硫代氨基功能化粉煤灰空心微珠@碳纳米管吸附Cu^(2+)研究

碳纳米管作为一维纳米材料,具有高比表面积和结构可控等优点,被广泛应用于吸附领域,同时也因存在疏水性强、表面惰性以及选择性吸附能力差等不足而限制了其在重金属吸附领域的应用。以燃煤废料粉煤灰空心微珠为原料,制备了一种具有高缺陷密度的空心微珠@碳纳米管材料,并通过羧基化、酰氯化在其表面接枝了硫代氨基官能团,将其用于吸附水溶液中的Cu^(2+),结果表明:粉煤灰空心微珠@碳纳米管表面成功引入了羧基、羟基、氨基等官能团,表面Zeta电位降低;吸附容量与吸附过程中的反应温度、初始pH、初始质量浓度呈正相关;在120 min时吸附达到平衡,平衡时复合材料对Cu^(2+)的吸附容量为34.0 mg/g;吸附过程符合Freundlich吸附等温线模型,与准二级动力学模型拟合度高,吸附过程为自发的吸热反应;吸附机理包括离子交换、静电相互作用和表面络合作用。该研究成果可为粉煤灰的高值化利用和水溶液中Cu^(2+)的吸附研究提供参考。

湿法炼锌溶液中螯合树脂对Cu^(2+)的吸附机理及行为

针对湿法炼锌酸性浸出液中铜的选择性分离困难、有机物污染严重等问题,筛选出可高效选择性分离Cu^(2+)的D711型螯合树脂,并研究树脂吸附Cu^(2+)的规律及机理。研究结果表明:D711树脂对Cu^(2+)的吸附量随体系酸度升高而降低,当溶液初始H2SO4浓度为0.005 mol/L、接触时间为120 min时,树脂的平衡吸附量为56.11 mg/g;D711树脂与Cu^(2+)反应的吉布斯自由能变ΔG(298 K)为-10.26 kJ/mol,焓变ΔH为-4.91 kJ/mol,熵变ΔS为17.92 J/(mol·K),吸附过程为自发、放热、熵增的过程;D711树脂的吸附等温线符合Freundlich模型,吸附过程遵循准二级动力学模型,且速率控制步骤为膜扩散控制;工业湿法炼锌酸性浸出液经二级串联吸附后Cu^(2+)的吸附率可达99.5%以上。吸附前后D711树脂的表面形貌由多孔粗糙状过渡至致密平滑状,树脂的官能团结构稳定,吸附过程中树脂官能团中的N原子参与了反应。

花生壳吸附Cu^(2+)的动力学和热力学研究

采用平衡吸附法,研究了pH、时间及温度对花生壳吸附水溶液中Cu2+的影响。结果表明,pH显著影响花生壳对Cu2+的吸附,pH为3.00~5.00时,吸附效果最好;初始吸附过程非常快,30 min时即达到最大吸附量的97%左右,其动力学行为更好地符合Lagergren准二级反应动力学模型,随着温度增加,初始吸附速率和平衡吸附量增加。吸附过程的表观活化能(Ea)为17.02 kJ/mol,表明花生壳吸附水溶液中Cu2+是吸热的化学过程。吸附活化熵为负值,表明Cu2+从水溶液本体中溶解的自由状态到被吸附的状态是有序增加的过程。吸附活化焓呈正值,意味着升温有利于吸附。花生壳对Cu2+的吸附较好地符合Langmuir吸附等温线。吸附过程中吉布斯自由能变化呈负值,说明吸附过程为自发的过程。

聚乙烯醇/壳聚糖共混膜的制备及对Cu^(2+)的吸附研究

以聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)和壳聚糖(Chitosan,CS)为原料制备了一种共混膜,用该共混膜吸附CuSO_4溶液中的Cu^(2+)。探讨了吸附温度、CuSO_4溶液的浓度、CuSO_4溶液的pH值和吸附时间对共混膜吸附Cu^(2+)量的影响,并讨论了该膜吸附Cu^(2+)的机理。结果表明,在一定范围内,较高的吸附温度、较高的CuSO_4溶液浓度和pH值以及较长的吸附时间均有利于PVA/CS共混膜对Cu^(2+)的吸附。用Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型描述该共混膜对Cu^(2+)的吸附行为时,它们具有较好的相关性。

