电厂粉煤灰、炉渣和污泥复合陶粒对低浓度Pb^(2+)的吸附特性

针对重金属污染具有来源广、危害大等特点,通过以电厂废物(粉煤灰、炉渣)和脱水污泥为原料制备一种高效且价廉的陶粒吸附剂,采用吸附影响因素实验、解吸再生实验、吸附动力学模型和等温吸附模型的拟合以及陶粒表征分析,探究陶粒对Pb^(2+)的吸附特性,同时为实现废物资源化利用提供新思路.结果表明:陶粒去除Pb^(2+)的较佳吸附条件为粒径4 mm、pH 4.5~5.0、吸附时间360 min、吸附温度25℃.陶粒再生所用较佳解吸剂为0.5 mol/L的HCl溶液,较佳解吸时间和次数分别为120 min和5次,解吸5次后陶粒对Pb^(2+)的去除率为92.67%.此吸附过程更好地遵循了准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型.陶粒上的O-H、Si-O和金属氧化键在吸附Pb^(2+)的过程中起主要作用.陶粒吸附Pb^(2+)后,出现了新的物相Pb_(2)Cl_(3)OH和PbO,陶粒与Pb^(2+)之间发生化学吸附,为自发进行的放热反应.陶粒处理实际废水中Pb^(2+)的去除率可达93.70%,Pb^(2+)浓度由3.74 mg/L降至0.24 mg/L.研究显示,电厂粉煤灰、炉渣和污泥复合陶粒对Pb^(2+)具有一定的去除效果,可为以固体废物为原料制备的吸附剂在重金属废水处理应用中提供数据支撑.

基于结构表征和热力学分析的2种菊花粉水分吸附特性研究

为探讨干制菊花吸湿特性与其结构、水分活度(A_(w))、贮藏温度的关系,本文以2种菊花粉末(小黄菊和贡菊王)为对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线电子能谱(XPS)对其结构特征进行分析,结果显示菊花粉末表面粗糙,含有大量凹陷和孔洞;与小黄菊相比,贡菊王粉末粒径较小且表面含有更多的亲水基团,如-OH,O-C-O等。采用静态称量法在20、30和40℃和A_(w)=0.112~0.976下研究了2种菊花粉末的水分吸附行为,并通过模型拟合和热力学分析阐明了物料的水分吸附机制。菊花粉末的平衡干基含水率(X_(e))随水分活度(A_(w))增加而升高,但在同一A_(w)下,温度越高X_(e)值越低。Peleg模型是描述水分吸附等温线的最佳模型。热力学分析表明,净等量吸附热(qst)随平衡干基含水率升高而降低,其中小黄菊和贡菊王粉末的qst值分别于X_(e)>0.14 g/g和X_(e)>0.24 g/g时趋于恒定。小黄菊在20、30和40℃下的单分子层干基含水率(X_(m))分别为0.0690、0.0525、0.0505 g/g(干基),而贡菊王为0.0645、0.0591和0.0584 g/g(干基)。有效孔径(rp)随温度和水分含量增加而增大,其中当X_(e)>0.09 g/g(干基)时小黄菊粉末呈现介孔特性,而贡菊王粉末则当X_(e)>0.11 g/g(干基)时内部孔隙才由微孔转变成介孔。研究结果可为菊花的干燥工艺优化与贮藏条件选择提供参考。

基于TDLAS的H_(2)S气体材料表面吸附特性研究

在H_(2)S气体浓度在线监测过程中,因其具有粘附性强的特点,容易发生管线吸附,从而导致测量结果存在偏差,尤其在痕量H_(2)S检测过程中表现最为明显,所以开展H_(2)S气体管线材料表面吸附特性研究尤为必要。本文基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),设计并搭建了一套H_(2)S浓度在线测定系统,并对该系统进行了测量性能检验,在此基础上进行了H_(2)S在不锈钢材料表面常温吸附特性探究。实验结果表明,所搭建H_(2)S浓度在线测定系统具有稳定性强、检测限低和灵敏度高的特点,利用此系统可以实现痕量H_(2)S浓度的在线连续测定。经过一系列探究试验,证明了H_(2)S在不锈钢材料表面存在明显且稳定的吸附作用,得出了H_(2)S在不锈钢材料表面的单位面积吸附量在10^(14)(个/cm^(2))量级。实验结果可以为痕量硫化氢在线精准测量提供一定参考。

