Cu^2＋和Cd^2＋在改性纳米黑碳表面上的吸附-解吸

通过Cu2+或Cd2+单体系和Cu2+-Cd2+复合体系中Cu2+或Cd2+的吸附-解吸试验,研究了改性纳米黑碳(MBC)对Cu2+和Cd2+的吸附特性和吸附稳定性.结果表明:Cu2+和Cd2+在MBC上的吸附可以分为快、慢2个阶段,30 min达到饱和吸附量的90%以上.Cu2+和Cd2+在MBC上的吸附等温线均能用Langmuir方程和Freundlich方程拟合.Cu2+和Cd2+在MBC上的最大吸附量分别为417和245 mmol/kg,n值分别为2.56和3.85.MBC对Cu2+和Cd2+是优惠吸附,且对Cu2+的吸附能力大于Cd2+.吸附在MBC上的Cu2+和Cd2+的解吸率均随着吸附量的增加而增大,Cu2+在MBC上的解吸率为1.45%～20.20%,Cd2+为2.67%～31.40%.Cu2+和Cd2+在MBC上存在着竞争吸附,其最大吸附量均随着竞争离子浓度的增加而降低.MBC对Cu2+吸附量和吸附稳定性均大于Cd2+.MBC对重金属有强的吸附作用,可探索其在含重金属废水处理和重金属污染土壤钝化修复中的应用.

不同pH值对改性纳米黑碳吸附-解吸Cd^(2+)的影响研究

通过不同pH值条件下,Cd2+在改性纳米黑碳(MBC)上的吸附-解吸实验,研究了pH值对Cd2+在MBC上的吸附量和吸附稳定性的影响。研究表明:Cd2+在MBC上的吸附等温线均能用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,n值均大于1表明MBC对Cd2+都为优惠吸附。随着pH值的增加MBC对Cd2+的吸附能力增强,且在pH≥9时MBC对Cd2+的最大吸附量趋于稳定。Cd2+在MBC上的解吸率随pH值的增大而减小,当pH≥9时,解吸率随pH值的增加变化速度减缓,最后趋于稳定。在pH<9时,pH值对Cd2+在MBC上的吸附量和吸附稳定性影响比较大,且pH值越大吸附效果越好。因此MBC对偏碱性的重金属污染土壤进行钝化修复时效果更好。

用于镁碳砖粘合剂的纳米炭黑改性酚醛树脂的研究

利用纳米炭黑对镁碳砖生产用酚醛树脂进行了改性。改性的酚醛树脂常温黏度不超过100Pa·s,热分解温度比普通酚醛树脂提高了约170℃,碳氧化温度提高了约178℃。FESEM照片显示,改性酚醛树脂中炭黑粒子呈近球形,粒径为20～50nm,分散均匀基本无团聚。

改性纳米黑碳应用于钝化修复重金属污染土壤中的问题探讨

通过有关文献资料调研,综述纳米黑碳在钝化修复污染土壤中的应用,分析其应用于钝化修复重金属污染土壤时尚待弄清的几个问题。结果表明:(1)由于纳米黑碳是疏水的非极性吸附剂,选择纳米黑碳作为土壤重金属钝化修复剂时,需对其进行氧化改性,以进一步提高其钝化能力。目前常用的氧化剂为氧化性无机酸、酸性高锰酸钾、双氧水、臭氧等,强烈的氧化过程,会破坏纳米黑碳微孔结构,一定程度上降低其吸附量。(2)为了明确其应用的可能性和适用范围,需揭示改性纳米黑碳对土壤中重金属的钝化机理及其影响因素。土壤CEC、pH、重金属离子的性质等可能是影响改性纳米黑碳对土壤中重金属吸附性能的主要因素。(3)充分利用改性纳米黑碳在土壤修复中的有益作用的同时,还需考虑其可能存在的生态环境负面效应,研究其在土壤中的径流迁移、渗漏等,明确其污染地表水和地下水的可能性,研究其生物效应和将吸附钝化后的纳米黑碳从土壤中移除的可能性,明确其潜在的生态环境风险。

改性纳米黑碳对棕壤有效态Cu、酶活性和微生物呼吸的影响

研究了添加改性纳米黑碳(MBC)对棕壤中有效态Cu、呼吸强度和酶活性影响。结果表明,添加MBC降低了棕壤p H和有效态Cu含量,且随着MBC施入量的增加,土壤有效态Cu含量逐渐降低;MBC的施入,提高了土壤脲酶活性,对过氧化氢酶活性有较弱的抑制作用,对土壤呼吸作用的影响是先增强后减弱,培养后期,呼吸强度与对照无显著性差异。相关性分析表明,过氧化氢酶活性与有效态Cu含量之间有极显著正相关关系,与黑碳施入量之间有极显著负相关关系,土壤有效态Cu含量与MBC施入量之间有极显著负相关关系,说明MBC对棕壤中Cu有较好的钝化效果,增加了土壤脲酶活性和土壤呼吸作用,在Cu污染土壤修复中具有一定的应用前景。

