MCM-41负载磁铁矿纳米颗粒及其对Cu(Ⅱ)的吸附特征

本研究通过共沉淀法制备了MCM-41负载磁铁矿纳米颗粒(MCM-41/Mag),并研究了其结构、热稳定性及对Cu(Ⅱ)的吸附特征。MCM-41/Mag中磁铁矿纳米颗粒分布在MCM-41的外表面及介孔孔道内,w(磁铁矿)为17.33%的负载型样品(MCM-41/Mag_(0.3))的比表面积为631.6 m^(2)/g,远高于纯磁铁矿纳米颗粒(Mag-NPS)的91.1 m^(2)/g,这归因于磁铁矿纳米颗粒在MCM-41上良好的分散性及载体巨大的比表面积。DSC结果表明MCM-41/Mag_(0.3)中磁铁矿的相变温度显著高于Mag-NPS。MCM-41/Mag_(0.3)吸附Cu(Ⅱ)在120 min可达到平衡,其吸附等温线符合Sips模型,最大吸附量为10.44 mg/g,吸附机理包括化学吸附和物理吸附,部分Cu(Ⅱ)可与磁铁矿表面形成Fe—O—Cu共价键,部分Cu(Ⅱ)通过静电作用吸附在样品表面。MCM-41/Mag_(0.3)中单位磁铁矿对Cu(Ⅱ)的最大吸附量可达62.78 mg/g,显著高于文献报道的其他铁(氢)氧化物。由于其快的吸附速率和高的吸附能力,MCM-41/Mag_(0.3)可作为Cu(Ⅱ)吸附材料用于水体中重金属离子的去除。本研究结果有助于拓展磁铁矿在环境治理领域的应用并为开发性能良好的重金属吸附剂提供理论参考。

低强度超声波提升厌氧污泥对重金属Cu(Ⅱ)极限浓度调控效果

以污泥基质降解速率(vCOD)、胞外聚合物(EPS)和酶活性(DHA)等变化为评价指标,探究了不同进水Cu(Ⅱ)浓度下低强度超声波提高厌氧污泥对重金属Cu(Ⅱ)耐受性影响的效应。结果表明,低强度超声波能够提高污泥微生物对Cu(Ⅱ)的耐受性。随着进水Cu(Ⅱ)浓度升高,超声组与对照组vCOD均下降,但超声组vCOD下降幅度更缓。超声组和对照组进水Cu(Ⅱ)浓度与污泥基质降解速率抑制百分比之间的关系拟合得到IC_(50)分别为94.62 mg/L和88.85 mg/L,表明低强度超声波能够提高厌氧污泥对Cu(Ⅱ)的抑制阈值。进水Cu(Ⅱ)浓度为1 mg/L时,超声组与对照组EPS含量略有提高,而后随着Cu(Ⅱ)浓度升高而逐渐降低,但超声组比对照组EPS含量更高,可能是低强度超声波通过促进污泥分泌更多的EPS降低了Cu(Ⅱ)的生物毒性。此外,超声组的DHA活性比对照组提高了3.95%~36.31%。因此,通过低强度超声波可以提高厌氧污泥对重金属Cu(Ⅱ)的耐受性,从而维持污水厌氧生物处理的稳定运行。

土壤对重金属Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附研究

采用等温吸附平衡法研究了土壤对重金属Cu2+和Cd2+的吸附,研究了浓度、搅拌时间、静置时间以及pH对土壤吸附铜和镉影响。结果表明,土壤对铜的吸附量大于镉,土壤对重金属吸附的最佳条件是搅拌15 min,静置20 min,pH为7.0,初步确定土壤对铜和隔的吸附属于Freundlich吸附。

磁性氧化石墨烯对水中Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的快速去除与吸附机理

制备了磁性氧化石墨烯(MGO)吸附剂,并用于去除水中的Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ),分析了吸附等温线、动力学、热力学,探讨了吸附机理。结果表明,当MGO用量为500 mg/L时,其对水中Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)(初始浓度均为600.53 mg/L)的吸附分别于7 min和5 min达到平衡,对Cu(Ⅱ)的吸附率和吸附量分别为92.77%和1114.22 mg/g,对Co(Ⅱ)的吸附率和吸附量分别为88.74%和1065.81 mg/g。MGO对Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的吸附为热力学自发的吸热过程,符合Freundlich模型和准二级动力学模型;吸附基于MGO的含氧官能团对Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的化学作用力。MGO吸附剂对水中Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)具有快速高效的吸附性能,是一种应用前景良好的重金属吸附材料。