低温阶段煤吸附C_(2)H_(4)的吸附特性研究

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C_(2)H_(4)的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C_(2)H_(4)试验,分析温压与粒径对煤吸附C_(2)H_(4)过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明:当温度为30~60℃、压力为0.15~0.45 MPa、粒径为20~120目时,无论是温度降低、压力升高还是粒径减小,C_(2)H_(4)的吸附量均增加;吸附过程随时间由快变慢,进而趋于平衡,吸附速率快速趋于0;温度与粒径不变,平衡压力越大吸附速率越大;温度与压力不变,粒径越小吸附速率越快。吸附量相同,粒径越小等量吸附热越低;各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的等量吸附热为0.69~40.23 kJ/mol,属于物理吸附。引入压力修正系数进行拟合,温度不变,压力和粒径与吸附自由能降低值呈正比关系;粒径不变,温度与吸附自由能降低值呈反比关系。各粒径煤样吸附C_(2)H_(4)的吸附熵均为负值,吸附量增大,温度降低,吸附熵值均增大;吸附量相同条件下,粒径越大,吸附熵值越大。

玉米秸秆生物炭负载羟基磷灰石对稀土钇的吸附特性研究

钇作为高丰度稀土元素,广泛应用于各领域。在离子型稀土开采过程中,稀土母液会扩散至矿区周边水体,造成稀土资源浪费。为找寻高效吸附稀土钇的材料,本研究选用玉米秸秆烧制生物炭(BC),并负载羟基磷灰石制备生物炭复合材料(HAP@BC)。利用SEM、XRD和FTIR对HAP@BC进行表征,单因素吸附实验考察初始Y^(3+)浓度、生物炭投加量、pH、转速及吸附温度等因素对吸附性能的影响,吸附等温线分析其吸附特性,解吸实验考察其循环利用性能。结果表明,相比BC,HAP@BC的吸附量提升了3倍,pH为4.0时有最大吸附量为333.83 mg/g。吸附过程符合Langmuir单分子层吸附模型,且HAP@BC具有良好的循环利用性能,是一种潜在的Y^(3+)高效吸附剂。

掺杂石墨烯吸附特性的第一性原理研究

利用第一性原理方法研究了一氧化碳分子在本征和硼、氮、铝、磷掺杂的有限尺寸石墨烯上的吸附机理.结果表明,石墨烯作为一氧化碳传感器时的性能依赖于掺杂元素.本征、硼和氮掺杂石墨烯吸附一氧化碳时的吸附能较低,为物理吸附.铝、磷掺杂石墨烯的吸附能显著提高,比本征、硼和氮掺杂时高出约一个数量级,且铝和磷原子从石墨烯中突出,使其发生局部弯曲.铝掺杂石墨烯增强了石墨烯与一氧化碳分子之间的相互作用,可以提高石墨烯的气敏性和吸附能力,是一氧化碳传感器的最佳候选材料之一.

大孔树脂纯化香蕉皮缩合单宁的吸附特性分析与工艺优化

为提高香蕉皮缩合单宁提取物纯度,提升其后续研究与利用价值,该研究采用大孔树脂吸附法纯化香蕉皮缩合单宁,通过比较6种大孔树脂的吸附与解吸性能,筛选出最适宜的树脂型号,并从动力学和热力学的角度分析该树脂对香蕉皮缩合单宁的吸附特性,探究其纯化工艺条件。结果表明:HP-20型大孔树脂是纯化香蕉皮缩合单宁的适宜树脂;静态吸附-解吸动力学试验表明HP-20树脂分别在8、5 h内能够完成对香蕉皮缩合单宁的吸附、解吸过程,该吸附过程符合伪二阶动力学方程(R^(2)=0.997 2);Freundlich热力学模型适用于解释树脂与缩合单宁间的相互作用,这是一种发生在多分子层表面的吸附,模型常数K_(F)与温度成正相关,表明升温利于吸附的进行;热力学参数计算结果为ΔG<0,ΔH=5.13 kJ/mol,ΔS=47.28 J/mol·K,进一步证明了该过程是自发的、吸热的过程,且物理吸附占据主导作用,无序性有所增加。较佳的纯化参数是上样浓度为6 mg/mL、上样流速为1.5 mL/min、上样量为200 mL、洗脱液乙醇浓度为70%、洗脱流速为1.5 mL/min、洗脱液用量为120 mL。经该条件纯化后,香蕉皮缩合单宁纯度由5.79%提高到68.44%。说明HP-20树脂和优化参数对香蕉皮缩合单宁的纯化效果良好。

