黄河泥沙对某些重金属离子的特性吸附及影响因素研究

黄河水在河南境内含沙量巨大，所携带的泥沙粒子对重金属离子的作用关系到河水的自净作用。以泥沙粒子的ξ电位测定为主要手段，研究了泥沙粒子对Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｄ离子的特性吸附及某些因素对吸附的影响。结果表明：不同重金属离子被吸附程度不同；泥沙表面的有机物层阻碍吸附；而溶液的盐度增大，温度升高均不利于吸附，且各离子受影响的程度不同。

阴离子特性吸附和Pt(111)电极表面结构对乙二醇解离吸附动力学的影响

运用电化学循环伏安和程序电位阶跃方法研究了阴离子特性吸附和Pt(111)电极表面结构对乙二醇解离吸附反应动力学的影响.结果表明,阴离子特性吸附显著影响乙二醇的解离吸附,在高氯酸介质中(无特性吸附)测得乙二醇解离吸附反应的初始速率vi以及解离吸附物种(DA)的饱和覆盖度均明显大于硫酸溶液(发生SO24-/HSO4-特性吸附)中的相应值;其平均速率v随电极电位的变化呈类似火山型分布,最大值位于0.22V(vsSCE)附近.还发现通过不同处理获得的Pt(111)电极的不同表面结构对这一表面过程也具有显著的影响.

利用声波粒度仪研究Mg^(2+)在Al_2O_3表面的特性吸附

利用声波粒度仪、Ｚｅｔａ电位仪详细研究了金属镁离子在氧化铝粉体表面的特性吸附行为．发现Ｍｇ２＋浓度、体系ｐＨ以及浆料的固体含量都对氧化铝颗粒表面的Ｚｅｔａ电位有显著影响，在不同的实验条件下引起粉体颗粒表面电荷的反转或等电点的位移．不同ｐＨ条件下的粒度测量结果所反映的体系稳定性与Ｚｅｔａ电位较好的吻合．首次用ＡＦＭ证实了特性吸附条件下，氧化物表面水化层的存在．

试论无机阴离子的特性吸附对界面双电层结构及电位分布的影响

本文系统、直观地介绍了电毛细现象及结合电毛细曲线讨论双电层结构及电位分布与无机阴离子吸附的关系。

粉煤灰对六价铬的特性吸附

本文通过粉煤灰对Cr6+的特性吸附实验,求得其吸附条件和吸附容量。证明在酸性条件下,粉煤灰对Cr6+有较强的吸附能力,在已吸附的溶液中,用二苯碳酰二肼显色比色法检测,未检出有Cr6+,表明达到吸附完全。

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。

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.

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。

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。

高温高压氛围下煤体吸附瓦斯特性研究

深部开采面临着高温高压环境,为厘清深部煤体的吸附瓦斯特性,采用等温吸附试验、分子动力学等温吸附模型及理论分析相结合的方法,从宏观角度和微观角度,探究高温高压氛围下煤体吸附瓦斯特性。结果表明:瓦斯压力较低时,不同温度下,绝对吸附量与过剩吸附量的差值差别不大;瓦斯压力较高时,绝对吸附量与过剩吸附量的差值随着温度的升高而增大;瓦斯压力从0 MPa逐渐增加到20 MPa的过程中,煤体吸附瓦斯量分为前期快速增加、中期短暂稳定、后期逐渐减小3个阶段;煤的等量吸附热与吸附量满足指数函数关系;基于等量吸附热推演的温度-压力吸附模型可以预测任意温度和压力条件下的等温吸附瓦斯量,预测值与实测值相对误差小于12%。

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。

瓦斯压力对低透性煤吸附-解吸特性及孔隙分布的影响

为了从微观的角度探究瓦斯压力对深部低透性煤层吸附-解吸特性及孔隙分布的影响,采用低磁场核磁共振技术(NMR),开展深部低透性煤不同瓦斯压力下的吸附-解吸试验。试验发现:瓦斯吸附态、游离态和自由态下,T_(2)谱幅值积分与瓦斯压力呈现较好的线性关系,其拟合结果R^(2)均大于0.973 48,微观自由态瓦斯在瓦斯压力等于3.739 MPa处瓦斯的吸附-解吸出现了迟滞效应。不同瓦斯压力下,孔径类型分布差距较大,煤样内部孔隙分布主要是小孔占据大部分,而中孔和大孔所占比列较小。研究结果对深部低透性煤矿资源开采具有一定的指导意义。

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。

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。

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。

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。

高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻(WT,高硅)和硅缺失突变体水稻(lsi1,低硅)秸秆为原材料制备成300、500、700℃3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd^(2+)的吸附特性及作用机制。野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88%和7.42%,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径。通过元素分析、电镜能谱扫描分析(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)以及比表面积分析(BET-N2)等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1090 cm^(-1)波峰处观察到Si-O-Si键。吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L^(-1)时对水溶液中Cd^(2+)吸附效果最佳。吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型(R2>0.9),说明该过程以化学吸附为主。通过Langmuir和Freundlich模型进行等温吸附拟合,均能较好反映出高低硅生物炭的吸附行为与特性。结合高低硅生物炭的基本理化性质、FTIR分析和SEM-EDS观察的结果表明生物炭吸附机制主要为离子交换、沉淀和官能团络合作用。研究表明,热解温度较高的高硅生物炭吸附效果更好,这可能与其具有较高的硅含量、较大的比表面积与孔体积、较多的阳离子及较为丰富的官能团有关。

添加改性生物炭对黑土氮素吸附及淋溶特性的影响

【目的】探究金属离子改性生物炭对黑土氮素吸附和迁移特性的影响。【方法】以玉米秸秆为原材料,在450℃煅烧1.5 h条件下制备生物炭(BC),分别用KCl、ZnCl_(2)、FeCl_(3)溶液对其进行金属离子负载改性(分别命名为K-BC、Zn-BC和Fe-BC),并进行表征分析和氮素吸附试验,筛选出最佳改性生物炭;然后在黑土中添加质量分数0.3%的最佳改性生物炭(TB),以黑土作为对照(CK),探究这2个吸附体系的氮素吸附和迁移特性。【结果】Fe-BC对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附量分别为24632.79和5253.68 mg/kg,确定Fe-BC为最佳金属离子改性生物炭。Fe-BC的比表面积和平均孔径较BC提升了9.35和6.67倍。CK和TB在pH为3时对NO_(3)^(-)-N的吸附量最大,CK在pH为9时对NH_(4)^(+)-N的吸附量最大,TB在pH为5时对NH_(4)^(+)-N的吸附量最大。相较于准二级动力学方程,Elovich方程均能更好地描述CK、TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附动力学特征;相较于Freundlich方程,Langmuir方程均能更好地描述CK、TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附等温线;CK、TB对NO_(3)^(-)-N的吸附反应是自发、放热且无序的,对NH_(4)^(+)-N的吸附反应是自发、吸热且无序的。在氮素迁移试验中,TB对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的累积淋失量分别比CK减少53.19%和30.54%。【结论】黑土中添加Fe-BC可以有效增加对NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的吸附量,降低黑土中NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的淋失量,从而有效减少黑土中氮素的流失。