恶臭假单胞菌Pseudomonas putida 5-x细胞壁膜系统的Cu^(2+)吸附性能

对1株从电镀废水中分离出的革兰氏阴性菌恶臭假单胞菌P.putida5-x的细胞表面组分对Cu2+的吸附性能进行了分析研究.结果表明,分离的P.putida5-x细胞壁膜的Cu2+吸附容量是完整细胞的5倍之多.细胞表面组分如肽聚糖层、细胞外膜和细胞内膜在P.putida5-x细胞壁膜的Cu2+吸附过程中都发挥了作用.肽聚糖层、细胞外膜和内膜在P.putida5-x细胞壁膜中的含量依次为细胞内膜>外膜>肽聚糖层,而它们的Cu2+吸附容量的大小依次为肽聚糖层>外膜>内膜.在P.putida5-x细胞壁膜对Cu2+的吸附过程中,肽聚糖层贡献了不到15%的吸附容量,而细胞外膜和内膜分别贡献了30%~35%和25%~30%.P.putida5-x细胞外膜中的磷脂含量明显比其它报道的革兰氏阴性细菌的细胞外膜高,这可能是P.putida5-x细胞外膜具有较高Cu2+吸附容量的主要原因,并由此导致P.putida5-x细胞壁膜的高Cu2+吸附容量.

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu^(2+)的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu^(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu^(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu^(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu^(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu^(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。

藻菌生物膜对废水Cu^(2+)吸附及其胞外聚合物变化研究

通过对城市湖水的藻菌富集挂膜得到藻菌生物膜,研究生物膜在不同条件下对含Cu^(2+)废水的处理效果及其胞外聚合物(EPS)的变化,验证其连续处理含Cu^(2+)废水应用的可行性。结果表明:该生物膜对Cu^(2+)的耐受值达15mg/L,当pH值为5,温度为35℃时处理效果最佳;生物膜对Cu^(2+)的吸附在24 h时可近似达到平衡,Cu^(2+)吸附量和去除率分别为2.303 mg和57.59%;同时,生物膜连续处理ρ(Cu^(2+))为16 mg/L的模拟废水具有良好的稳定性,50 d时的去除率约为95%;藻菌生物膜通过合成多聚糖来抵抗胁迫环境,但整体而言,胞外聚合物含量随受胁迫程度的增加而降低。研究显示藻菌生物膜对低浓度含Cu^(2+)废水具有良好的处理效果,具备一定实际应用前景。

无机-有机杂化材料的制备及其对Cu^(2+)吸附性能研究

通过正硅酸乙酯(TEOS)与钛酸正丁酯(Ti(OC4H9)4)间的醇解反应和溶胶-凝胶法制备了一系列无机-有机杂化材料,并观察了Cu2+的浓度、体系的pH值等参数对Cu2+吸附性能的影响.结果表明:随着杂化材料中钛含量的增加,它们的比表面积随之增大.Cu2+吸附实验表明:该类杂化材料确实能够吸附Cu2+,而且不同比例的S i/Ti杂化材料对Cu2+的吸附能力不同.因此该类杂化材料能够用于废水中Cu2+的分离和回收,所以在废水处理等环境保护方面具有潜在的应用价值.