基于第一性原理的Sc掺杂ZnO对气体的吸附特性研究

CO、SO_(2)、H_(2)S是矿井内由煤炭及围岩中涌出或在生产过程中产生的的典型有毒气体,本文采用第一性原理及密度泛函理论研究了稀土元素Sc掺杂ZnO对单个气体分子(CO、SO_(2)、H_(2)S)的吸附特性.通过对各体系布居分布、能带结构、态密度及差分电荷密度分析,研究结果表明:Sc-ZnO(001)-Zn位掺杂体系稳定性最好,Sc-ZnO对单个CO、SO_(2)及H_(2)S分子的吸附能分别为-0.140 eV、-1.885 eV及-0.093 eV,其中对SO2分子的吸附为化学吸附,其余为物理吸附.确定了Sc-ZnO作为半导体气敏传感器来检测三种有毒气体的可行性,尤其是对于SO_(2)气体,为Sc-ZnO作为气敏传感材料实现对矿井有毒气体的检测提供了理论指导.

季氨盐改性甘蔗渣对蔗糖溶液中酚酸的吸附特性研究

以甘蔗渣为原料,通过接枝季铵盐制备季铵盐改性甘蔗渣(QASBS),对改性前后的材料进行表征,以确定改性效果,并通过吸附试验研究其对蔗糖溶液中酚酸的吸附效果。红外光谱和扫描电镜表征结果说明QASBS制备成功。吸附试验结果表明,QASBS对酚酸的吸附性能明显好于未改性前,与未改性前相比,吸附量提高了5.33倍,且提高酚酸初始质量浓度会增加QASBS对酚酸的吸附量。制备的QASBS对酚酸具有较好的吸附性能和再生性能,可以反复用于吸附蔗糖溶液中的酚酸。

新型还原氧化石墨烯空气过滤材料对甲醛静态吸附特性的研究

研究了新型还原氧化石墨烯空气过滤材料的甲醛吸附性能。考察了不同甲醛浓度、空气温度和湿度对新型还原氧化石墨烯空气过滤材料甲醛吸附容量的影响并分析其吸附机理,采用升温脱附和置换脱附探究其循环使用性能。结果显示:该新型过滤材料对甲醛有较好的吸附性能,在起始浓度8 mg/m^(3)、温度26℃、湿度50%的条件下,材料对甲醛吸附容量为0.217mg/g;但随着温度的升高吸附容量会降低;湿度对吸附容量的影响呈现出先增高而后降低的趋势,在相对湿度60%左右吸附容量达到最大;采用Langmuir模型对材料吸附等温线的拟合程度更好。其次,采用置换脱附的效果好于升温脱附,循环5次后,其脱附率分别可达85%和52%。

CO_(2)致裂对原煤吸附特性和分形特征的影响

为了探究二氧化碳致裂对原煤吸附特性的影响,对原煤和致裂煤进行扫描电镜实验、压汞实验和液氮吸附实验.结果表明:原煤表面裂隙较少,致裂煤表面分布大量的微裂隙并贯穿整个煤体;原煤和致裂煤的进汞退汞曲线都存在滞后环,且致裂煤进汞退汞曲线的滞后环远大于原煤进汞退汞曲线的滞后环,当压力大于1.1 MPa时,原煤的进汞退汞曲线位于致裂煤的进汞退汞曲线的下方,并且曲线之间的差距随着压力的增加越来越明显;致裂煤的吸附脱附体积远高于原煤的吸附脱附体积,致裂煤的脱附曲线在相对压力接近0.95时的下降速度要快于原煤;原煤的分形维数大于致裂煤的分形维数,因此致裂对煤层孔隙发育为大孔、增加孔隙体积具有促进作用,致裂使煤内部连通性和煤层的透气性增强,便于瓦斯的解吸与运移.该研究可为煤层气的抽采以及预防煤与瓦斯突出提供参考.