改性纳米碳黑对盐渍化土壤有效态Cd和Ni的影响

通过培养实验,研究了添加改性纳米碳黑对污染盐渍土壤中有效态Cd、Ni量的影响。结果表明,改性纳米碳黑可以降低土壤中有效态Cd和Ni量,且对低质量分数Cd的钝化效果较明显,对Ni的钝化效果不明显。不同质量分数Cd、Ni污染的土壤pH变化表现出一致的趋势。培养35d后,所有处理的土壤pH均极显著低于培养初期,添加与未添加改性纳米碳黑处理间土壤pH无显著性差异。

醋酸改性纳米黑碳对Cu^(2+)、Cd^(2+)吸附能力的研究

用醋酸对黑碳进行改性,通过改性纳米黑碳(MBC)对Cu2+、Cd2+的吸附/解吸试验,探究MBC对Cu2+、Cd2+的吸附特性及吸附稳定性。结果表明,Cu2+和Cd2+在MBC上的吸附动力学过程可分为快吸附和慢吸附两个阶段,且MBC对Cu2+的吸附效率大于Cd2+。Cu2+和Cd2+在MBC上的吸附等温线均能用Langmuir和Freundlich方程拟合,Cu2+和Cd2+在MBC上的最大吸附量分别为13.513、11.364mg/g,且MBC对Cu2+和Cd2+均为优惠吸附。MBC上Cu2+和Cd2+的解吸量均随着吸附量的增加而增大,易解吸态Cu2+在MBC上的解吸率为6.12%~10.25%,Cd2+为9.58%~11.81%,MBC对Cu2+的吸附稳定性大于Cd2+。将醋酸改性与已有改性方法对比,表明醋酸改性条件温和、能耗低、经济环保,将有很大的研发前景。

改性纳米炭黑对生活垃圾堆肥重金属不同形态的影响

垃圾堆肥富含N、P、K、有机质等植物所需的营养物质,但同时也含有大量的重金属,需要钝化处理。纳米炭黑具有吸附性,在钝化修复重金属方面具有应用前景;但纳米炭黑是疏水性的非极性吸附剂,为了提高其钝化能力,需进行改性处理。本实验采用2种氧化性无机酸、酸性高锰酸钾、3种无机碱对纳米炭黑进行了改性处理,并按5%的比例添加到垃圾堆肥产品中,研究了改性纳米炭黑对堆肥重金属不同形态含量的影响。结果表明,改性纳米炭黑均可显著降低重金属的可交换态及碳酸盐结合态比例,其中,KMnO4改性纳米炭黑对Cr、Pb最为有效,分别比对照降低了71.13%和73.48%;而HNO3改性纳米炭黑使Cu和Zn的可交换态及碳酸盐结合态比例分别比对照降低了67.67%和74.33%。另外,3种氧化改性纳米炭黑降低了Fe/Mn氧化物结合态重金属含量,增加有机物及硫化物结合态含量,而3种碱改性纳米炭黑的结果正好相反。改性纳米炭黑明显降低了堆肥结合态重金属的总含量,增加了残渣态重金属的含量,使重金属从植物易吸收态向不易吸收态转化。

Cu^(2+)和Cd^(2+)在改性纳米碳黑和钠基膨润土上的吸附稳定性及其影响因素

通过Cu2+和Cd2+在改性纳米碳黑(MCB)和钠基膨润土(Na-B)上的吸附-解吸实验,研究了MCB和Na-B对Cu2+和Cd2+的吸附特性和吸附稳定性。研究表明:Cu2+和Cd2+在MCB和Na-B上的吸附动力学能用准二级动力学方程拟合。吸附等温线能用Freundlich方程、Langmuir方程拟合。Freundlich拟合得到的n值均大于1;Langmuir拟合得到MCB对Cu2+和Cd2+的最大吸附量分别为344mmol/kg和222.2 mmol/kg,Na-B对Cu2+和Cd2+的最大吸附量分别为59mmol/kg和45mmol/kg。用0.01mol/L的Ca Cl2对吸附了Cu2+或Cd2+的两种吸附剂进行解吸时,解吸率受p H值影响较大,受温度的影响较小。用不同浓度的Ca Cl2进行解吸时,解吸率变化不大。Cu2+在两种吸附剂上的吸附稳定性均大于Cd2+,MCB对两种重金属的吸附稳定性均大于Na-B。

