准一级反应速率。汞吸附过程主要由化学吸附控制,主要分为表面吸附和内扩散吸附2个阶段,初始吸附阶段呈现较快吸附速率,该阶段和表面吸附有关;随着表面活性位被占据,颗粒内扩散起主要控制作用,吸附速率下降。

砷在金属氧化物/水界面上的吸附机制Ⅰ.金属表面羟基的表征和作用

利用红外光谱对铁铈氧化物(Fe-Ce)吸附材料中的金属表面羟基(M—OH)进行了表征,并探讨了金属羟基在砷吸附中的作用.透射和原位温度漫反射-傅立叶变换红外光谱(FTIR)表征结果表明,Fe-Ce表面存在丰富的M—OH,但M—OH含量随制备温度升高而逐渐减少;Fe-Ce上的M—OH与一般金属氧化物的表面羟基特性存在显著不同,可能是一种特殊类型的结构性羟基.对砷吸附前后的Fe-Ce材料进行透射FTIR表征,发现砷饱和吸附后M—OH的摇摆振动消失,同时生成了新的As—O振动峰,表明M—OH在砷的去除中起着重要的作用;初始吸附pH由9.0降至5.0只引起了吸附剂上As—O键的伸缩振动向高频略微偏移;综合FTIR结果可以推测,M—OH和砷阴离子发生了直接的表面络合,在不同的pH条件下均与砷形成了内层络和物.

疏水纳米颗粒在油层微孔道中的吸附机制

基于对疏水纳米颗粒在储集层微孔道系统中的受力分析,建立了作用对象间的微观作用能数学模型,计算了疏水纳米颗粒和水分子所受的微观作用能量级,进而阐述了两者的竞争吸附机制。计算结果表明,疏水纳米颗粒受到的综合作用为指向孔壁的引力作用,总作用能量级约10-18～10-17J,是水分子与孔壁的作用能量级的103倍左右,在竞争吸附中占绝对优势,这使得疏水纳米颗粒可以突破孔壁表面的水化层并与孔壁产生牢固吸附。通过扫描电子显微镜和能谱仪检测了疏水纳米颗粒在岩心孔壁的吸附状况。结果显示,经纳米液处理过的岩样表面具有大量纳米颗粒组成的微结构,说明纳米颗粒确实突破了水化层并在岩心孔壁形成了吸附层。

耐镉乳酸菌对重金属镉的吸附机制

对17株实验室保藏的标准乳酸杆菌进行了重金属镉耐受性(最低抑菌浓度MIC)测定,筛选出4株对镉具有高耐受性的乳酸杆菌(MIC≥4.0 g/L)。通过原子吸收分光光度法测定4株高耐受乳酸菌具有较强的镉离子吸附能力(>27%,100 mg/LCd^(2+)溶液)。以1株在镉耐受性实验中MIC最低(10 mg/L)的植物乳杆菌LAB-54(Lactobacillus plantarum ATCC 8014)作为对照,采用傅氏转换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(SEM)结合研究分析1株在镉耐受MIC较高的鼠李糖乳杆菌LAB-5(Lactobacillus rhamnosus ATCC 53103)与镉吸附前后的细胞微观结构及形态变化,证明了细胞组成成分参与了镉离子与乳酸菌的相互作用,参与官能团有羟基(O—H)、羧基(C O)、磷酸基(P O)、酰胺基(N—H)、烃基(C—H)。镉离子使细胞的微观结构受到了严重破坏,镉吸附机制包括胞外的络合反应、离子交换、物理吸附(静电引力),微沉淀(胞外及胞内)和胞内扩散。

厌氧颗粒污泥对有机污染物的初期吸附机制

为研究厌氧颗粒污泥对废水中有机污染物的初期吸附机制,在实验室条件下,采用静态、序批的方法考察了活的和灭活的厌氧颗粒污泥对废水中有机污染物COD的初期吸附率之差异,推算了吸附过程中热力学参数值,并对厌氧颗粒污泥初期吸附有机污染物前后的红外光谱进行了比对分析,结果表明,厌氧颗粒污泥对废水中有机污染物的初期吸附是一个复杂的综合过程,初期吸附作用主要表现为物理吸附,占总吸附去除COD的70%多,其次为生物吸附,大约在总吸附去除COD的20%～35%之间。红外光谱分析表明,厌氧颗粒污泥表面上的一些功能基团参与了对有机污染物的吸附作用,这些基团包括-OH、-CH2、-CH3、P-H、C=O、C-N及S=O。

