DUT-4选择性吸附SO_(2)/CO_(2)混合气体中SO_(2)的理论研究

金属有机骨架(MOFs)作为吸附剂选择性捕获SO_(2)是一种有前景的烟气脱硫技术。采用密度泛函理论(DFT)计算和巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟,研究铝基MOFs材料DUT-4对纯SO_(2)和CO_(2)的吸附机理,并探究其对SO_(2)/CO_(2)混合气体的吸附选择性。结果表明:由于金属中心的高静电势梯度和羟基中Hμ-oh与气体分子间的氢键作用,使得DUT-4吸附剂中SO_(2)与CO_(2)主要吸附在靠近金属中心的位置。低温、高压、高SO_(2)比例均会提高DUT-4对烟气中SO_(2)的吸附选择性。

粉煤灰基P型沸石吸附水中Cu^(2+)和Cd^(2+)

以粉煤灰(FA)为原料经水热反应合成了P型沸石(Z-P).采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、场发射环境扫描电子显微镜、比表面孔径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱对Z-P进行表征,并研究了其对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附性能.结果表明,Z-P的BET比表面积和孔隙体积分别为38.46m^(2)/g和0.2180cm^(3)/g,均高于FA的1.273m^(2)/g和0.0120cm^(3)/g.FA、Z-P对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附更符合拟二级动力学模型和Langmuir等温线模型.Z-P对Cu^(2+)和Cd^(2+)的最大吸附量分别为157.48,131.57mg/g,远高于于FA的30.88,25.47mg/g.Z-P对Cd^(2+)的循环再生吸附效果好,但对Cu^(2+)的循环再生吸附效果较差.离子强度对Z-P吸附Cu^(2+)和Cd^(2+)分别起促进和抑制作用.表明Z-P可以作为有效且廉价的Cu^(2+)、Cd^(2+)吸附剂,为FA的资源化利用和含Cu^(2+)、Cd^(2+)重金属离子废水吸附剂的开发提供了一种方法.

双金属MOFs的NO/CO_(2)选择性吸附性能研究

采用溶剂热法合成制备含Co、Mn双金属节点的MOF-74材料,研究了室温下对NO的吸附性能,并通过IAST和穿透实验研究了材料的吸附选择性。结果表明,双金属Mn_(0.2)Co_(0.8)-MOF-74具有典型的MOF-74晶体结构,对NO的吸附量达到160.3cc/g,比单金属Mn-MOF-74提高了约19.4%。在低吸附分压时,NO/CO_(2)的理想溶液吸附(IAST)理论吸附选择性最大可达到397,经过5次循环吸附-脱附实验后的再生性能优良。模拟烟气的双组分穿透实验中,Mn_(0.2)Co_(0.8)-MOF-74对NO/CO_(2)的吸附分离性能达到35.5,可以作为一种优良的NO吸附分离材料。

V_(2)CO_(2)MXene从CO_(2)/N_(2)混合气体中选择性吸附CO_(2)的第一性原理计算

二氧化碳作为温室气体中最重要的组成部分,其含量的变化将直接影响全球气候变化,在燃烧后气体中选择性捕获CO_(2),对减缓因CO_(2)浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义.本文采用第一性原理计算的方法,研究了V_(2)CO_(2)MXene材料对CO_(2)的选择性吸附性能.首先研究了不同官能团V_(2)CT_(X)MXene材料的结构和性质,发现V_(2)CO_(2)具有良好的稳定性.后研究了V_(2)CO_(2)对CO_(2)的吸附行为,结果表明,当CO_(2)被水平吸附时,V_(2)CO_(2)对CO_(2)气体分子的吸附能力较强且均满足在高性能吸附剂表面吸附CO_(2)的理想值(-0.42 eV-0.82 eV),可以适用于探测/捕获CO_(2)气体分子.此外,进一步研究了相同条件下V_(2)CO_(2)对N_(2)气体分子的吸附行为,结果表明V_(2)CO_(2)对N_(2)分子的吸附很弱.因此V_(2)CO_(2)可以选择性地从CO_(2)/N_(2)混合气体中吸附CO_(2),有望成为在燃烧后气体中选择性吸附CO_(2)的候选材料.

