Relationship between breakthrough curve and adsorption isotherm of Ca(Ⅱ)imprinted chitosan microspheres for metal adsorption

In this work, an equilibrium-dispersion model was successfully established to describe the breakthrough performance of Ca（Ⅱ） imprinted chitosan （Ca（Ⅱ）-CS） microspheres packed column for metal adsorption, and the assumptions of Langmuir isotherms and axial dispersion controlled mass transfer process were confirmed. The axial dispersion coefficient in Ca（Ⅱ）-CS microspheres packed column was found to be almost proportional to the linear velocity and fit for prediction through single breakthrough test. Sensitivity analysis for breakthrough curve indicated the axial dispersion coefficient as well as Langmuir coefficient was sensitive variable for deep removal requirement. The retrieval of the adsorption isotherms of Ca（Ⅱ）-CS microspheres from breakthrough curve was fulfilled by modelling calibration. A strategy based on the correlation between adsorption isotherms and breakthrough performance was further proposed to simplify the column adsorption design using absorbents with small/uniform size and fast adsorption kinetics like Ca（Ⅱ）-CS microspheres to cut down the gap between lab and industry.

固态胺吸附去除CO_(2)行为研究

为解决基于固态胺材料的再生式CO_(2)去除技术在便携式生保系统中的应用问题,开展了固态胺材料吸附去除CO_(2)的性能研究。进行了不同吸附温度、入口CO_(2)浓度、气体流量条件下固态胺吸附CO_(2)的穿透试验,获得了相应的穿透曲线;利用Wheeler方程对穿透曲线进行了拟合,得到了相应的拟合方程、平衡吸附量等结果。结果表明:通过Wheeler方程能够准确描述固态胺吸附CO_(2)的行为;获得了CO_(2)穿透率分别为10%和50%时的穿透时间与气体流量间的线性关系方程,方程可应用于预测固态胺反应器性能、切换周期等,使评估反应器性能的试验大为简化。

秸秆还田下土壤孔隙演化及其对溶质穿透特征的影响机理分析

为揭示秸秆粉碎还田后,不同腐解进程下土壤孔隙演化及其对水分和溶质穿透特征的影响机理,设置不同秸秆还田量(0、5、10、15 t/hm^(2))和还田时间(0、30、60 d)处理,采用CT断层扫描技术,视觉量化了土壤孔隙结构特征演变,并基于溶质穿透试验,分析了水分-溶质迁移优先流规律。结果表明,秸秆还田引起土壤孔隙/喉道特征变化,抑制水分-溶质迁移过程,田间持水率和土壤含水率上升,溶质穿透变慢,优先流现象减少,土壤水肥有效持留;随秸秆腐解至60 d,孔隙/喉道特征改变,优先流开始发育,但土壤水肥持留能力增强。秸秆还田5、10、15 t/hm^(2)初期,和CK组相比大孔隙体积占比分别减少7%、14%、50%,连通孔隙减少11%、39%、66%,表层含水率增加1%、3%、6%。腐解60 d后,和0 d相比大孔隙体积占比分别增加331%、200%、357%,连通孔隙增加33%、84%、195%,表层含水率增加6%、5%、5%,完全穿透试样所需溶质减少55%、76%、67%。基于Green-Ampt模型和指数衰减模型估算了不同秸秆初始投入量在不同腐解时间下的导水特征,发现饱和导水率在秸秆还田后减小,且随秸秆腐解增大。研究可为控制大孔隙流和无效灌溉提供依据,进一步为秸秆科学还田提供实践指导。

FCC催化剂传质性能与孔结构和酸性的关联性探究

为研究流化催化裂化(FCC)催化剂的传质性能与其孔结构和酸性的关联性,制备了3种具有不同孔结构和酸性的半合成FCC催化剂(CAT1、CAT2、CAT3),并对催化剂的孔结构和酸性进行了系统表征;选用萘、菲、吖啶作为探针分子,测试客体分子在催化剂上的吸附穿透性能,并考察了其传质性能;采用超分辨成像技术,对催化剂上酸中心转化能力进行了可视化分析。结果表明,通过选择合适的探针分子,可实现FCC催化剂对大分子的吸附行为差异性的有效辨析;FCC催化剂上大分子的传质性能取决于催化剂的孔结构和表面酸性;使用新型大孔基质材料可优化FCC催化剂的传质性能,提升FCC催化剂中Y分子筛上酸中心的转化能力。研究结果可为FCC催化剂传质构效关系的研究提供有效方案,并且可为高效FCC催化剂的设计提供理论指导。