好氧颗粒污泥对有机污染物的吸附机制

为探讨好氧颗粒污泥对有机污染物的吸附机制,采用动态吸附方式研究好氧颗粒污泥对有机污染物的初期吸附作用,采用静态吸附方式考察好氧颗粒污泥失活前后对有机污染物吸附效率的差异,分析了好氧颗粒污泥吸附有机污染物前后的热力学参数及红外光谱变化。结果表明,好氧颗粒污泥对有机污染物的吸附过程表现出了明显的初期吸附去除现象,30min内对有机污染物吸附去除率达60.19%。好氧颗粒污泥吸附有机污染物是一个自发、吸热、熵增的过程,且吸附过程是一个以物理吸附为主、生物吸附和化学吸附为辅的复杂过程。

pH值对天然磁铁矿吸附水中Pb^(2+)的影响及吸附机制研究

以天然磁铁矿作为吸附材料,通过静态批式实验考查了pH值对磁铁矿吸附Pb2+的影响,并研究了该吸附剂对Pb2+的等温吸附动力学特性,同时利用XRF和SEM对吸附前后的磁铁矿进行表征,探讨该吸附剂去除水中Pb2+的作用机制。研究结果表明,随着反应初始pH值的增加,磁铁矿对Pb2+的吸附作用不断增加,当pH值=6时,其最大吸附率为97.80%。磁铁矿对水中Pb2+的吸附热力学等温线符合Langmuir方程。当吸附剂粒径为120~150μm、用量20 g/L时,在温度30℃,pH值=5,160 r/min振荡30 min时其饱和吸附量达16.98 mg/g。磁铁矿对Pb2+的吸附作用可以用准二级动力学模型Y=0.0986X+0.5435描述,其相关系数R2为0.992,吸附速率常数K2为0.018(g·mg-1)/min。研究结果还表明,磁铁矿所吸附的Pb以氧化态形式(PbO和Pb2O3)存在,磁铁矿对Pb2+的去除机制包括表面沉积、离子交换、物理吸附和化学吸附等综合作用的结果。

煤粉炉和循环流化床锅炉飞灰吸附汞动力学及其吸附机制

在固定床吸附反应器内对两台300MW等级燃煤发电机组循环流化床锅炉和煤粉锅炉飞灰样品进行气相零价汞吸附实验,通过改变实验工况研究温度、入口汞浓度和入口气体流量对飞灰汞吸附能力的影响。采用颗粒内扩散模型、准一阶和准二阶动力学模型、耶洛维奇(Elovich)模型对实验数据分别进行拟合,从动力学的角度探讨两种锅炉飞灰对气相零价汞吸附的影响机制以及两种锅炉飞灰与气相零价汞之间吸附动力学行为差异。结果表明:相同工况下循环流化床锅炉飞灰汞吸附过程的穿透时间和平衡吸附量远大于煤粉锅炉飞灰。吸附温度为150℃时,两种锅炉飞灰对气相零价汞的平衡吸附量最大。由于外扩散阻力随气体入口流量的增加而减小,入口汞浓度的增加可提高传质推动力,飞灰对汞的吸附得以增强。动力学分析表明飞灰的零价汞吸附由外扩散、内扩散和表面化学吸附共同控制,其中表面化学吸附是该吸附过程中的控制步骤;准二阶动力学模型和Elovich动力学模型更适合于描述该吸附过程。相同实验条件下,循环流化床锅炉飞灰吸附过程拟合所得的颗粒内扩散系数、准一阶动力学常数和初始吸附速率均大于煤粉锅炉飞灰。