聚4-乙烯基吡啶与Cu(Ⅱ)离子配合过程及配合物的结构

采用粘度法确定了聚4-乙烯基吡啶(P4VP)在乙醇/水混合溶剂中的临界交迭浓度c*,分别在稀溶液与亚浓溶液浓度范围内,采用光谱法与电导滴定法研究了P4VP与Cu(Ⅱ)离子的配合过程及配合物的结构,通过红外光谱(FTIR)对配合物的化学结构进行了表征,并用差示扫描量热法(DSC)测定了配合物的热性能．结果表明,对于相对分子质量为1.06×105的P4VP,其c*为15 mmol·L-1(按P4VP中的链节量计算)．在稀溶液中P4VP与Cu(Ⅱ)离子形成可溶性的分子内配合物,表观配位数为9-10;在亚浓溶液中,P4VP与Cu(Ⅱ)离子发生分子间配合作用,由于配位交联,形成不溶性的配合物P4VP-Cu(Ⅱ),配位数为3．P4VP与Cu(Ⅱ)离子形成配合物后,玻璃化温度明显提高．

有机硫对水体中微量Cu(Ⅱ)的处理研究

针对重金属离子采用常规处理难以达标的问题,选用TMT、DTCR等有机硫和Na2S,对水中微量Cu2+进行深度处理研究.通过3种金属捕获剂的处理效果对比,最终选用TMT作为Cu2+捕获剂,重点探究了pH值、反应时间、TMT投加量、温度等因素对TMT处理Cu2+效果的影响.结果表明,pH对Cu2+去除效果的影响最为显著,而其他因素的影响则有限.另外,在存在EDTA等络合剂的情况下,TMT对Cu2+处理效果并不理想,这一点通过络合常数和反应平衡常数的计算也得到了论证.通过本研究,可以为微量Cu2+等重金属离子的达标排放提供参考.

腐植酸/纤维素/丙烯酸型吸附材料吸附Cu(Ⅱ)的性能研究

为探究腐植酸/纤维素/丙烯酸型吸附材料在污水处理中的应用,以腐植酸(HA)、纤维素(CEl)为原料,丙烯酸(AA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N′-甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用水溶液聚合法制备出了HA/CEl/AA型吸附材料.通过SEM、XRD、FT-IR等分析手段对HA/CEl/AA的结构及表面形貌进行了表征,探讨了溶液pH值、温度、吸附时间、吸附剂投加量和Cu2+初始浓度对HA/CEl/AA吸附Cu2+性能的影响.通过吸附动力学和吸附等温模型对HA/CEl/AA吸附Cu2+的过程进行了考察.结果表明:HA/CEl/AA型吸附材料具有三维互穿网络状结构.HA/CEl/AA对Cu2+的吸附量,随其投加量的增加、溶液初始pH的升高都呈先升高后降低趋势,随溶液中Cu2+初始浓度的增大、接触时间的延长都呈先快速升高后渐趋稳定,而随温度升高则稍有所下降.当Cu2+起始浓度200 mg/L,体积100 mL,HA/CEl/AA用量50 mg,吸附时间125 min,pH值4.5,温度25℃,HA/CEl/AA对Cu2+的实际吸附量达230 mg/g.HA/CEl/AA对Cu2+的吸附遵循准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,吸附属单分子层化学吸附.通过Langmuir方程拟合的最大吸附量为296.735 mg/g.

新型亲和双水相成相剂Triton X-100-IDA-Cu(Ⅱ)的制备

以小分子表面活性剂Triton X-100为载体,采用环氧氯丙烷(ECH)活化法偶联亚氨基二乙酸(IDA),通过配位反应螯合Cu(Ⅱ),合成了一种新型亲和双水相成相剂Triton X-100-IDA-Cu(Ⅱ),并对其合成条件进行了优化.结果表明:最佳活化工艺为n(ECH)∶n(Triton X-100)=2∶1,n(BF_3)∶n(Triton X-100)=1∶25,冰浴反应22 h,按n(NaOH)∶n(Triton X-100)=1∶1加入Na OH,环氧化反应3 h,环氧产物得率达到72.4%;最佳偶联工艺为pH 13条件下,加入等摩尔的IDA,55℃反应21 h,IDA的偶联率为76.3%;最佳螯合工艺为在0.05 mol/L醋酸钠溶液中,n(CuSO+4)∶n(Triton X-100-IDA)=1∶1,室温反应6 h,Cu(Ⅱ)的螯合率可达80.5%.通过测定Triton X-100-IDA-Cu(Ⅱ)与阳离子型疏水改性聚氧乙烯(HM-EO)所构成的双水相系统的相图,知两者可形成带亲和配基的稳定双水相系统.