科学突破主题的学科交叉演化特征分析

本研究在领域主题粒度上探究学科交叉对科学突破的影响,推进对科学突破动力机制的认知。通过分析时序数据动态变化特征,揭示新兴研究主题的突破性潜力及其学科交叉特征。首先从新兴研究主题中识别科学突破主题,之后分析不同类别中科学突破主题的学科交叉特征,进而分析科学突破主题及其知识基础文献的被引量与学科交叉数量增减演进趋势的一致性,最后测度科学突破主题的被引量与其学科交叉数量时间序列之间的预测因果关系,以此探究科学突破的产生与学科交叉的关联。以干细胞领域为例开展实证研究发现,科学突破主题的学科交叉特征可划为三个类别,且科学突破主题与其知识基础在被引量和学科交叉数量的增减演进趋势上存在较高的一致性,大多科学突破主题被引量时间序列与学科交叉数量时间序列间的预测因果关系并不显著,因此不能仅用学科交叉数量指标识别或预判科学突破主题。本研究为更好地理解科学突破研究的特征提供了有用的线索与有益的启示。

烘丝尾气冷凝液致香成分的吸附浓缩

烘丝过程蒸发的致香成分在冷凝液中低浓度存在,回收利用困难。测定了烘丝尾气冷凝液主要致香成分和浓度;选择代表性香味成分,考察吸附法富集的可行性。实验表明,苯乙醇、二氢大马酮、糠醛在HP-20大孔树脂中吸附符合拟二级动力学,吸附等温线可以用Freundlich或Langmuir方程表征;吸附为自发吸热过程。实验考察了固定床动态吸附特性,恒定波模型可较好表征吸附进程。研究表明,大孔树脂吸附结合乙醇洗脱,能有效提浓和回收致香成分。

滇西南宿根甘蔗地土壤大孔隙特征

【目的】准确掌握宿根甘蔗土壤孔隙的变化特征,为甘蔗种植中的土壤管理、土壤水文预测预报等提供依据。【方法】采用空间代替时间法结合土壤水分穿透曲线法测定了不同坡度、不同宿根年限、不同土层的甘蔗地土壤大孔隙。【结果】宿根甘蔗地40 cm深土壤大孔隙半径分布在0.3~3.6 mm,随着孔径的增大,土层深度的增加,大孔隙数量显著减少;随着坡度和年限的增加,小于0.6 mm的大孔隙数量减少得更显著;土壤大孔隙平均半径最大为种植后第4年,且年限间差异主要出现在坡地上;坡地大孔隙面积比和平均体积呈现出随着宿根年限增加其值减小的趋势。【结论】甘蔗地宿根管理下,深层及小孔径大孔隙数量减少是主要趋势,应加强深施肥或原位松土管理。

掺砂量对中度盐碱土壤水力特性及溶质运移过程的影响

[目的]为探究不同掺砂量对中度盐碱土壤水力特性和溶质运移过程的影响。[方法]采用室内土柱试验,设置4种掺砂比例CK(掺砂0)、B1(掺砂10%)、B2(掺砂15%)、B3(掺砂20%),研究中度盐碱土壤在不同掺砂量条件下的土壤水力特性和溶质运移过程变化规律并进行模型模拟。[结果](1)掺砂量在0~20%内,中度盐碱土掺砂明显影响土壤水分特征曲线变化,掺砂比例越大,曲线越靠近Y轴。在任一吸力条件下土壤含水率表现为CK>B1>B2>B3。且掺砂比例越大,土壤小孔隙数量越多,微小孔隙减少,土壤持水性能减弱。土壤的饱和导水率随掺砂量的增加而增大。(2)随掺砂量的增加,溶质穿透曲线明显左移,初始穿透时间、完全穿透时间及穿透总历时均减少,B1、B2、B3处理总穿透历时分别比CK减少34.48%,47.22%,69.71%。(3)CED方程和两区模型均能较好地模拟掺砂条件下土壤中溶质运移状况,但相较于CDE方程,两区模型的拟合精度更高。对两区模型拟合参数进行分析发现,随掺砂量的增加,土壤孔隙流速、可动区含水比率和质量交换系数逐渐增大,而水动力弥散系数和弥散度呈减小趋势。[结论]盐碱土掺砂能够有效改善土壤水力特性,促进溶质在土壤中运移,有助于缓解盐碱对作物生长的不利影响。研究结果可为盐碱土改良与治理工作提供参考,为未来的研究和实践提供理论支持和实践指导。