黄原酸化改性凹凸棒土对Cu^(2+)的吸附性能

为研究改性凹凸棒土对Cu^(2+)的吸附性能,采用湿法黄原酸化改性凹凸棒原土(N-ATP),首次制备了黄原酸化的凹凸棒土(X-ATP),考察得到了X-ATP对Cu^(2+)吸附去除的最佳条件:在室温环境下,对含有Cu^(2+)浓度100 mg/L的溶液添加X-ATP浓度2.0 g/L,控制pH条件为5.5~6.5,振荡吸附时间30 min后,最高去除率可达99.85%,Cu^(2+)残余浓度0.1500 mg/L,远低于国家电子工业水污染物排放标准和无机化学工业污染物排放标准的直接排放限值0.5000 mg/L。在分析探究X-ATP的吸附作用机理时发现X-ATP对Cu^(2+)有吸附作用的同时伴随着离子交换沉淀及螯合沉淀。随后对X-ATP及其原料进行XRD、SEM和粒度分析等结构表征进一步佐证了其对Cu^(2+)的良好吸附性能。

铅离子印迹聚合物对Pb^(2+)的选择性吸附研究

针对日益严重的水体重金属污染及工业废水处理问题,利用一种由1,12-十二烷-O,O′-二苯基磷酸(DDDPA)和4-乙烯基吡啶作为双功能单体得到新型铅离子印迹聚合物微球,对其吸附及识别性能展开研究,结果表明,铅离子印迹聚合物微球对水中Pb2+有着良好的吸附性能,当溶液pH>5时,就能保持很高的吸附效率.选择性吸附试验研究发现,当共存金属阳离子为Zn2+,Co2+,Ni 2+时,铅离子印迹聚合物微球对目标Pb2+的选择性较好,试验条件下的选择吸附系数分别为86.6,53.0和46.5;铅离子印迹聚合物对Cr3+和Cu2+具有一定的吸附能力,试验条件下的选择吸附系数分别为20.8和9.5.对铅离子印迹聚合物微球的洗脱试验结果表明,洗脱含微量Pb2+的吸附剂时使用低浓度的HNO3就能达到100%脱附.经HNO3脱附后的吸附剂对水中Pb2+的单位饱和吸附量仍然可达90.9mg·g-1,为吸附剂的重复使用提供了依据.

乙酸锌改性稻壳生物炭电容及电吸附Cu^(2+)性能

以稻壳为原料制备生物炭(稻壳炭),利用不同浓度的乙酸锌对稻壳炭改性,制得产物分别命名为稻壳生物炭(RHC)和改性稻壳生物炭(MRHC)。通过SEM、BET、XRD对制备的生物炭理化特性进行表征。将RHC和MRHC制成电极,测试其电化学性能。结果表明,MRHC孔隙结构丰富,比表面积较大,且锌以颗粒状氧化物形式存在于生物炭表面。与RHC相比,MRHC电极比电容大大提高,电阻显著减小,循环性能和倍率性能均有提升。MRHC-0.3(乙酸锌浓度为0.3 mol/L时的MRHC)比表面积为495 m^(2)/g,孔容为0.214 cm^(3)/g,该电极在2 A/g下充放电2000次后,其比电容保持率为92.16%。电极在0.9 V、p H为5、Cu^(2+)初始质量浓度为100 mg/L条件下,MRHC-0.3对Cu^(2+)的电吸附效果最好,吸附量为9.57 mg/g。在0.9 V、pH为5、200 mL Cu^(2+)初始质量浓度为50 mg/L的条件下,去除率可达63.82%。

Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA对水溶液中Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附研究

