镧改性生物炭高效去除水中磷酸盐特征与机理分析

生物炭(biochar,BC)应用于水体中磷的去除不仅有助于缓解水体富营养化,还有利于解决固体废物处理问题,达到以废治废的目的。然而,吸附性能较差严重限制了生物炭在水体除磷方面的应用。因此,该研究采用热解-水热法成功合成了一种镧(La)改性生物炭(La-modified biochar,LBC)除磷吸附剂,考察了制备参数(包括La与BC质量比、水热时间和水热温度)、吸附时间、初始磷浓度、pH值、共存离子对LBC吸附磷酸盐性能的影响,并分析了饱和吸附磷酸盐的LBC在水中的磷酸盐缓释性能。此外,采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征技术研究了LBC对磷酸盐的吸附机理。试验结果表明,LBC对磷酸盐的吸附能在1 h内快速达到平衡,由Langmuir模型拟合得到的最大吸附量可达136.4 mg/g,吸附速率和吸附量优于大多数已报道的镧改性生物炭吸附剂,这可能主要是因为LBC表面的镧物种呈球状多孔结构,能够提供丰富的磷酸盐吸附位点。此外,LBC在pH值为3~7范围能保持稳定的磷酸盐吸附性能,而在碱性环境下会受到抑制。LBC在含有常见共存阴离子的溶液中,对磷酸盐表现出较高的选择性。XRD、FTIR和XPS表征结果证实,LBC对磷酸盐的吸附机理包括静电吸引、LaPO_(4)沉淀和La-O-P内球络合。饱和吸附磷酸盐的LBC在15 d内可以有效进行连续的磷酸盐释放,且La浸出量可忽略不计。该研究可为农林业废物资源化利用、富营养化水体缓解和高效镧改性生物炭除磷吸附材料的合成设计提供新的思路。

Mn^(2+)掺杂Mg/Al水滑石强化水中磷酸盐吸附性能

由于磷酸盐过量引起的富营养化对生态系统和人类健康产生的不利影响,已成为迫切需要解决的全球性环境问题。采用共沉淀法制备了Mn^(2+)掺杂的Mg/Al/Mn三元类水滑石材料,实现了废水中磷酸盐的有效去除。采用X射线衍射(XRD)技术对Mg/Al/Mn类水滑石的结构进行了表征,并考察了吸附时间、初始磷浓度以及溶液pH值对磷酸盐吸附效果的影响。结果表明:适量掺杂Mn^(2+)能增大类水滑石的层间距,有利于磷酸盐的吸附。Mg/Al/Mn类水滑石对磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,而吸附等温线适合用Langmuir模型描述。当Mn^(2+)占所有金属离子百分比为2.5%时,理论饱和吸附量最大,达到119.7 mg/g,约为Mg/Al水滑石的2倍。此外,Mg/Al/Mn类水滑石还具有宽的pH值适应范围(3~11)。以上结果表明Mg/Al/Mn三元类水滑石是一种有前途的吸附剂,可用于废水中磷酸盐的高效处理。

MgO/La_(2)O_(3)CO_(3)复合材料对磷酸盐的吸附特征

采用水热法制备了MgO/La_(2)O_(2)CO_(3)复合材料(ML)。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对其结构及表面形貌进行了表征,利用Zeta电位仪测定了其零点电位点,并探究了接触时间、初始磷酸盐浓度和初始pH对磷酸盐吸附效果的影响。结果表明,ML呈现板块状堆叠而成的层状结构,零点电位点为4.52。准二级动力学模型和Freundlich模型更适合描述ML对磷酸盐的吸附过程。由Langmuir模型拟合得到最大吸附量可达110.24mg/g。其对磷酸盐的吸附量随pH的升高逐渐下降。

基于TRIZ理论的激光琴创新设计

为了解决传统有弦琴的琴弦易损坏、耐久度低、伤害使用者手部的问题,笔者通过引用TRIZ创新方法中因果链分析与物理矛盾理论,从原有的有弦琴的基础上对其进行改进,将有弦琴设计为用激光代替琴弦、不伤手、经济效益高、观赏价值高的新型激光琴.实践表明,TRIZ创新理论能够很好地提高产品的研发效率与生产价值.