SMA-纳米SiC及SMA-纳米金刚石复合膜制备及其Cu^(2+)离子吸附性能

以纳米SiC及纳米金刚石粉体为添加剂,通过苯乙烯与顺丁烯二酸酐的聚合,成功制备了苯乙烯-马来酸酐-纳米碳化硅(SMA-纳米SiC)及苯乙烯-马来酸酐-纳米金刚石(SMA-nano diamond)复合薄膜材料。通过热重分析(TG)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对吸附复合膜的结构进行表征。研究了SMA-纳米SiC及SMA-纳米金刚石复合膜的吸水性及其对二价铜(Cu^(2+))离子的吸附特性。结果表明,无机纳米颗粒的添加均提高了复合薄膜的耐热特性,提高了热分解温度。当纳米粉体含量在0.8~1.2 g之间,可以获得较为均匀的泡沫状多孔复合薄膜。浸泡6 h,纳米SiC添加量为1.0 g的复合膜吸水率低至4.81%。纳米金刚石添加量为1.0 g,复合膜吸水率低至3.52%。适量的纳米SiC及纳米金刚石可以提高复合膜的耐水性能。SMA-纳米SiC及SMA-纳米金刚石复合膜材料均对Cu^(2+)离子具有一定的吸附特性,泡沫状复合膜吸附性能最佳。纳米SiC及纳米金刚石能够有效改善SMA膜对重金属离子的吸附性能。

ZIF9/海藻酸钠气凝胶的制备及对铜离子的吸附性能

以海藻酸钠及金属有机框架化合物(ZIF9)为原料,采用简单掺杂和冷冻干燥的方法成功制备了ZIF9/海藻酸钠复合气凝胶,并对其官能团结构、微观形貌等进行表征分析。以水中Cu^(2+)为吸附对象,研究了该复合气凝胶对水中Cu^(2+)的吸附能力和吸附机制。结果表明:该复合材料作为吸附剂对Cu^(2+)有着优异的吸附能力;动力学模型更符合准二级拟合,表明化学吸附为主要控制步骤;吸附等温线符合朗缪尔模型,对Cu^(2+)的理论吸附量为241.3 mg/g。对比掺杂前后的气凝胶发现,掺杂ZIF9后的气凝胶与未掺杂的气凝胶相比,对Cu^(2+)的吸附量得到了明显提升,其高吸附性能主要受静电相互作用和配位作用所驱动。重复性研究表明,经过4次循环的复合气凝胶依然保留较好的吸附效果。

煤气化渣合成4A分子筛及其吸附性能研究

本文针对煤气化渣(CGFS)资源化利用困难的问题,以CGFS为原料,采用碱熔活化-水浸-水热法合成4A分子筛。在水钠比(n(H_(2)O)/n(Na_(2)O),摩尔比)为80、硅铝比(n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3)),摩尔比)为2的条件下,探讨了反应时间、水热温度和前驱液老化对合成的4A分子筛物相结构和微观形貌的影响,提出了活化CGFS-P1分子筛-4A分子筛快速高效的转晶合成机理,并利用硫酸铜溶液模拟含重金属离子工业废水,测试了制备的4A分子筛对Cu^(2+)的吸附性。结果表明,在100℃反应12 h条件下能够制备出尺寸均一且结晶良好的4A分子筛,其对Cu^(2+)的吸附主要发生在前10 min,吸附率达69.7%,90 min时的最大吸附率高达97.3%,饱和吸附容量为196.4 mg/g,制备的4A分子筛表现出良好的吸附性能,为CGFS高值化利用提供了理论依据和试验基础。

球状壳聚糖树脂的制备及其吸附热力学研究

研究1种球状壳聚糖树脂(RCM)吸附Cu2+的热力学行为,为RCM应用于除去废水、果蔬汁等中的重金属离子提供理论基础。首先壳聚糖为原料采用反相悬浮交联法制备RCM,并表征了RCM的一些物理化学性质;其次采用静态吸附法研究RCM对Cu2+的吸附行为。结果发现,制得的RCM粒径较为均一,且表面致密多孔,其含水量为51.982%,树脂骨架密度(ρT)为1.212 g.cm-3,堆砌密度(ρp)为0.862 g.mL-1,孔度值(P)为0.554,交联度为13.581%。RCM对Cu2+饱和吸附量为0.993 mmol.g-1,吸附等温线符合Langmiur等温曲线,其Langmiur等温式为:Ce/Q=11.614+1.007 5Ce(313K),表明其对Cu2+属于单分子层吸附。吸附热力学研究表明:吸附是自发的、吸热的、熵增加的过程。通过吸附势值可知,在相同的温度下,随着溶液中Cu2+浓度的增加,吸附势逐渐降低;当初始浓度相同时,随着实验温度的升高,吸附势升高。