分析了自制的Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA纳米粒对水溶液中的重金属离子Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附性能和吸附机理。研究了pH值、溶液初始浓度、反应时间等对吸附性能的影响,结合红外、XPS和比表面分析结果确定了参与吸附配位的功能基团及可能发生的络合反应。结果表明:Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA对Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,对Cu^(2+)的吸附效果要优于Ni^(2+),这可能与Ni^(2+)的离子半径较Cu^(2+)小以及Ni^(2+)与吸附剂形成的金属螯合物的稳定性较Cu^(2+)低有关;Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA对Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附机理类似于N·O型螯合剂,并非一般的物理吸附,而是一种以金属离子为中心的吸附螯合。

CaO对汞的选择性吸附及SO_2毒化特性

利用Ca(NO_3)_2作为前体,SiO_2为载体,制备了一种担载型CaO吸附剂,在固定床实验装置上分别研究了该吸附剂对元素汞(Hg0)和氯化汞(HgCl_2)等不同形态汞的选择性吸附性能,以及SiO_2对CaO吸附剂汞形态吸附过程的影响,同时结合程序升温脱附和原位红外漫反射表征技术,深入探究了CaO的选择性吸附机理及SiO_2毒化机制。汞形态吸附实验结果表明,在纯N2气氛和掺杂SiO_2气氛下,CaO对Hg0均保持了接近100%的穿透率,而对HgCl_2在两种气氛下则分别表现出66.0%和60.3%的吸附效率,说明SiO_2与HgCl_2在CaO表面存在竞争吸附关系;吸附实验前后CaO的表征结果显示,与Hg0相比,HgCl_2更易与CaO表面各碱性位形成单配位、双配位等多种吸附构型,SiO_2与HgCl_2在易形成单配位的活性位上形成竞争吸附关系,进而在一定程度上降低了CaO对HgCl_2的吸附效率。

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。

γFe_2O_3的选择性催化还原脱硝性能及其对NH_3和NO的表面吸附行为研究

采用γFe2O3纳米粉末制备选择性催化还原（selective catalysis reduction,SCR）脱硝催化剂,通过XRD、BET对催化剂进行表征,并对此催化剂的低温SCR脱硝性能在一固定床反应器中进行考察;此外通过原位红外漫反射光谱法（diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy,DRIFTS）研究了反应物在催化剂表面的吸附活化。结果表明,实验所采用的Fe2O3为纯γ相,具有较高的热稳定性和脱硝效率。DRIFTS实验研究表明,NH3主要吸附到γFe2O3催化剂表面L酸位形成吸附态的NH3,在小于270℃时有部分NH3吸附到B酸位生成NH4＋;O2的存在能促进吸附到L酸位上的NH3发生脱氢反应生成NH2,并能够大大促进NO在催化剂表面吸附生成硝酸盐和吸附态的NO2,从而促进低温下的SCR反应。在90～360℃的温度区间内可能遵循两种反应途径,主要反应是吸附在L酸位的NH3脱氢生成NH2,然后和气态的NO反应生成N2和H2O;在低于240℃时,可能存在另外一种反应途径,中间产物NO2（NH4^＋）2与NO反应生成N2、H2O和H＋。

东曲矿8号煤CO_(2)和CH_(4)竞争吸附特性分子模拟研究

深入了解煤层中CO_(2)和CH_(4)竞争吸附的微观机制是实现CO_(2)驱替甲烷开采(CO_(2)-ECBM)的关键,基于东曲矿8号煤的大分子结构模型开展了CO_(2)和CH_(4)的单组分与双组分竞争吸附研究。结果表明:单组分吸附中CO_(2)的吸附量显著大于CH_(4)的吸附量,双组分竞争吸附中的总吸附量随着CO_(2)的摩尔分数的增大而增大;不同摩尔比条件下的双组分吸附中CO_(2)对CH_(4)的选择性吸附系数始终大于1,且CO_(2)摩尔分数越大,选择性吸附系数越小;相互作用能随着吸附量的增大而显著增大,CO_(2)吸附体系中较大的静电能促进了煤大分子对CO_(2)吸附,因此,不同摩尔比体系的相互作用能随着CO_(2)摩尔分数的增加而显著增加;单组分吸附中CO_(2)的吸附势大于CH_(4)的吸附势,双组分竞争吸附中CO_(2)的吸附势随着CO_(2)摩尔比的增加而增加,而CH_(4)的吸附势随着CO_(2)摩尔比的增加而降低,该结果与吸附选择性分析的结果一致。

