功能化氮杂环卡宾聚合树脂对Cu^(2+)的吸附研究

该研究制备了功能化氮杂环卡宾聚合树脂(PNO),旨在去除废水中Cu^(2+);基于静态和动态吸附实验,研究了PNO对废水中Cu^(2+)的吸附效果。结果表明:PNO对Cu^(2+)的最佳吸附条件为吸附剂投加量100 mg、吸附时间30 min、pH值4.0~5.9、温度298 K、转速150 r/min,最大吸附量为51.55 mg/g。PNO对Cu^(2+)的吸附过程符合Langmuir、Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型。动态吸附量随柱高增加、流速降低和进水Cu^(2+)浓度增加而增大。使用Thomas和Bohart-Adams模型拟合,相关系数R^(2)均大于0.92,预测值与实验值相符。经过5次静态吸附-解吸和3次动态循环再生后,PNO对Cu^(2+)的去除率仍达到第一次循环的96%以上,去除效果和再生性能良好。PNO对含铜废水高效处理具有广泛的应用前景。

ZIF-8/PEO杂化泡沫对TC和Cu^(2+)吸附研究

以提高金属有机骨架ZIF-8水处理中可回收性为目标,利用聚氧化乙烯PEO作为致孔剂,采用冰模板-冷冻干燥法制备金属有机骨架杂化泡沫ZIF-8/PEO,利用XRD、SEM、TG-DSC和N2吸附-脱附等表征手段,分析ZIF-8/PEO杂化泡沫的理化性能,研究ZIF-8/PEO对四环素TC和铜离子Cu^(2+)吸附性能及吸附机理。试验结果表明:ZIF-8/PEO形成了更加规则的网状结构且具有良好的机械强度和吸附性能。在吸附时间12 h,pH 7,吸附剂投加量40 mg,TC和Cu^(2+)初始浓度均为30 mg/L的最佳条件下,ZIF-8/PEO对TC和Cu^(2+)的吸附容量为107.55 mg/g和107.81 mg/g;等温吸附过程符合Langmuir模型,动力学过程符合拟二级动力学模型,ZIF-8/PEO吸附TC,Cu^(2+)属于自发、放热、趋于有序的过程。在循环吸附7次后,ZIF-8/PEO吸附剂对TC和Cu^(2+)的去除率仍在70%以上。

钠化污泥生物炭复合凹凸棒石对水体中Cu^(2+)的吸附效果研究

含铜废水严重威胁人体健康和环境安全,利用废弃污泥和凹凸棒石制备了钠化污泥生物炭复合凹凸棒石材料,并将其用于含Cu^(2+)废水的处理。利用SEM、XRD及FT-IR对材料的结构和表面性质进行了分析表征,复合材料表面的含氧官能团的络合或C=C键的Π电子作用是吸附重金属的主要机制。研究了复合材料对Cu^(2+)的吸附效果和机理,结果表明,污泥/凹凸棒石质量比2∶1,pH=5,添加量为1.5 g/L,Cu^(2+)初始浓度4 mg/L条件下,材料对Cu^(2+)有最大的吸附容量为3.339 mg/g。吸附过程更好地拟合了准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式,表明材料对Cu^(2+)的吸附是单分子层化学吸附。利用响应面分析法预测,pH值为5.04,吸附剂添加量1.16 g/L,Cu^(2+)初始浓度3.60 mg/L是最佳吸附条件。钠化污泥生物炭复合凹凸棒石在实际含铜废水处理中是一种极具潜力的吸附剂。