用改性花生壳从废水中吸附Cu(Ⅱ)试验研究

研究了用盐酸改性花生壳并用以从废水中吸附Cu(Ⅱ),考察了Cu(Ⅱ)初始质量浓度、温度、时间等对改性花生壳吸附性能的影响,探讨了等温吸附特性及吸附动力学。结果表明:改性花生壳吸附Cu(Ⅱ)的过程符合伪二级动力学模型,吸附过程受化学反应控制;Langmuir等温吸附模型能较好地拟合吸附过程,Cu(Ⅱ)理论最大吸附量为12.0786 mg/g(30℃)。改性花生壳可用于从溶液中吸附去除重金属离子。

Fe-Si-B非晶复合微粉去除水体中重金属离子Cu(Ⅱ)的效果研究

采用10μm的Fe-Si-B非晶复合微粉和300目铁粉作为去除水体中重金属离子Cu(Ⅱ)的反应材料,对比研究了去除水体中重金属离子的能力。结果表明,在20 min以内,0.5 g/L Fe-Si-B非晶复合微粉将500 mg/L的Cu(Ⅱ)去除效率达到98%以上;Fe-Si-B非晶复合微粉反应速率系数kobs为0.236 min-1,300目铁粉的反应速率系数为0.087 min-1,去除速率远远高于铁粉,并且去除过程符合伪一级动力学模型。

Cu^(2+)和Cr^(6+)对活性污泥处理系统的冲击影响研究

以完全混合活性污泥反应器为试验系统,在作为处理对象的实际餐饮废水中添加Cu2+和Cr6+,分批试验发现:添加单一Cu2+的I#系统中,随着Cu2+浓度的增加,污泥浓度及生物相无明显的变化,Cu2+的去除率比较稳定,在90%左右波动;在同时添加Cu2+和Cr6+的Ⅱ#系统中,污泥量明显减少,生物相发生变化,Cr6+浓度达到4.8mg/L,污泥对Cr6+和Cu2+的去除率分别降至27.50%和37.89%。可见,Cr6+对活性污泥系统的毒性远大于Cu2+。

ZIF-8衍生多孔碳在电容去离子处理重金属废水中的应用

电容去离子技术(CDI)作为一种新兴的环保节能脱盐技术,目前已逐步应用于处理重金属废水,其电极材料多为各种碳基材料制备,且CDI的电吸附效率与材料的特性有直接关系。本研究先采用2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)在N_(2)气氛下碳化得到的ZIF-8衍生多孔碳(ZDPC),然后与活性炭(AC)制备ZDPC/AC复合电极,并将该电极应用于吸附重金属废水中的Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)。采用单因素实验研究了吸附效果受电极电压、溶液初始浓度和初始pH等关键因素的影响,并确定了最佳吸附条件。论文结果表明,重金属离子在ZDPC/AC复合电极上的吸附以物理吸附和单分子层吸附为主,并具有优良的电化学吸附性能。该电极在重金属污染废水净化方面有着广阔的实际应用前景。

生物膜载体吸附剂对Cu^(2+)的吸附研究

利用恒温冷冻摇床,测定了生物膜填料吸附剂对废水溶液中Cu2+的吸附操作曲线、pH值、温度和生物膜量的影响,并将实际吸附过程与准一级吸附动力学方程、准二级动力学方程和Elovich模型进行拟合。结果表明,准二级动力学方程和Elovich模型能与吸附过程达到较好的吻合;溶液pH值一般选择在5～6范围进行吸附处理;温度考虑在室温20℃左右下进行;由于单位质量生物膜的吸附量下降,因此欲提高溶液的吸附率不能单纯靠生物膜量(WW)的增加。

海藻酸钠/聚乙烯亚胺复合材料对Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

以海藻酸钠和聚乙烯亚胺为原料,制备海藻酸钠/聚乙烯亚胺(SA/PEI)复合材料,研究其对水中Pb(Ⅱ)的吸附去除性能。系统研究了各因素对SA/PEI吸附Pb(Ⅱ)效果的影响。结果表明,SA/PEI对Pb(Ⅱ)的吸附量与Pb(Ⅱ)初始浓度正相关,在360 min达到吸附平衡。吸附过程符合拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型。在303.15 K时,Langmuir等温吸附模型拟合得到的最大吸附量为316.46 mg/g。第6次使用的SA/PEI对Pb(Ⅱ)仍表现出较好的去除效果。

功能化火山石对重金属废水中Cu^(2+)吸附性能研究

通过对火山石进行热处理和强酸强碱改性,得到了性能优良的火山石吸附材料。利用SEM、BET对三种火山石进行结构表征,并探讨了pH、离子强度、吸附时间、初始浓度对改性火山石去除铜离子废水吸附效果的影响。强酸强碱改性火山石的吸附性能最为优异,在pH=5、无机盐浓度为20 mmol/L条件下,吸附150 min可达到饱和状态,吸附量可达0. 35 mmol/g。等温吸附行为符合Langmuir和Freundlich吸附模型,且Langmuir等温吸附模型的拟合效果更好;动力学吸附行为更符合准二级动力学模型,主要表现为离子交换过程。