基于TRIZ理论的等离子音响设计

为解决传统音响音质低的问题,引入现代TRIZ创新理论中的矛盾矩阵方法,在传统音响的基础上设计一款高音质的等离子音响,实践证明,通过学习TRIZ及遵循它的规则,能高效且创造性地解决发明创造中所遇到的问题.

基于TRIZ理论的管道检测装置设计

现有的多数管道检测装置结构复杂且需要耗费大量的人力物力,基于此,笔者利用TRIZ理论（即发明问题解决理论）中的因果链分析与技术矛盾和矛盾矩阵,对原始的管道检测装置进行了简要的分析和研究,并设计了一种新型的管道检测装置,该装置相对而言小巧便于携带且操作简单.

基于矛盾矩阵的光纤通信演示装置创新设计

为解决现有光纤通信演示装置存在的问题,引入TRIZ理论中的矛盾矩阵方法设计一种新型的光纤通信演示装置,使其在演示时能直观的呈现光的传输过程,同时成本较低.

基于TRIZ物-场模型的人体感应台灯

台灯作为生活的必需品,其使用的方便性和安全性具有很大的研究价值,为了解决台灯容易发生触电危险,忘记关灯后不节能的问题。引用现代TRIZ技术中物-场模型与标准解系统,将台灯设计为使用人体传感器,光敏电阻的新型台灯。使其只有在光线较暗、检测到人存在时,才会发光,具有安全节能操作方便等优点,应用前景较好。

基于TRIZ理论的光通信演示装置

传统的光通讯实验装置主要以探究理论为目的,实验过程并不具有形象、易于理解记忆的现象过程,基于此,笔者提出一种基于 T R I Z理论的创新型光通讯实验演示装置,相比而言,此装置具有操作方便、结构简单,易于课堂演示等优点.

基于TRIZ理论的多功能心率仪系统的改进

心率仪在现代社会不仅广泛应用于医疗系统,也成为一种普遍的家用仪器,为了解决现有家用测量仪器的单一性、使用繁杂的问题,笔者在此运用TRIZ创新理论方法,改变原有的系统,使用51单片机系统,增加了心率仪的功能.最终证明了运用TRIZ理论的特性传递分析能够快速建立基础系统,有效组成系统,并解决关键问题.

基于TRIZ理论的太阳能磁悬浮电机

电机是电能传输、使用和电能特性变化的核心装备,其在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重要的位置.本文利用TRIZ创新方法来改进普通电机所存在的问题：（1）电机在生活中应用广泛,但没有适合演示电机原理的装置.（2）普通电机对常规电流的消耗特别大.基于此,我们基于TRIZ理论提出一种太阳能磁悬浮电机,既适合演示电机原理的装置,又不需要消耗常规电流的装置.

基于TRIZ理论的电动机演示仪创新设计

针对电动机演示难,不易于制作以及体积大的问题,引入现代TRIZ创新理论来解决,实现基于TRIZ功能分析的电动机演示仪创新设计方法,达到使产品结构简单化以及制作成本降低的效果,实践得出,TRIZ理论能提高创新的效率,使解决实际问题的过程有所简化。

基于TRIZ理论的家居报警系统改进

为了克服传统家居报警系统报警信号传递范围的缺陷,笔者运用现代TRIZ创新理论,通过使用GSM通讯技术,扩大家居报警信号的传递范围,结果表明,运用TRIZ理论的因果链分析能够快速、有效地找到关键问题所在,并找到可能存在的解决关键问题的方法.

浅谈基于TRIZ理论的红外遥控风扇

传统的挂式风扇存在细绳开关易损坏和安装不牢固的问题,本文通过引入 TRIZ 理论的技术矛盾理论,将挂式风扇设计为红外遥控新型挂式风扇,解决了传统风扇中存在的使用不方便、易损坏、安全系数低的问题.