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。

基于巯基功能化介孔硅的Pb^(2+)选择性吸附剂

介孔二氧化硅由于具有较大的比表面积,因而是一种良好的吸附剂。为了实现介孔硅对水溶液中金属离子的选择性吸附,采用后接枝法将巯丙基三甲氧基硅烷引入二氧化硅网络中,合成了巯丙基功能化的MCM-41介孔硅。小角度XRD谱图表明,经过功能化后介孔硅基本保持了其原有的结构;FTIR结果显示,巯基被共价键合到了介孔硅基体上。实验结果表明,所制备的功能化材料可以选择性吸附水溶液中的Pb2+。考察了吸附时间、pH值、Pb2+初始浓度等因素对Pb2+吸附的影响,在吸附平衡时间为4 h、pH=6.0的最佳实验条件下,巯基功能化介孔硅吸附剂对Pb2+的最大吸附量为130 mg/g。吸附剂对Pb2+的选择性吸附遵从Freundlich模型。

碱浸改性蛇纹石尾渣吸附材料的制备及其对Cu^(2+)的吸附性能研究

为提升蛇纹石尾渣(ALS)对重金属污染物Cu^(2+)的去除效果,实现废水中Cu^(2+)的高效去除,开展了蛇纹石尾渣碱浸改性研究,系统探究改性后蛇纹石尾渣吸附材料(AALS)对废水中Cu^(2+)去除性能的影响。结果表明,当蛇纹石尾渣与氢氧化钠质量比为1∶0.12、改性温度为30.0℃、改性时间为90.0min时,改性效果最佳。利用BET、SEM、XRD和FTIR等分析方法考察了碱浸改性蛇纹石尾渣的改性机理。结果表明,碱浸改性致使蛇纹石尾渣的比表面积从22.62m^(2)/g提高到67.19m^(2)/g,碱可以侵蚀蛇纹石浸渣的结构,导致其暴露出更多Si—O—Si、Si—O官能团,增加了颗粒表面的Cu^(2+)吸附位点。AALS对溶液中Cu^(2+)的最佳吸附条件为AALS用量为0.15g、吸附时间为15min、溶液p H值为5.39,此时其对50.0m L浓度为125.0mg/LCu^(2+)溶液中Cu^(2+)的吸附量及Cu^(2+)去除率分别为40.68mg/g和95.27%。吸附动力学拟合结果表明,AALS对溶液中Cu^(2+)的吸附更符合准二级动力学模型,由此可知Cu^(2+)在AALS表面以化学吸附为主。解吸试验表明,盐酸不仅能够实现AALS的再生,且在多次解吸再生后,AALS对溶液中的Cu^(2+)仍具有较高的吸附率。研究结果可为蛇纹石尾渣改性材料的制备和溶液中重金属Cu^(2+)的吸附处理提供借鉴和指导。

Cr_2WO_6纳米晶的水热法制备及其对亚甲基蓝的选择性吸附性能

以Cr(NO3)3·6H2O、Na2WO4·2H2O为原料,去离子水为溶剂,采用水热法在不同pH条件下成功制备出颗粒状结构的Cr2WO6纳米晶。采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和Lambda 950分光光度计分别对产物的物相、形貌和光学性能进行表征,讨论了不同pH对Cr2WO6纳米晶的结构的影响,并对合成粉体的选择性吸附性能进行了研究.结果表明:在水热条件下,前驱体的酸碱性对合成Cr2WO6纳米晶的结构有很明显的影响,只有在弱酸条件下才可以得到Cr2WO6纳米晶.此外,与传统固相法得到的产物相比,水热条件下制备的Cr2WO6纳米晶对亚甲基蓝具有明显优越的选择性吸附性能.