废弃香蕉皮粉末对六价铬的吸附特性与机理研究

研究了废弃香蕉皮粉末对六价铬〔Cr(Ⅵ)〕的吸附特性与机理。重点考察各种影响因素,利用等温线、动力学和热力学方程定量分析了吸附过程,并采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段探讨了吸附机理。结果表明:香蕉皮粉末是一种优良的吸附剂,对Cr(Ⅵ)的吸附性能远高于其他生物质。香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)吸附的最佳pH值为2,吸附24 h时达到平衡,Cr(Ⅵ)初始浓度和温度越高,吸附效果就越好。3次吸附-解吸循环后,香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)的吸附容量仍达到初始吸附容量的93.7%。Langmuir和Freundlich方程均能用于描述香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)的吸附过程,表明存在单分子层和多分子层吸附,且为有利吸附。在298、308和318 K条件下,香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为149.25、161.29和169.49 mg·g^(-1)。准二级动力学模型更适用于拟合香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)的吸附过程,表明化学吸附占主导,发生电子转移。热力学参数表明,香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)的吸附是自发吸热熵增的反应。SEM结果显示,香蕉皮粉末呈片状结构,直径几十到数百微米,表面有褶皱和孔隙,提供了多个活性位点。SEM、FTIR和XPS分析结果表明,香蕉皮粉末对Cr(Ⅵ)的吸附机理包括静电吸引、氧化还原、表面螯合和离子交换。

煤系灰岩物化结构对瓦斯吸附特性的影响机制

为阐明分子结构和微观孔隙对煤系灰岩瓦斯吸附的影响机制,综合采用元素分析、化学检测、孔径分析、CT测试、瓦斯吸附实验和量子化学计算等方法表征灰岩物化特性,构建并优化分子结构,研究瓦斯吸附性能。研究结果表明:煤系灰岩含有较多C元素、有机官能团和有序芳香层,有机物石墨化程度高、晶体大、缺陷少,是其吸附瓦斯的化学基础;降低环境温度、增加吸附压力或减少含水率均能削弱灰岩吸附瓦斯的CH_4/CO_(2)竞争态势;灰岩含大量连通性好、结构复杂的吸附孔,孔隙系统更紧凑且各向异性更弱,是其吸附瓦斯的物理基础。研究结果可为煤岩体系瓦斯防治提供理论依据。

芦苇生物炭的制备及氨氮吸附特性研究

为解决废弃水生植物的资源化利用问题,以及使水生植物制备的生物炭在吸附水体中的氨氮(NH_(4)^(+)-N)时得到更好的利用,采用湿地芦苇为原材料烧制芦苇生物炭,探查芦苇生物炭的物理特征,在不同的试验条件下,研究芦苇生物炭对水体中NH_(4)^(+)-N的吸附特性。结果表明:生物炭材料表面细长,粗糙不平,附着许多小颗粒,具有多孔结构。吸附动力学研究表明,6 h为芦苇生物炭吸附NH_(4)^(+)-N的最佳时间参数,吸附过程更符合准二级拟合方程。等温吸附线研究表明,25℃能更好地描述芦苇生物炭对NH_(4)^(+)-N的等温吸附过程,芦苇生物炭对NH_(4)^(+)-N的等温吸附更符合Freundlich方程。

风化煤固定化微生物材料对铅的吸附特性及机理

风化煤固定化微生物材料较游离微生物能更好地钝化重金属。研究旨在探究风化煤固定化微生物材料的铅吸附性能及机理,为其污染场地应用提供理论指导和依据。以风化煤固定化微生物材料为对象,通过批量吸附试验系统研究材料的用量、pH、吸附时间和铅溶液质量浓度对其吸附性能的影响,并采用动力学、热力学模型拟合的方式描述铅吸附过程,结合扫描电镜和红外光谱技术对吸附机理进行探究。结果表明,风化煤固定化微生物材料用量为0.4 g/L、pH值为4、吸附时间大于12 h时,在200 mg/L铅溶液中吸附性能最优,最大吸附量达到338 mg/g;拟二级动力学模型和Langmuir模型显示,该吸附过程以化学吸附为主,且铅离子以单分子层的形式排列;热力学分析表明,该反应是自发的吸热反应,温度升高会促进反应的发生。材料表面钙、钠等元素的离子交换作用及羟基、羧基、羰基、酰胺基等活性基团的络合沉淀作用,促进了风化煤固定化微生物材料的铅吸附作用。在铅质量浓度为200 mg/L,材料用量为0.4 g/L、pH值为4、吸附时间大于12 h时,可实现材料吸附性能的最大化。材料表面的Ca、Na等元素与铅的离子交换作用以及羟基、羧基、羰基、酰胺基与铅的络合沉淀作用是其主要作用机制。

污水处理中离子交换树脂对重金属的吸附特性与再生机理分析

离子交换树脂作为一种重要的污水处理材料,在吸附重金属方面发挥着关键作用。本文通过分析其吸附特性和再生机理,探讨了其在环境保护领域的潜在应用。研究表明,离子交换树脂的结构和动力学参数对重金属吸附效果具有重要影响。此外,再生方法的选择和优化也对树脂的长期应用起着至关重要的作用。