用于吸附养殖尾水中Cu^(2+)的温度敏感型淀粉基水凝胶制备及性能分析

为了快速移除水产养殖尾水中的铜离子(Cu^(2+)),合成了一种新型温度敏感多糖基水凝胶,以具有结构和性能优势的2-羟基-3-异丙氧基丙基淀粉醚(HIPS)和羧甲基淀粉钠(CMS)为原料,以乙二醇二缩水甘油醚(EDGE)和CaCl 2为交联剂,通过形成共价键和离子键的混合交联方式制备具有温度敏感性能的HIPS/CMS复合凝胶,利用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对复合凝胶的结构和内部形貌进行表征,研究复合凝胶的温度敏感性能,并探究了复合凝胶对水产养殖尾水中Cu^(2+)的吸附效果。结果表明:HIPS/CMS复合凝胶具有优异的温度敏感性能,当温度高于其体积相转变温度(VPTT,34.1℃)时,复合凝胶体积明显收缩,溶胀率从62.1倍下降至33.6倍;HIPS/CMS复合凝胶对水产养殖尾水中Cu^(2+)具有良好的吸附性能,最大吸附量可达25.2 mg/g;复合凝胶对Cu^(2+)吸附过程符合Langmuir吸附模型,属于单分子层化学吸附;利用该复合凝胶的温度敏感性能,可实现HIPS/CMS复合凝胶的回收再利用,并且经5次吸附-解吸循环后吸附量仍可达15.1 mg/g。研究表明,本研究制备的HIPS/CMS复合凝胶对养殖尾水中的Cu^(2+)的去除效果较好且绿色环保,可以重复使用。

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.

纳米SiO_(2)粒子表面接枝共聚合物微球的制备及其吸附Cu^(2+)性能

采用KH570对纳米SiO_(2)进行改性,将其作为Pickering乳液的稳定剂;利用反相(Pickering)乳液聚合法制备SiO_(2)@丙烯酰胺(AM)-丙烯酸(AA)共聚物复合微球,并对改性前后纳米SiO_(2)以及复合微球的结构、形貌及质量损失进行了表征;探究pH值、温度和单体比例对复合微球吸附Cu^(2+)效果影响,并对吸附过程进行动力学和吸附等温线拟合。结果表明,改性后的纳米SiO_(2)亲油性增强,提高稳定乳液的能力;Cu^(2+)吸附实验表明,复合微球吸附的最佳pH值为6,且吸附量随着AA用量增加而增大;复合微球吸附Cu^(2+)的过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型。

活性炭纤维对SO_(2)饱和吸附量的测定方法改进

“绿色化学”是当前化学实验教学中重要的课程思政元素,“活性炭纤维对SO_(2)饱和吸附量的测定”作为综合性实验具有现实意义。而传统的对SO_(2)吸附量的测定方法存在仪器昂贵、操作复杂、危险性等问题,不适合应用于实验教学,同时也不适用于一些硬件设施有限的中小型实验室中进行科学研究。通过参考国家环境保护总局标准HJ/T56-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定.碘量法》并进行方法及装置的改进,可以有效的测定活性炭纤维材料对SO_(2)的饱和吸附量。新方法操作简单、安全、成本较低,为实验室开展相关教学及中小型实验研究具有参考意义。

煤吸附CO_(2)压缩因子快速计算模型研究

为研究Virial、V-d-W、R-K、S-R-K、P-R、童景山等6种工程常用气体状态方程中适合煤吸附CO_(2)压缩因子最优方程及快速计算模型,以3种不同变质程度煤样为研究对象,采用容量法实测了试验温度为30℃时应用以上6种方程所得煤的CO_(2)吸附量、CO_(2)吸附常数及吸附等温线。研究表明:与美国国家标准技术研究所(NIST)提供的CO_(2)压缩因子相比,采用Virial状态方程得到的CO_(2)压缩因子最大、绝对误差最小,为0.38%;吸附等温线拟合优度最高,CO_(2)吸附常数a值绝对值误差最小,确定出煤吸附CO_(2)压缩因子最优方程为Virial方程;同时,提出试验温度为30℃时,CO_(2)压缩因子一种简便快捷计算模型,经检验,该模型相对美国标准计算所得CO_(2)吸附常数a值绝对值误差最大不超过1%,且操作简便,快速精确。