Can the Bass innovation diffusion model describe adsorption breakthrough curves of pharmaceutical contaminants?

1.Introduction Fixed bed adsorption is a widely used separation process in the chemical industry for the processing of liquids and gases.The performance of fixed bed adsorption systems is often evaluated by analyzing the breakthrough curves,which represent the variation of the solute concentration in the effluent stream as a function of time or bed volume.

Efficient adsorption separation of methane from C_(2)-C_(3) hydrocarbons in a Co(Ⅱ)-nodes metal-organic framework

Methane(CH_(4))as a substitute for other mineral fuels plays a crucial role in reducing energy consumption and preventing environmental pollution.The present study employs a solvothermal method to fabricate a porous framework Co-metal-organic framework(Co-MOF)containing two distinct secondary building units(SBUs):an anionic[Co_(2)(μ_(2)-OH)(COO)_(4)(H_(2)O)]and a neutral[CoN_(2)(COO)_(2)].Notably,within the anionic SBUs,the coordinated water molecules induce the generation of divergent unsaturated Co(Ⅱ)centers in the unidirectional porous channels,thereby creating open metal sites.The adsorption performance of Co-MOF towards pure component gases was systematically investigated.The results demonstrated that Co-MOF exhibits superior adsorption capacity for C_(2)-C_(3) hydrocarbons compared to CH_(4),which offers the potential for efficient adsorption and separation of CH_(4) from C_(2)-C_(3) hydrocarbons.The gas selectivity separation ratios of Co-MOF for C_(2)H_(6)/CH_(4) and C_(3)H_8/CH_(4) were calculated using the ideal adsorbed solution theory method at 273/298 K and 0.1 MPa.The results revealed that Co-MOF achieved remarkable equilibrium separation selectivity for CH_(4) and C_(2)-C_(3) hydrocarbon gases among non-modified MOFs,signifying the potential of the synthesized Co-MOF for efficient recovery and purification of CH_(4) from C_(2)-C_(3) hydrocarbons.Breakthrough experiments further demonstrate the ability of Co-MOF to purify methane from C_(2)-C_(3) hydrocarbons in practical gas separation scenarios.Additionally,molecular simulation calculations further substantiate the propensity of anionic SBUs to interact with C_(2)-C_(3) hydrocarbon compounds.This study provides a novel paradigm for the development of porous MOF materials in the application of gas mixture separation.

Development of Ni_(x)/Mg_(1-x)-MOF-74 for highly efficient CO_(2)/N_(2) separation

To enhance the separation selectivity of Mg-MOF-74 towards CO_(2) in a CO_(2)/N_(2) mixture,a series of Mg-MOF-74 and Ni_(x)/Mg_(1-x)-MOF-74 adsorbents were prepared by solvothermal synthesis in this paper.It was found that the adsorption capacity of Mg-MOF-74 for CO_(2) could be effectively increased by optimizing the amount of acetic acid.On this basis,the bimetal MOF-74 adsorbent was prepared by metal modification.The multi-component dynamic adsorption penetration analysis was utilized to examine the CO_(2) adsorption capacity and CO_(2)/N_(2) selectivity of the diverse adsorbent materials.The results showed that Ni0.11/Mg0.89-MOF-74 showed a CO_(2) adsorption capacity of 7.02 mmol/g under pure CO_(2) atmosphere and had a selectivity of 20.50 for CO_(2)/N_(2) under 15% CO_(2)/85%N_(2) conditions,which was 10.2% and 18.02% higher than that of Mg-MOF-74 respectively.Combining XPS,SEM and N_(2) adsorption-desorption characterization analysis,it was attributed to the effect of the more stable unsaturated metal sites Ni into the Mg-MOF-74 on the pore structure and the synergistic interaction between the two metals.Density Functional Theory(DFT)simulations revealed that the synergistic interaction between modulated the electrostatic potential strength and gradient of the material,which was more favorable for the adsorption of CO_(2) molecules with small diameters and large quadrupole moment.In addition,the Ni0.11/Mg0.89-MOF-74 showed commendable cyclic stability,underscoring its promising potential for practical applications.