黑孢藻粉对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附特性研究

重金属污染对水生态系统的影响日益严重,利用藻类去除水体中的重金属,已越来越受到研究者的关注。本研究以黑孢藻粉为生物吸附材料,探究其对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附作用。通过分批实验研究不同的pH、温度、初始离子浓度、吸附时间对黑孢藻粉吸附效果的影响,并采用动力学、热力学、等温模型对吸附特性进行探讨。结果表明,黑孢藻粉在pH为6和7时对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附效果最佳,吸附量可达13.0 mg/g和13.4 mg/g;随着初始离子浓度的增加,黑孢藻粉对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附量逐渐升高,当浓度为100 mg/L时,吸附量分别为26.7 mg/g和22.9 mg/g;升温可促进黑孢藻粉吸附Cu^(2+)和Cd^(2+),在30℃时对两种离子的吸附量均大于11.0 mg/g。热力学研究表明黑孢藻粉对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附为吸热反应;等温线分析显示黑孢藻粉吸附Cu^(2+)和Cd^(2+)的过程分别符合Freundlich和Langmuir模型;Cu^(2+)和Cd^(2+)的准二级动力学模型拟合效果较好,相关系数均大于0.9,即吸附过程受化学反应控制。

公路隧道气态污染物吸附特性试验研究

公路隧道是交通运输网络中的重要基础设施,为治理公路隧道气态污染物,改善隧道空气质量,根据环境工程原理,对公路隧道气态污染物活性炭吸附技术进行试验研究。基于活性炭吸附原理,以柱状活性炭为吸附剂,NO_(2)为吸附质,采用正交试验方法设计4种方案,对不同活性炭材质、粒径、气体风速和炭层厚度情况下活性炭的NO_(2)吸附特性进行试验研究。试验结果分析表明:“气体风速”对活性炭吸附效率和压损有显著影响;采用单一材质活性炭时,“活性炭粒径”也有显著影响。分析得到4种试验方案下的最优参数组合,其中最优的组合为组合1:风速0.113m/s, 4mm煤质活性炭,炭层厚度为2h(6cm)。此参数组合下NO2气体在活性炭炭层中的停留时间为0.53s,净化效率达到90%以上。以上研究成果可为隧道气态污染物吸附装置的设计研发提供参考。

铁氧化物改性玉米芯生物炭对水体中砷的吸附特性研究

为探究铁氧化物改性玉米芯生物炭对水体中砷的吸附特性,修复砷污染水体,利用比表面积测试仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对铁氧化物改性玉米芯生物炭(FX)和玉米芯生物炭(X)的比表面积、表面形貌和官能团进行表征,并分析了不同溶液初始pH值、初始砷浓度和吸附时间对水体中砷去除率的影响。结果表明:经铁氧化物改性后的玉米芯生物炭的比表面积和孔体积增加,铁氧化物负载在玉米芯生物炭上,有丰富的官能团;在溶液初始pH值为3时,FX对砷的去除率为97.8%,FX对砷的去除率随pH值的升高而下降;FX对水体中砷的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,对砷的最大吸附容量为18.02 mg/g;FX对水体中砷的吸附机制主要是静电吸附和化学吸附,且FX具有良好的循环利用潜力。

超声冻融-复合酶解制备小麦多孔淀粉及其吸附特性

针对传统方法制备的小麦多孔淀粉吸附性较差的问题,以小麦淀粉为原料,对比研究超声冻融、复合酶(α-淀粉酶和糖化酶)处理以及超声冻融-复合酶水解淀粉的理化性质和吸附性能。结果表明,小麦淀粉为A型淀粉,超声冻融、复合酶解和超声冻融-复合酶解均未改变小麦淀粉的晶型,经超声冻融处理的淀粉表面被侵蚀,复合酶水解可形成少量孔洞的多孔淀粉,此2种处理均可显著降低淀粉相对结晶度,分别为30.97%和25.53%,显著降低淀粉双螺旋分子的有序性。超声冻融结合复合酶水解制得多孔淀粉的比表面积和总孔体积最大,分别为1.6486 m^(2)/g和4.294×10^(-3)cm^(3)/g,淀粉相对结晶度较低(21.73%)、双螺旋结构的有序性达到最低,从而具有最大的膨胀力、吸油率和吸水率,分别为17.38 g/g,81.84%和120.28%。研究为小麦多孔淀粉的制备提供参考。