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。

碳纳米管溶胶对水中微量Cd^2＋与Cu^2＋吸附的研究

采用强酸表面氧化法对碳纳米管进行处理,制备稳定具有高效吸附性能的碳纳米管溶胶,用于去除水中低质量浓度重金属Cd2+,Cu2+。研究表明,在实验的pH值为2.5—9.5,对Cd2+的去除,吸附起主要作用,优化的pH值为6.0;对Cu2+的去除,pH<6.7时,吸附起主要作用,在pH>6.7时,金属离子沉淀是主要的去除原因,在pH=9.5时,达到最大去除率。在相同碳纳米管溶胶投加质量浓度情况下,对Cd2+的吸附去除率远远大于对Cu2+的去除。碳纳米管溶胶对Cd2+,Cu2+的吸附等温线呈线性,对Cd2+的吸附性能优于对Cu2+的吸附性能。

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。

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。

乙酸改性γ-Al_(2)O_(3)高效去除痕量PCl_(3)的研究

在多晶硅生产过程中,为了不影响产品性能,必须将杂质PCl_(3)的含量降低到ppb的水平,然而,这目前仍旧是一个巨大的挑战。本研究提出了一种可高效去除痕量PC13的方法,即利用乙酸改性γ-Al_(2)O_(3)作为吸附剂,其可去除ppb级别的PCl_(3),去除率高达84.2%。Boehm滴定实验表明,改性后的γ-Al_(2)O_(3)表面羧基含量大幅增加,从而增加了吸附PCl_(3)的活性位点,使其对PCl_(3)的吸附性能显著提升。表征分析和DFT模拟计算表明,乙酸与γ-Al_(2)O_(3)主要是通过γ-Al_(2)O_(3)中的羟基H和乙酸中的羰基O形成氢键而相互作用的;除了物理吸附外,γ-Al_(2)O_(3)中的Al与PCl_(3)中的Cl,以及乙酸中的羰基O与PCl_(3)中的P之间还可通过电荷转移相互作用。连续五次循环实验表明,该吸附剂在低温下具有优异的再生性能。本研究开发的吸附剂由于其高效、易于再生和低成本等特点,在去除痕量PCl_(3)方面具有潜在的应用前景。

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。

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。

双网络微球水凝胶对Cu^(2+)的吸附行为研究

工业的迅速发展导致水体环境污染问题也愈加严重,针对重金属废水的处理极为迫切。以海藻酸钠微球为基质,合成出海藻酸钙和聚丙烯酰胺双网络结构的NH2-SA/PAM微球水凝胶。通过扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征可知,该凝胶具有多孔网络结构,具有大量的羟基、氨基等活性位点,能实现离子在凝胶内部的快速扩散。通过对Cu^(2+)的吸附实验可知,NH2-SA/PAM微球水凝胶具有较好的吸附性能,基于Langmuir模型,在30℃下qmax为265.31mg/g,在100min内便达到吸附平衡的80%,通过均相表面扩散模型(HSDM)其凝胶内部的扩散系数Ds为2.83×10^(-11)m/s。该NH2-SA/PAM对Pb^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)、Mn^(2+)、Ni^(2+)和Cu^(2+)均有较好的吸附性能,其分配系数与离子电负性具有较大关系。此外,通过XPS对NH2-SA/PAM吸附Cd^(2+)前后样品进行分析,发现凝胶主要通过氨基和羟基对Cd^(2+)进行配位吸附。以上实验说明NH2-SA/PAM微球水凝胶在处理水体中重金属污染方面有着巨大的潜力。