蒙脱石对黄曲霉毒素B_1吸附机制的研究进展

综述了改性蒙脱石对黄曲霉毒素B1吸附的研究进展,并从黄曲霉毒素B1的分子结构和蒙脱石的结构特点出发从分子水平上介绍了蒙脱石对黄曲霉毒素B1吸附机制的研究进展。

硅烷偶联剂γ-MPS在钡玻璃表面吸附机制的研究

目的:研究硅烷偶联剂γ-MPS在钡玻璃表面的吸附机制。方法:应用漫反射傅立叶变换红外光谱对经硅化处理和未经硅化处理的钡玻璃粉进行测试,通过差示光谱解析偶联剂与钡玻璃间界面的特征吸收谱带。结果:(1)钡玻璃经硅化处理后其表面的游离OH基消失,偶联剂与钡玻璃界面处出现了Si-O-Si、Si-O-Al和Si-O-B等基团的特征谱带;(2)γ-MPS在钡玻璃表面产生了化学吸附,其吸附机制为钡玻璃表面的游离OH基与γ-MPS水解后的硅醇基团发生缩合形成以Si-O-M为主的共价键合。结论:本研究从分子水平上揭示了硅烷偶联剂γ-MPS与钡玻璃界面结合的机制,为钡玻璃填料在复合树脂中的推广和应用,以及新型复合树脂的研制和开发提供了理论依据。

铝硅酸盐类吸附剂对霉菌毒素的选择性吸附机制及其应用

对铝硅酸盐类霉菌毒素吸附剂对霉菌毒素的脱毒效果及脱毒机制进行了讨论 。

BaTiO_3颗粒对分散剂PMAA-NH_4的吸附机制研究

通过（电位测量及FTIR分析,研究了BaTiO3颗粒对阴离子型分散剂PMAA-NH4的吸附机制.结果表明,加入PMAA-NH4后,由于BaTiO3颗粒表面上存在Ba-OH2+的正电荷中心,从而吸附了分散剂的阴离子,使BaTiO3表面带电特性改变,等电点由pH-5.1移至pH=3.5.当pH=10,PMAA-NH4的加入量为0.8wt％时,BaTiO3颗粒表面吸附达到饱和,可以得到稳定性好的BaTiO3悬浮体.

天然碳质吸附剂对典型有机污染物的吸附机制研究进展

综述了天然碳质吸附剂(carbonaceous geosorbent,CG)的分类、来源、基本性质及对典型有机污染物的吸附机制与特点,涉及的有机物污染物涵盖了多环芳烃、多氯联苯、多溴代二苯基醚、农药及抗生素等多种门类,包括极性、弱极性、非极性及离子型等多种化合物,具有较广泛的代表性。CG类物质与有机化合物间的分子间作用力(范德华力)对吸附作用有重要贡献,但这种分子间作用力会受到CG性质(如孔隙结构、特征基团等)和吸附质分子特点(如分子构型、官能团)的影响。深入了解CG对典型有机化合物的吸附机制及其影响因素对污染土壤环境风险评估和污染土壤修复具有重要意义。

动物吸附机制的理论研究及应用现状

综述了能在光滑表面上行走的微小动物的基本爬行现象,对吸附机制进行分类,分析了目前研究的主要方向.用微小力测试实验台对蚂蚁吸附力大小进行测量,并用接触力学理论解释了动物足垫接触面的超微结构的作用.介绍了基于动物吸附机制的仿生机械的应用,提出动物吸附机制目前需要解决的问题.

稀土元素与腐殖酸在水合氧化铁体系中的吸附机制

实验考察稀土元素(La3+、Ce3+、Ho3+、Yb3+)在水合氧化铁表面的吸附动力学过程,对比研究腐殖酸对吸附机制的影响.当腐殖酸与稀土元素共存时,腐殖酸通过化学吸附优先占据氧化铁表面的吸附点位,颗粒物表面特性因覆盖有机膜而得到修饰.初期的动力学过程主要表现为腐殖酸的竞争吸附,随后转变为吸附态腐殖酸对稀土元素的表面结合.轻稀土因较强的结合能力而比重稀土易于被吸附去除,这与天然水体中发生的稀土元素分异现象保持一致.