V^(5+)和V^(4+)在不同生物炭柱中淋溶特性及其影响因素研究

生物炭对重金属离子有良好滞留作用,被广泛用作吸附剂来去除地表径流及地下水中的重金属。选用粒径为0.80 mm的木炭和竹炭,通过柱淋溶试验探究V^(5+)和V^(4+)在两种生物炭柱中的淋溶特性,并分别研究钒价态、初始钒浓度、溶液pH以及有机酸种类和浓度等因素对钒迁移的影响。结果表明,木炭和竹炭颗粒对V^(5+)吸附较弱,而对V^(4+)吸附较强。当淋溶液体积为3 PV(PV为孔隙体积,60 mL)时,不同初始浓度V^(5+)出流比(出流液与注入液浓度的比值)在两种生物炭柱中均达到0.90以上,表明V^(5+)迁移性强,初始浓度对生物炭吸附V^(5+)影响不显著。当淋溶液体积为8 PV时,初始质量浓度为5 mg·L^(-1)的V^(4+)溶液出流比约为0.90,而40 mg·L^(-1)的V^(4+)溶液出流比降低到0.63以下,表明随着初始V^(4+)浓度增大,生物炭对V^(4+)的吸附量显著增加。随着淋溶液pH升高,两种生物炭对V^(5+)和V^(4+)的吸附量降低,进而V^(5+)和V^(4+)溶液出流比增大,pH为5.5时V^(5+)和V^(4+)溶液出流比在木炭柱中分别为0.88和0.58,在竹炭柱中分别为0.83和0.53。当淋溶液中加入不同浓度草酸和柠檬酸时,高浓度有机酸能促进V^(5+)淋溶,低浓度则会抑制淋溶。与草酸相比,柠檬酸对V^(5+)在两种生物炭柱中淋溶的抑制效果更明显。傅里叶红外光谱(FTIR)分析结果显示,生物炭表面主要为酸性含氧官能团,如羧基、羰基和羟基等,易与V^(5+)和V^(4+)络合沉淀。当溶液pH降低,生物炭表面酸性含氧官能团数量增加,从而显著促进生物炭对V^(5+)和V^(4+)的吸附固定作用。

煤矸石基多孔基质对土壤溶质运移的影响

针对矿区存在的养分贫瘠、干旱缺水、表土缺乏等问题,提出了利用煤矸石制备多孔基质,并选择其作为矿区表土重构材料进行生态修复的思路,以及从溶质运移的角度评估其可行性。通过垂直土柱易混置换试验,研究了煤矸石基多孔基质对土壤中Cl^(−)和Na^(+)运移特征的影响,揭示了多孔基质对土壤孔隙分布、饱和土壤溶质运移的影响规律。结果表明,当多孔基质掺量为10%~30%(体积分数)时,会缩短Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间,这是由于少量掺杂的多孔基质与土壤颗粒相互填充,小孔隙数量增加,形成了更为复杂的运移路径及多孔基质对Na^(+)具有较强的吸附性,会延长Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间;随着多孔基质添加量的继续增加(>30%),由于多孔基质容重较小,导致饱和导水率增加,反而会逐渐缩短Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间。添加30%多孔基质时,出流液中的Cl^(−)和Na^(+)浓度分别降低了1.65%~46.30%和10.12%~32.88%,Cl^(−)和Na^(+)运移方式以对流为主。土壤孔隙分布和土壤对溶质的吸附性是影响溶质运移的主要因素。煤矸石基多孔基质和黄土以体积比为3∶7混合的复配模式,可以有效减少溶质运移。

Adsorption Breakthrough of Benzene in the Fixed Bed of Modified Activated Carbon under Different Humidity Conditions