CO_(2)在页岩储层中的绝对吸附量及其影响因素分析

准确测定页岩对CO_(2)的吸附能力是研究页岩能否长期稳定封存CO_(2)以及评价注CO_(2)提高页岩油气采收率的关键。基于质量守恒原理,在考虑CO_(2)吸附相体积对吸附系统自由空间体积影响的基础上,推导了绝对吸附量与吉布斯吸附量之间的转换关系式。并通过开展重量法等温吸附实验,研究了黏土矿物含量、CO_(2)注入压力、相态类型、温度和页岩颗粒粒径对CO_(2)吸附量的影响。实验结果表明,液态CO_(2)比气态和超临界态具有更高的吸附量,且CO_(2)吸附量随注入压力的增加先快速增大后趋于稳定,随温度的升高而降低,但受颗粒粒径影响较小。CO_(2)绝对吸附量大于吉布斯吸附量,两者差值随页岩黏土矿物含量和页岩颗粒粒径的增加而增大,随储层温度的升高而降低,随CO_(2)注入压力的增加先增大后减小。当CO_(2)为液态时两者差值最大,其次为超临界和气态。目标区页岩CO_(2)吸附能力与已成功实施封存的法国上托阿尔阶页岩吸附能力相近且吸附量较高,是一个极具潜力的CO_(2)储存场地。

水稻秸秆的改性及其对重金属Cu^(2+)的吸附

重金属Cu^(2+)可直接或间接危害人体,作为天然吸附剂的农业废弃物因价廉易得、来源广泛、吸附高效等优点备受青睐。选用水稻秸秆(RS)为吸附原料,分别经酸、碱改性后得到H_(2)SO_(4)-RS和NaOH-RS,通过红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)对改性前后吸附材料的表面官能团、表观形貌和结构等理化性质进行分析,考察投加量、吸附时间、初始Cu^(2+)浓度和离子强度对吸附效果的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线和热力学模型对吸附过程进行探讨。结果表明:改性水稻秸秆对Cu^(2+)达到吸附平衡所需的投加量和时间较之未改性RS大大减少,去除率由42.0%分别提升至85.9%(H_(2)SO_(4)-RS)和90.0%(NaOH-RS);随初始Cu^(2+)浓度和离子强度的增大,RS的吸附性能显著降低,H_(2)SO_(4)-RS有所降低,而NaOH-RS只是稍有下降,NaOH-RS对150 mg/L含Cu^(2+)溶液的去除率仍达到84.2%,离子强度c_(NaCl)=0.1 mol/L时去除率维持在86.1%;吸附动力学和吸附等温实验表明水稻秸秆对Cu^(2+)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型;热力学分析显示,相同温度下RS、H_(2)SO_(4)-RS和NaOH-RS吸附Cu^(2+)过程的ΔG逐渐减小,且改性后两种吸附剂的ΔG均小于0,ΔH由改性前的正值转变为负值,说明水稻秸秆改性后吸附Cu^(2+)的自发性更强,为自发的放热过程。利用改性后的水稻秸秆去除水中重金属Cu^(2+),吸附率高的同时还可实现农业废弃物变废为宝的目的。

30℃下煤对不同比例CO_(2)-N_(2)混合气体吸附量差异性研究

为了研究煤体对不同配比CO_(2)-N_(2)混合气体与100%浓度CO_(2)、N_(2)吸附量之间的差异性,提出以无烟煤、褐煤、烟煤为实验煤样,采用高压吸附仪研究30℃下不同配比惰气的吸附量。研究结果表明:在0.5 MPa下,无烟煤吸附100%CO_(2)吸附量分别是90%CO_(2)+10%N_(2)、70%CO_(2)+30%N_(2)、30%CO_(2)+70%N_(2)、10%CO_(2)+90%N_(2)、100%N_(2)的1.1,1.5,4.0,4.8,6.0倍;烟煤对不同比例混合气体的吸附规律与无烟煤相似,CO_(2)占比高于70%时,各气样吸附量之间差值较小,而CO_(2)占比由70%降至30%时,吸附量会明显下降;对于褐煤,纯CO_(2)吸附量是90%CO_(2)+10%N_(2)的2.8倍,并随着CO_(2)占比下降,各比例混合气体间吸附量差值逐渐增大。随着吸附压力增大,各煤样不同配比气样的吸附量差值逐渐减小。研究结果可为注惰防灭火技术提供新思路。