浅谈基于TRIZ特性传递的无线体感鼠标

为了解决有线鼠标受到感应平面的限制而不能脱离平面使用的问题,利用现代TRIZ理论中的特性传递原理,将有线鼠标设计成通过感知手部动作,实现在空间传输信号的新型无线体感鼠标。

基于TRIZ理论的单模光纤锥角结构SPR微传感器探讨

为了解决 S P R传感器中棱镜型 S P R传感器系统体积庞大、光纤型 S P R传感器稳定性不足、灵敏度低的问题,本文利用 T R I Z理论中的创新分析方法,设计出-种结构简单、灵敏度高的单模光纤锥角结构的 S P R传感器.

生物炭Mg/Al-LDHs复合材料对磷的吸附特性及机理

为有效控制水体富营养化和实现农业废弃物资源化利用,以生物炭作为类水滑石(Layered Double Hydroxide,LDHs)的载体,采用共沉淀法制备出生物炭镁铝水滑石复合材料(Mg/Al-LDHs@BC),并研究其对水中磷酸盐的吸附特性。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Zeta电位仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光电子能谱对其进行表征。结果表明,花瓣状Mg/Al-LDHs成功负载到生物炭表面上。Mg/Al-LDHs@BC对磷酸盐的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,等温吸附过程更适合Langmuir模型来描述,拟合得到的最大吸附量达71.37 mg/g,高于Mg/Al-LDHs,同时较生物炭提升约9倍。Mg/Al-LDHs@BC的零点电荷为5.39,在酸性条件下对磷酸盐的吸附性能优于碱性条件。Cl^(-)和NO_(3)^(-)对Mg/Al-LDHs@BC吸附磷酸盐干扰较小,吸附量仅分别下降3.66和5.93 mg/g;CO_(3)^(2-)和SO_(4)^(2-)对其干扰较大,吸附量分别下降了19.64和15.93 mg/g。Mg/Al-LDHs@BC对磷酸盐的吸附机理主要涉及阴离子交换、静电吸引和配体交换。研究结果可为农业废弃物资源化利用及水体富营养化防治提供理论依据。

焙烧态镁铁水滑石改性生物炭吸附磷酸盐特性

以废弃的菠菜叶作为生物炭原料,采用简单的共沉淀法制备出焙烧态镁铁水滑石改性的生物炭复合材料(MFSL)。采用X射线衍射仪(XRD)、电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)、N_(2)吸附-脱附(BET)和Zeta电位仪等技术对MFSL的结构、表面形貌、表面官能团性质,孔结构参数及零点电位值进行了表征,并考察了吸附时间、初始磷酸盐浓度、共存离子和溶液pH对MFSL吸附磷酸盐效果的影响。结果表明:MFSL具有良好的层状结构,比表面积为121.5 m^(2)·g^(-1)。Langmuir模型拟合得到MFSL对磷酸盐的最大吸附量可达115.10 mg·g^(-1),较原始生物炭提高了75%。MFSL对磷酸盐动力学吸附过程符合准二级动力学模型,吸附过程以化学作用为主。MFSL的零点电荷为9.64,在pH=3~9范围内对磷酸盐表现出较好的吸附性能。多组分干扰离子共存时,CO_(3)^(2-)和SO_(4)^(2-)相比K^(+)、Na^(+)和Cl^(-)对MFSL除磷性能抑制作用更大,Ca^(2+)则有略微促进作用。

Rsoft软件在光纤通信教学中的应用

目前,国内外许多高校,无论是工科还是理科,纷纷开设了光纤通信的有关课程,以满足社会对各种层次人才的需求.本文提出了在光纤光学教学中使用Rsoft软件进行仿真分析,结合该软件简单易用的特点,以仿真实验教学方式,将光纤传播理论中晦涩难懂的理论知识转变为可视化的图像图形,直观地反应各类光纤传光特点,帮助学生理解相关知识点,有效提高教学质量和教学效率.

环境科学专业综合创新实验-改性生物炭的制备及其除磷性能测定

采用共沉淀法制备了类水滑石改性生物炭吸附剂,采用批次实验考察了类水滑石改性前后对磷酸盐吸附性能的影响。采用钼锑抗分光光度法测定水中磷酸盐质量浓度,利用XRD表征技术分析了改性前后的吸附剂。该实验涉及材料制备、性能测试、Origin数据处理等多个流程,能够克服传统实验授课模式存在的缺点,有利于培养学生的创新精神,适合作为环境科学专业本科生的综合创新实验。