The breakthrough curves of benzene and water on modified activated carbons（ACs） were investigated.Temperature-programmed desorption（TPD） experiments were conducted to measure the TPD curves of benzene and water on modified and unmodified ACs and to estimate the activation energy for the desorption of benzene on the modified ACs.Starting with unmodified ACs,two modified ACs were prepared by using two different types of silane,designated by KH560 and 1706.The results showed that the activation energy for the desorption of benzene on KH560/AC and 1706/AC was higher than that on unmodified AC.In addition,the activation energy for the desorption of water on KH560/AC and 1706/AC was lower than that on unmodified AC.The breakthrough curves of benzene obtained from the experimental observations under different humidity conditions were compared with the results of the TPD experiments.The results show that the modified ACs are less affected by water,whereas the unmodified ACs are more affected by water,indicating that surface modification by organosilane compounds can improve the adsorption of benzene on the activated carbo,which weakens the adsorption of water.

滇西南不同土地利用方式坡地土壤大孔隙特征及与饱和导水率的关系

【目的】研究滇西南不同土地利用方式坡地土壤大孔隙特征与饱和导水率的变化,为控制滇西南地区坡地水土流失提供参考。【方法】以滇西南6种典型土地利用方式(荒草地、茶地、烤烟地、玉米地、甘蔗地、澳洲坚果地)坡地为研究对象,测定6种坡地不同坡位(坡上、坡下)和土层(0~15,15~30 cm)土壤的基本理化性质、水分穿透曲线、大孔隙特征及饱和导水率,分析不同土地利用方式坡地土壤大孔隙特征与饱和导水率的关系。【结果】(1)滇西南不同土地利用方式坡地土壤基本理化性质存在差异,坡位和土层深度对土壤的基本理化性质有明显影响。(2)滇西南不同土地利用方式坡地的土壤水分出流速率先增加,都在90 s之后基本趋于稳定。6种土地利用方式下0~30 cm土层土壤平均出流速率表现为玉米地>荒草地>澳洲坚果地>茶地>甘蔗地>烤烟地。(3)不同土地利用方式坡地土壤大孔隙半径、面积比与平均体积存在明显差异。荒草地、茶地、玉米地、澳洲坚果地土壤大孔隙平均半径随土层深度的增加而减小,而甘蔗地、烤烟地土壤大孔隙平均半径变化则相反。不同土地利用方式坡地土壤大孔隙面积比与平均体积由大到小均表现为玉米地>荒草地>澳洲坚果地>茶地>甘蔗地>烤烟地。(4)不同土地利用方式坡地土壤饱和导水率差异显著,其中玉米地和荒草地饱和导水率明显高于其他坡地。(5)相关性分析表明,不同土地利用方式坡地土壤大孔隙密度、平均体积与饱和导水率呈线性正相关关系,平均半径与饱和导水率之间呈指数函数关系。土壤大孔隙平均体积与稳定出流速率之间呈线性正相关关系。【结论】不同土地利用方式坡地表层(0~15 cm)和上坡位土壤大孔隙半径大、联通性好,更有利于土壤的滞水减流。

13X分子筛对低质量浓度C_(3)F_(8)的吸附性能分析

电子工业中八氟丙烷(C_(3)F_(8))的存在会影响六氟化硫(SF_(6))气体的灭弧和绝缘性能,需要对C_(3)F_(8)进行分离,而目前深冷分离法无法将低浓度C_(3)F_(8)除尽,运用吸附分离法进行C_(3)F_(8)吸附的研究报道也还较少。文中采用已经商用的13X分子筛对低浓度C_(3)F_(8)进行吸附,模拟工业上的固定床吸附实验,测量电气行业中的C_(3)F_(8)在13X分子筛上的动态吸附性能,并研究了商用13X分子筛对低浓度C_(3)F_(8)(ppm级)的吸附透过曲线随进气流量、进气C_(3)F_(8)质量浓度和吸附温度的变化规律,分析各因素的影响程度。绘制C_(3)F_(8)吸附透过曲线,通过吸附透过曲线进行吸附平衡模型预测和动力学模型的拟合,分析了13X分子筛对低浓度C_(3)F_(8)的吸附行为和机理。结果表明,吸附量随C_(3)F_(8)质量浓度的增加而增大,随入口流量和吸附温度的增加而减小;3种因素的影响程度为进气质量浓度>温度>进气流量。吸附平衡模型结果符合Langmuir等温吸附模型,相关度达到0.999 3,动力学吸附模型符合拟一级动力学模型,表明13X分子筛对C_(3)F_(8)的吸附为物理吸附。在温度为30℃、进气流量为1.2 L/min、压力为0.12 MPa、C_(3)F_(8)气体质量浓度为459 mg/L(即ppm级)时,13X分子筛对C_(3)F_(8)的动态吸附可达到5.428 mmol/g,为工业上运用吸附脱除C_(3)F_(8)工艺提供了数据参考。

