响应面法优化水葫芦生物炭吸附尼泊金乙酯工艺研究

以水葫芦为原材料,柠檬酸改性制备生物炭对尼泊金乙酯(EP)的吸附。通过Box-Behnken Design实验,使用吸附剂添加量、pH值、EP初始浓度和反应时间这四个变量对尼泊金乙酯去除率的影响进行模拟优化。实验结果表明:水葫芦生物炭(WB)与柠檬酸改性水葫芦生物炭(CA-WB)在各单因素实验中对EP溶液去除影响的大小顺序为:吸附剂添加量>EP浓度>pH>反应时间。WB吸附EP的最佳反应条件为:pH为1.12、反应时间为3.28 h、EP初始浓度为18.4 g/L和WB添加量为3.86 g/L,此时WB对EP的去除率为81.04%,实际条件下验证EP去除率为85.12%,与预测值误差为4.79%;CA-WB吸附EP的最佳反应条件为:pH为2.8、反应时间为3.23 h、EP初始浓度为14.7 mg/L和CA-WB添加量为3.73 g/L,此时CA-WB对EP的去除率为96.00%,实际条件下验证EP去除率为93.24%,与预测值误差为2.96%。

水葫芦生物炭对水中重金属离子的吸附特征研究

为了揭示生物炭对不同重金属离子的吸附特征,以水葫芦为原料,热解得到水葫芦生物炭,并对水葫芦生物炭吸附Cu^(2+)、Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的动力学、等温学和吸附机理进行了研究。结果表明:准一级、准二级动力学模型均能很好地拟合水葫芦生物炭对Cu^(2+)、Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的吸附过程;结合颗粒内扩散模型,水葫芦生物炭对重金属离子的吸附主要发生在吸附初期,而在接近吸附平衡时,才开始由颗粒内扩散对吸附速率进行控制;Langmuir吸附模型能更好地拟合水葫芦生物炭吸附Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的过程,而水葫芦生物炭对Cu^(2+)的吸附过程则更符合Freundlich吸附模型;由Langmuir吸附模型拟合得到水葫芦生物炭对Cu^(2+)、Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的最大吸附容量(Q_(m))分别为177.66mg/g、195.24mg/g、142.59mg/g和146.14mg/g;通过对水葫芦生物炭吸附4种重金属离子前后的SEM-EDS、FTIR、XPS和XRD谱图和重金属离子特性的分析,揭示生物炭对重金属离子的吸附机理主要包括沉淀反应、静电吸附作用、表面物理吸附作用、表面络合作用和阳离子交换作用,而对于不同的重金属离子,因其特性不同,生物炭对其吸附能力也有所不同。

铈改性水葫芦生物炭对磷酸盐的吸附特性

本研究通过共浸渍-热解法开发了一种铈改性水葫芦生物炭吸附剂(Ce-BC),用以去除实际废水中的磷酸盐,考察了Ce-BC投加量、废水pH值、反应时间及共存的竞争性离子对吸附过程的影响.结果表明,当Ce-BC投加量为0.4 g·L^(-1),初始磷酸盐溶液pH值介于3~10时,Ce-BC对磷酸盐的吸附性能最佳,最大吸附量达到35.00 mg·g^(-1).Ce-BC对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,并能在1 h内达到98%的磷酸盐去除率,吸附速率快.此外,Ce-BC具有较高的抗阴离子干扰能力,且具有良好的再生性能,Ce-BC经过4次再生后仍能保持90%以上的初始吸附效率.场发射扫描电镜-能量色散光谱(FESEM-EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征结果表明,Ce-BC对磷酸盐的吸附机制主要包括配体交换和内球络合.本研究制备的Ce-BC吸附剂,可以有效去除及回收实际生活污水中的磷酸盐,在避免水体富营养化的同时实现磷资源的回收利用.

生物炭对水体中Pb^(2+)和Cd^(2+)的选择性吸附研究

为研究生物炭对水体中Pb^(2+)和Cd^(2+)的竞争吸附性能,本研究以水葫芦为原材料,制备得到水葫芦生物炭,对单一和二元体系中WHBC吸附Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附特性进行了研究,采用传统的Langmuir和Freundlich等温线模型对两个体系中的吸附结果进行了拟合。结果表明,前者对Pb^(2+)和Cd^(2+)的拟合都较好,WHBC对单一体系中Pb^(2+)和Cd^(2+)的最大理论吸附容量Q_(m)分别达到了195.24,142.59 mg/g,而对二元体系中的Q_(m)则相应减小为131.24,105.65 mg/g,表明在竞争体系中,水葫芦生物炭对两种重金属离子的吸附能力有所下降。引入Extended-Langmuir和Modified-Langmuir模型对竞争吸附的实验结果进行拟合,结合吸附容量比R_(q,i),分析探讨了竞争体系中重金属离子之间的相互作用,结果显示,Pb^(2+)和Cd^(2+)在二元体系中具有拮抗作用,Cd^(2+)对Pb^(2+)的抑制作用强于Pb^(2+)对Cd^(2+)。