“虾壳生物质炭活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚”创新实验设计

将科研成果与创新创业实践教学相结合,设计实施创新综合探究实验,以虾壳为原料制备虾壳生物质炭,用于活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚。实验结果表明,虾壳生物质炭在酸性和中性条件下可以有效活化过硫酸盐去除2,4-二氯酚,去除率可达96%。通过该实验,学生能够掌握纳米材料的制备、表征等基本实验技能,能够对数据进行处理和分析,树立“以废治废”理念,增强解决实际问题的能力,提高创新意识。

镧改性虾壳低温热解制备的生物炭对池塘养殖废水磷吸附的研究

为提高生物炭对磷的去除效果和将厨余废弃物的资源化利用,文章以废弃虾壳为原料,用NaOH将LaCl_(3)以La(OH)_(3)沉淀形式附着在虾壳表面,进行热解得镧改性生物炭(CSLa)。采用XRF、SEM、BET、FTIR和XRD对改性前后的生物炭表征分析。采用吸附等温线模型和吸附动力学模型拟合生物炭的吸磷特征。研究了改性剂用量、初始pH、共存干扰离子对生物炭吸附磷的影响。结果表明镧化合物负载在生物炭表面,对磷吸附能力明显提高,最大理论吸附量为160.51 mg/g,与CS400磷最大吸附量(100.60 mg/g)相比约提高60%。在低浓度或高浓度磷溶液条件下,CSLa对磷吸附量和去除率均高于CS400,在实际水产养殖废水中更实用。吸附过程主要受化学吸附、颗粒内扩散控制。有关机理分析的结论表明表面沉淀作用、静电吸引、配体交换和内层络合作用是CSLa吸附磷的主要机理。CSLa更适合在弱酸性环境中除磷,不过在碱性环境条件下其吸附量也比较高。HCO_(3)^(-)和CO_(3)^(2-)对CSLa磷吸附有一定的抑制作用。研究以低温400℃为热解温度制备镧改性生物炭,不仅提升了生物炭对磷的吸附量和去除率,而且消耗热能较少,更有利于实际应用。

虾壳生物炭/纳米零价铁同步去除水体中Se(Ⅳ)和环丙沙星

针对富硒养殖业中潜在的硒与抗生素共存废水,以虾壳制备的氮掺杂多孔生物炭(NBC)为骨架,原位合成纳米零价铁(nZVI),构建具有NBC和nZVI活性功能成分的复合材料(NBC-nZVI),采用扫描电镜(SEM)、氮气吸附、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征样品。考察NBC-nZVI对Se(Ⅳ)和环丙沙星(CIP)的同步吸附行为。结果表明,NBC-nZVI对CIP和Se(Ⅳ)的去除性能优于NBC和nZVI;Se(Ⅳ)优先于CIP被吸附于NBC-nZVI表面,并介导CIP的吸附,提高NBC-nZVI对CIP的去除性能;CIP对NBC-nZVI吸附Se(Ⅳ)无明显影响;双组分体系中NBC-nZVI对CIP和Se(Ⅳ)的吸附行为符合准二级动力学和Sips等温模型,对CIP与Se(Ⅳ)的最大理论吸附量分别为130.6,335.7 mg/g。

虾蛄壳生物炭吸附Pb^(2+)的特性及机理研究

以废弃虾蛄壳为原料制备生物炭(MSSB),利用SEM、BET、FTIR和XRD等技术对MSSB进行了表征.探讨了吸附时间、Pb^(2+)浓度、初始pH、MSSB添加量、共存离子以及共存污染物等对MSSB吸附Pb^(2+)的影响.利用吸附动力学模型与等温吸附模型以及测定吸附前后滤液中离子含量的变化探究吸附机理.MSSB对Pb^(2+)的吸附动力学更符合拟二级动力学模型,吸附等温线则更符合Langmuir模型,根据Langmuir模型计算得出MSSB对Pb^(2+)的最大吸附容量为1467.6 mg·g^(-1).吸附以化学吸附为主,具体涉及孔隙作用、沉淀作用、络合作用、静电吸引、离子交换等多重作用机制.MSSB有潜力用于高效去除水体中的Pb^(2+).

虾壳生物炭对水中重金属 Pb(Ⅱ)和 Cd(Ⅱ)的竞争吸附特性及机理研究

以虾壳为原料,450℃氮气保护下热解生成虾壳生物炭(SSBC),并研究它对Pb(Ⅱ)和(或)Cd(Ⅱ)的吸附特性和吸附机理。结果表明:(1)SSBC属于低比表面积类生物炭,N质量分数高达11.31%。(2)各体系下SSBC对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附过程均符合假二级动力学模型,以化学吸附(络合、配位和(或)沉淀等)为主。在二元体系中引入竞争组分后,Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附平衡所需时间减少、吸附量下降。(3)Langmuir模型能更好地拟合SSBC对各体系下Cd(Ⅱ)和单一体系下Pb(Ⅱ)的吸附过程,而SSBC对二元体系下Pb(Ⅱ)的吸附过程更符合Freundlich模型拟合的结果。(4)Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在SSBC上的吸附是几种机制共同作用的结果,其中吸附Pb(Ⅱ)的主要机理为碳酸盐沉淀,吸附Cd(Ⅱ)的主要机理为金属-π电子配位反应。

虾壳生物炭的制备及其对海水中石油的吸附探究

以虾壳为生物质原料,限氧升温至350~650℃制备虾壳炭(依次表示为SS350,SS450,SS550,SS650)。采用单因素实验探究制备条件对虾壳炭吸附海水中石油的影响并利用SEM及FTIR等进行表征分析。结果表明,热解温度是影响虾壳炭结构特征的主因,随着热解温度升高,虾壳炭芳香性及疏水性增强,官能团数量增加,比表面积变大,孔隙结构发育更为完全。SS450对石油的吸附效果最佳,吸附在4 h达到平衡状态,平衡时对石油的去除率达90%。吸附动力学和等温线表明SS450对石油的吸附以液膜扩散控速为主,符合准二级动力学方程和Freundlich模型。结合表征分析可知SS450的吸附机理主要为表面吸附与孔隙截留联合作用。

虾壳生物质炭对水体中Cr6+的吸附

以废弃虾壳为原料制备生物质炭,并用于吸附模拟废水中的Cr^6+,考察溶液pH值、Cr^6+初始浓度、生物质炭用量和温度对虾壳生物质炭吸附Cr^6+的影响,并对Cr^6+在虾壳生物质炭表面的吸附机理进行了探究。结果表明,溶液pH值、Cr^6+初始浓度和生物质炭用量对虾壳生物质炭吸附Cr^6+的平衡吸附量有明显影响。当溶液pH=3.0,生物质炭用量为0.2 g·L^-1,初始ρ(Cr^6+)为15 mg·L^-1时,虾壳生物质炭对Cr^6+的平衡吸附量可达73.83 mg·g^-1。虾壳生物质炭对Cr^6+的吸附过程符合准二级动力学模型,同时也符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,通过Langmuir等温吸附模型计算得出25℃时Cr^6+的最大吸附量为111.0 mg·g^-1。Cr^6+通过静电引力和配位作用吸附于生物质炭表面,且部分被还原为Cr3+。