提高天然锰矿吸附水中重金属离子能力的方法

为了提高天然锰矿从水中吸附重金属离子的能力，分别通过草酸改性法、水合肼改性法、柠檬酸改性法及硫酸改性法制备了4种改性锰矿，比较研究了改性锰矿和天然锰矿对Cu^2＋的pH-吸附曲线和pH=5．0及pH=6.0条件下的吸附等温线。结果表明，与天然锰矿相比，Cu^2＋在改性锰矿上的pH-吸附曲线及pH50明显地向低PH方向偏移，饱和吸附量提高0．5—5．5倍，改性效果由大到小的顺序为草酸改性法锰矿≈柠檬酸改性法锰矿〉水合肼改性法锰矿〉硫酸改性法锰矿。吸附Cu^2＋后的改性锰矿能方便地用稀酸进行解吸再生。改性锰矿有望成为处理含重金属离子废水的新型吸附材料。

Mg-土吸附剂的吸附性能

Mg-土吸附剂是由含镁黏土经物理方法提纯,再于250℃热活化处理20min后,制得一种新的吸附材料。重点考察了Mg-土吸附剂对铜离子的吸附性能,正交实验结果表明,Mg-土吸附剂在吸附温度60℃,吸附时间30min条件下,达到吸附平衡时对Cu2+离子的吸附量为50.816mg/g,吸附率为99.99。证明了Mg-土吸附剂对Cu2+离子具有较强的吸附能力,是一种处理含铜废水的理想吸附材料。

吸附-降解组合生物系统处理含铜离子城市污水

采用Pseudomonasputida 5 x细胞为吸附剂的生物吸附过程组合SBR生物降解系统处理含铜离子城市废水 .研究了生物吸附剂Pseudomonasputida 5 x细胞的最佳制备条件以及组合系统的运行过程 .实验结果表明 ,在优化的条件下 ,Pseu domonasputida 5 x细胞对铜离子的吸附容量可达 87 3mg·g-1,经生物吸附处理后 ,污水中Cu2 + 的含量显著降低 ,尽管残留的Cu2 + 对活性污泥吸附COD的能力尚有一定影响 ,但已不影响SBR系统对废水中COD的去除效果 .研究表明 ,在活性污泥法处理含铜离子废水前 ,采用生物吸附技术降低废水中Cu2 + 含量 ,有利于提高后续活性污泥过程对COD的去除能力 .

CTS/纳米CaCO_(3)的制备及对水中Cu(Ⅱ)吸附性能研究

以壳聚糖(CTS)与纳米CaCO_(3)为原料,采用简单的凝胶改性法,制备出吸附性能更佳的CTS/纳米CaCO_(3)复合材料。利用XRD,SEM,FT-IR以及AAS等对其进行结构和性能分析。以硝酸铜溶液为模拟废液进行吸附实验,探讨CTS/纳米CaCO_(3)复合吸附材料的吸附性能。通过简单的改性实验,成功制备了CTS/纳米CaCO_(3)复合吸附材料。在28℃下,探究了吸附时间,模拟溶液pH,以及Cu^(2+)的不同初始浓度对吸附性能的影响。

壳聚糖吸附酸性大红及Cu^2＋对吸附的增强作用

采用壳聚糖去除水中酸性大红,对壳聚糖吸附酸性大红的动力学、热力学以及溶液pH、盐浓度、外来Cu2+对吸附的影响进行了研究.准二级吸附动力模型、Langmuir、Freundlich及Dubinin-Radushkevich (D-R)方程分别用来对吸附动力学和等温线进行分析.结果表明,酸性大红在壳聚糖上的吸附是一个化学吸附控制的准二级动力学过程.Langmuir、Freundlich和D-R方程都能较好地描述吸附等温线.溶液pH和温度对吸附有较大影响,而氯化钠浓度对吸附的影响较小.对吸附热力函数的计算结果显示ΔH0<0,表明吸附是一个放热过程.由D-R方程计算的吸附自由能E为9.5~10.7 kJ.mol-1,表明吸附过程为离子交换化学吸附.Cu2+对吸附的影响结果显示Cu2+能显著提高壳聚糖对酸性大红的吸附容量,另外建立了Cu2+浓度与吸附量增加之间的数学模型.