Cu-Zn合金滤料去除水中的氯和重金属

研究了自制的Cu-Zn合金滤料在除氯、除重金属方面的性能。结果表明具有高比表面积和接触表面的自制Cu-Zn合金滤料去除余氯的性能优于KDF55,对于高浓度Pb2+的去除率高于KDF55,而对Cd2+和Cr6+的去除率与KDF55相当。

罗耳阿太菌多糖对Cu^2+和Cd^2+的吸附工艺优化及表征

以罗耳阿太菌多糖(Athelia rolfsii polysaccharide,AEPS)为生物吸附剂,探究其对水中铜(Cu^2+)和镉(Cd^2+)重金属离子的吸附。在单因素实验的基础上,采用正交试验优化AEPS吸附Cu^2+和Cd^2+效果,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对AEPS吸附重金属离子前后的表面形貌进行表征和分析,初步揭示了AEPS吸附Cu^2+和Cd^(2+)机理。结果表明,Cu^2+吸附效果最优条件为:pH4.5,AEPS浓度1.5 g/L,吸附温度40℃,吸附时间45 min时,Cu^2+吸附率为88.27%;Cd^2+吸附效果最优条件为:pH6.5,多糖浓度1.5 g/L,吸附温度45℃,吸附时间60 min时,Cd^2+吸附率为77.81%。SEM、EDS和FTIR结果表明,AEPS中的O-H、C-H、C-O和CCO官能团参与吸附反应,吸附Cu^2+和Cd^2+的AEPS的表面结构也发生明显变化,试验结果表明AEPS对Cu^2+和Cd^2+有良好的吸附作用。

新型生物质果胶吸附材料的制备及水溶液中铜离子(Ⅱ)吸附性能研究

为了评价生物质果胶碱化改性在重金属离子废水处理方面的吸附性能,利用水提-醇沉法提取纯化豆腐柴叶中天然果胶,并通过碱化作用,制备新型生物质果胶吸附材料,同时对水溶液中重金属铜离子进行吸附试验,考察其吸附率和单位吸附量。然后,通过分析新型生物质果胶吸附材料组分半乳糖醛酸含量及酯化度,探讨其吸附机制。实验结果表明,天然果胶在pH 9的环境中碱化作用30 min时,可获得具有高效吸附水体中铜离子的新型生物质果胶吸附材料,其吸附率和单位吸附量分别达到89.6%(0.10 g)和105 mg/g(0.02 g)。另外,在果胶组分半乳糖醛酸含量和酯化度分析方面,果胶碱化作用未造成半乳糖醛酸分子的丢失,但可促使果胶中羧酸酯的水解,形成对应的羧酸钠盐,提升对水体铜离子的吸附性能。

重金属离子Zn^(2+)和Cu^(2+)胁迫对白三叶种子萌发及幼苗生长的影响

采用不同浓度的Zn^(2+)、Cu^(2+)溶液处理白三叶种子,研究Zn^(2+)、Cu^(2+)对白三叶种子萌发及幼苗生长的影响,旨在为白三叶在Zn^(2+)、Cu^(2+)污染土壤中的种植适宜性提供参考。结果表明,当Zn^(2+)浓度达到125 mg/L、Cu^(2+)浓度为60 mg/L及以上时,白三叶种子的发芽率、发芽势均受到显著抑制,对发芽指数无明显影响,但却显著影响种子的活力指数,并显著抑制了幼苗胚根、胚芽以及生物量的增加,且浓度越高抑制作用越明显,对胚根的抑制作用明显强于胚芽;白三叶种子萌发和幼苗生长对Zn^(2+)的耐受力大于Cu^(2+),不适宜在Zn^(2+)浓度达125 mg/L及以上的土壤中种植,而Cu^(2+)污染的限制浓度为60 mg/L、且250 mg/L可认为是白三叶幼苗的致死剂量。

海绵多孔状CoFe_(2)O_(4)/Nafion复合修饰电极检测重金属离子

采用溶胶-凝胶法制备的多孔海绵状CoFe_(2)O_(4)尖晶石晶体,滴铸在玻璃碳电极(glassy carbon electrode,GCE)上作为修饰电极,继续滴加Nafion形成CoFe_(2)O_(4)/Nafion/GCE电极。在优化的条件下,修饰电极在0.02~0.10μmol/L内对于Pb(Ⅱ)的检测灵敏度为68.50μA/(μmol·L),检测下限(limit of detection,LOD)为7.3 nmol/L(通过3σ方法计算)。进一步的XPS表征说明了活性材料对于重金属的络合作用。评估了所制备电极的重复性、干扰性以及实际湖水检测,结果均表明其优异的性能以及潜在的实用性。因此,CoFe_(2)O_(4)尖晶石晶体是潜在的重金属检测新型传感材料。