源自密胺基多孔聚合物的富氮微孔炭及选择性吸附CO_2

以间苯二甲醛和三聚氰胺为原料,通过Schiff碱缩合反应合成了密胺基多孔聚合物(POP),经高温炭化后得到富氮微孔炭(NMC).利用N2吸脱附和傅里叶变换红外(FTIR)光谱表征了POP和炭化后产物NMC的结构和组成,与POP相比,NMC的官能团数量减少,比表面积和微孔孔容大幅增加.元素分析表明NMC含氮量高达12.5%(w).采用体积法测定了CO2、CH4和N2在NMC上的单组分吸附平衡等温线,NMC展示出良好的CO2吸附性能,298 K、100 kPa下CO2平衡吸附量可达2.34 mmol·g-1.双位Langmuir(DSL)模型和单位Langmuir(SSL)模型分别较好地描述了CO2、CH4和N2在NMC上的吸附平衡数据,在此基础上,应用理想吸附溶液理论(IAST)预测了双组分混合气在NMC上的吸附等温线,结果表明NMC对CO2-N2和CO2-CH4有非常高的CO2吸附选择性,分别为144.9和12.8.

TiO_2对染料废水吸附强化及选择性去除研究

以钛酸四丁酯、无水乙醇、水、硫酸为原料,采用水热法合成TiO_2,并以活性黄+碱性品红染料混合废水为目标去除物,考察TiO_2和经硫酸修饰后的H_2SO_4-TiO_2对目标污染物的吸附性能及选择性。对材料进行了表征,结果表明,经硫酸修饰的TiO_2对活性黄、碱性品红染料的吸附得到明显强化,分别是纯TiO_2对活性黄、碱性品红染料饱和吸附量的4.893 4、1.203 7倍;在此混合废水中,H_2SO_4-TiO_2对活性黄染料去除表现出明显的选择性。

羟基磷灰石的制备及对Pb^2+的选择性吸附

为了提高对Pb^2+的吸附选择性及吸附量,采用共沉淀法,以CaCl2和(NH4)2HPO4为原料、葡萄糖碱性溶液为反应介质,制得羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HAP)。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米粒度仪、物理吸附仪对样品进行表征,并考察HAP对Pb^2+的最优吸附条件和在Pb^2+和Cd^2+混合溶液中HAP对Pb^2+的吸附选择性。结果表明:制备的HAP呈细小的颗粒状,粒径均匀分布,平均粒径为220 nm左右,结晶度较差;将HAP样品在600℃马弗炉中煅烧2 h后,样品结晶度变大,但吸附效果远低于未煅烧的样品,因此选择未煅烧的样品作为吸附剂。在HAP用量为0.1 g/L、pH=6、温度为30℃、Pb^2+初始质量浓度为140.3 mg/L、饱和吸附时间为60 min的条件下,HAP对Pb^2+的吸附量达到1412 mg/g左右;在Pb^2+和Cd^2+混合溶液(Pb^2+初始质量浓度为70.8 mg/L,Cd^2+初始质量浓度为83 mg/L)中,HAP对Pb^2+的吸附量是Cd^2+吸附量的2.26倍,对Pb^2+的选择性系数达到1961.73。

一个基于5-(3-氨基-吡啶-4-基)-间苯二羧酸和桨轮状[Cu2(COO)4]簇的rtl-金属有机骨架材料的合成及其CO2选择性吸附性质

利用新配体5-(3-氨基-吡啶-4-基)-间苯二羧酸(NH2-H2L1),我们成功设计、合成了一例氨基功能化的柱-层型rtl-MOF,SNNU-Bai65。与原型MOF(SYSU)对比,极性官能团氨基对孔表面的功能性修饰和对孔道的分割使得SNNU-Bai65经活化后展现出更好的CO2/N2和CO2/CH4的选择性CO2吸附性能。