水稻土团聚体Cu^(2+)吸附过程中铝的溶出及土壤溶液pH变化

采用低能量超声波分散和冷冻机干燥法提取太湖地区水稻土(黄泥土)不同粒径团聚体颗粒,用平衡吸附法研究团聚体对重金属Cu2+吸附过程中铝的溶出及土壤溶液pH变化,以及不同pH的Cu2+溶液中铝的溶出量的变化.结果表明,团聚体对Cu2+的吸附过程,发生铝的溶出和土壤溶液pH下降,溶出量和pH下降幅度随Cu2+吸附量增加而增加,相同条件下铝溶出量和pH下降幅度大小顺序为:粗粉砂级>粉砂级>砂粒级>黏粒级,与氧化铁和有机质含量大小顺序相反.Cu2+溶液pH下降,铝的溶出量增加显著.氧化铁和有机质对Cu2+吸附过程铝的溶出和土壤溶液pH下降具有一定的抑制和缓冲作用.

纳米Co/rGO磁性复合吸附材料的制备及对Cu^2+的吸附性能

以改进Hummer法制备的薄片状氧化石墨烯(GO)为载体和模板负载钴离子,然后采用原位还原法制得纳米金属Co/石墨烯磁性复合吸附材料(Co/rGO),并将其应用于对Cu^2+的吸附和脱除,以期为高效可复用的铜离子脱除剂的合成与应用提供指导。实验结果证实,Co/rGO复合材料具有超顺磁性,能够很方便的使用磁铁进行分离并在无磁场情况下振荡分散。Co/rGO复合材料对Cu^2+具有稳定的吸附/脱附性能,实验条件下对Cu^2+的最大吸附容量达到117.5 mg/g且5 min内实现吸附平衡,远优于其原料GO的60 min吸附容量27.6 mg/g。本工作系统考察了NaOH加入量、络合剂种类、溶剂种类等关键因素对Co粒子在rGO载体上形貌和分布特性的影响,比较了不同合成条件下的复合材料对Cu^2+吸附效果的影响,并对优选条件下制备的Co/rGO复合材料进行了FT-IR,XRD,SEM表征。研究结果表明,纳米Co/rGO磁性材料对Cu^2+的吸附过程更符合Freundlich模型,属于多层吸附。室温下吸附焓ΔH=17.81 kJ/mol,吸附反应平衡常数K^θ=3.65。当初始Cu^2+浓度为39.22 mg/L时,对Cu^2+的吸附率为93.47%,五次吸附/脱附循环后吸附容量仍保持在初始值的94%,每次吸附后溶液中残余Cu^2+浓度均满足钴电解液对杂质铜离子的浓度去除要求(5 mg/L)或GB 8978-1996污水综合排放标准3级(2 mg/L),有望在相关领域发挥作用。

磁性壳聚糖交联沸石的制备及对Cu^(2+)的吸附性能

随着工业化的快速发展,Cu^(2+)污染日益严重。为了减轻Cu^(2+)污染,通过沸石和磁性纳米Fe3O4的联合作用,制备出一种新型多层吸附材料,即磁性壳聚糖交联沸石(FS-CS)以改善壳聚糖的吸附作用,从而达到去除Cu^(2+)的目的。通过扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对FS-CS的结构和性能进行表征,并考察FS-CS投加量、吸附时间、pH对吸附Cu^(2+)的影响。结合吸附动力学、吸附热力学等多种方法,探讨其吸附机理。结果表明:FS-CS吸附Cu^(2+)的最佳初始pH为5,最佳吸附时间为4 h,最大吸附容量可达32.705 mg/g,且FS-CS具备良好的分离和可再生能力;FS-CS对Cu^(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich吸附模型。