积水深度对含大孔隙土柱水流与溶质运移影响的试验研究

土壤表面积水深度是影响大孔隙优势流过程的重要因素,本文利用含单个4 mm孔径圆柱形填充粗砂的人造大孔隙和对照均质壤粘土土柱,选取0.5 cm、2 cm、4 cm、6 cm四组积水深度,开展饱和条件下的渗流与Br离子示踪试验。通过分析水分与溶质出流的时间动态及其在出流面的空间分布特征,探究积水深度对含大孔隙饱和土壤的水流及溶质优势流运移的影响。结果表明,土柱平均流速随积水深度的增加以非线性关系更快的增加;溶质穿透曲线表现为双峰特征,且随积水深度增加,第一峰更早穿透而第二峰出现更晚且更平缓;空间上表现为随积水深度增加,水流与溶质向大孔隙及附近集中,优势流占比增加。

单井注抽示踪试验推估含水层中DNAPL残留量的数值分析

目前,刻画场地重非水相液体(dense non-aqueous phase liquid,DNAPL)污染常用的钻孔取样和井间分溶示踪试验方法成本高昂。相比而言,单井注抽试验节省经费,且对污染源区的扰动少,但该试验方法推估DNAPL残留量的准确性尚未得到定量验证。针对该问题,基于数值方法分析了示踪剂类型、注抽速率、污染源区结构等因素对单井注抽试验推估DNAPL残留量精度的影响。结果表明:(1)选用分溶系数比2,2-二甲基-3-戊醇(2,2-dimethyl-3-pentanol,DMP)低的己醇进行示踪,示踪剂回收更加充分,推估污染物残留量的平均精度增幅可达35.11%;(2)当注入速率从100 m^(3)/d提高至130 m^(3)/d、抽出速率从120 m^(3)/d提高至150 m^(3)/d,示踪剂接触的污染源区面积更大,均质源区对应的污染物残留量平均精度从42.45%提高到60.26%,非均质源区对应的平均精度从27.69%提高至48.72%;(3)污染源区结构复杂程度的增加会阻碍示踪剂的运移,非均质源区对应的平均精度比均质源区降低了13.15%;(4)单井注抽示踪试验更适用于离散状为主的污染源区,其平均精度比池状为主的源区增加了15.74%。单井注抽试验结合数值分析可有效推估残留非水相液体的分布,建议在DNAPL污染场地精细调查中使用,可为场地风险评估和修复方案的制定提供参考。

快速小型柱测试应用于水处理吸附试验综述

饮用水中微污染物的存在和危害得到人们广泛的关注。颗粒活性炭(GAC)具有较大的比表面积,能吸附各类污染物,活性炭吸附床是水厂去除此类物质最常用的工艺之一。快速小型柱测试(RSSCT)是为了确定实际规模吸附床对目标污染物的吸附容量和活性炭用量设计的一种实验室规模的试验装置。文中综述了RSSCT装置、设计的两种模型以及污染物初始浓度、空床接触时间、吸附剂用量和粒径等各因素对污染物穿透曲线的影响。重点考虑了天然有机物(NOM)在水体中对目标污染物的竞争作用,分析了竞争机制,NOM通过对GAC活性位点的直接竞争,改变吸附剂GAC的孔径分布以及表面电荷,同时还会与水体中污染物和其他杂质离子络合,进而对吸附系统的性能产生影响。从RSSCT装置的模型设计、影响因素和竞争机制来分析装置的性能,进而为实际GAC吸附床工艺的设计和应用提供一定的参考。