改性纳米碳黑对钝化修复Cd污染土壤中速效氮的影响

采用盆栽试验,在Cd模拟污染土壤中施入硝酸-高锰酸钾改性纳米碳黑(MBC)钝化重金属,分别种植重金属耐受植物黑麦草(Lolium Perenne L.)和重金属超积累植物红叶菾菜(Beta vulgaris L.var.cicla L.),研究了MBC在钝化修复Cd污染土壤过程中对土壤速效氮的影响。结果表明,MBC在土壤中能够有效降低土壤中DTPA-Cd质量分数,且植物和MBC联合作用更能有效地降低其质量分数。MBC能够明显增加土壤中速效氮量,更稳定地为植物生长提供营养物质。黑麦草和红叶菾菜对土壤速效氮量影响效果差异不显著,MBC可应用于有植物种植的轻污染土壤修复中,不会影响土壤中速效氮养分的量。MBC添加到土壤中会减缓土壤速效氮量的下降速率,有利于土壤养分的保持。研究结果可以为重金属原位钝化技术提供理论支持,为改性纳米碳黑成功地应用于重金属轻微、轻度污染农田土壤修复提供科学依据。

纳米导电炭黑的表面改性对超高压电缆用半导电屏蔽料性能影响的研究

采用熔融共混法制备了超高压电缆用半导电屏蔽料,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)技术研究了纳米导电炭黑的表面改性对超高压半导电屏蔽料的相容性的影响;研究了复合材料的表面光洁度、物理机械性能、电气性能;通过热失重技术(TG)、差示扫描量热技术(DSC)研究了复合材料的高温稳定性。当炭黑添加量为25份(phr)时,半导电屏蔽料的综合性能最佳。

螺杆钻具用高弹性模量橡胶的研究

通过在螺杆钻具电动机定子用橡胶配方中增添改性纳米碳化硅粉体或炭黑N440或分散预处理12687增硬树脂或调整硫黄用量来提高硫化胶弹性模量。结果表明:增添改性纳米碳化硅粉体,可延长胶料的t10和t90,增大硫黄用量,可缩短胶料的t10和t90;增添改性纳米碳化硅粉体的硫化胶的弹性模量最高,增添炭黑N440的硫化胶的弹性模量次之;增添改性纳米碳化硅粉体的硫化胶的硬度、100%定伸应力和拉伸强度最高,拉断永久变形较小,磨耗质量损失最小,满足设计要求。

纳米炭黑粒径对沥青性能的影响

以纳米炭黑作为改性材料,通过改变纳米炭黑粒径大小,分析其对沥青各项性能的影响。从沥青25℃针入度、15℃延度值、软化点、针入度指数和60℃黏度分析其变化趋势,对沥青进行旋转薄膜烘箱加热(RTFOT)短期老化试验后,分析15℃延度值、15℃延度比和25℃针入度比值,结果表明,纳米炭黑添加剂使沥青材料的温度敏感性、路用性能和抗老化性能均得到改善。综合考虑纳米炭黑沥青的各项指标,建议以粒径大小为20～25nm炭黑对沥青性能进行改善。

改性纳米碳黑修复镉污染土壤对蚯蚓的毒理效应

为评估改性纳米碳黑(modified nano-carbon black,MCB)应用于镉(Cd)污染土壤修复对蚯蚓的毒理效应,通过土壤培养试验和体外毒性试验比较纳米碳黑(nano-carbon black,CB)与MCB、Cd与MCB+Cd/MCB-Cd处理对蚯蚓个体存活率、生理生化指标、体腔细胞存活率和DNA损伤的差异.结果显示:(1)CB本身对蚯蚓个体及体腔细胞毒性较小.(2)与CB相比,施加1.5%MCB显著促进了蚯蚓体内过氧化氢酶(CAT)活力,降低了还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)比值(P<0.05),且100 mg/L MCB悬浮液比CB悬浮液对体腔细胞的DNA损伤程度更大.(3)土壤Cd含量为5.31 mg/kg时对蚯蚓个体存活率和CAT活力无显著影响,显著增加了乳酸脱氢酶(LDH)活力,降低了GSH/GSSG值(P<0.05).培养液Cd浓度为2.3 mg/L时对体腔细胞存活率和DNA损伤无显著影响.(4)MCB+Cd处理显著降低了土壤中Cd有效态含量(P<0.05),但没有显著降低蚯蚓对Cd的吸收;MCB+Cd处理与对照相比,蚯蚓个体存活率14 d显著下降32.1%(P<0.05),28 d下降51.9%,与单一Cd处理相比CAT活力显著抑制(P<0.05);MCBCd吸附产物处理组与对照组相比,体腔细胞存活率显著下降16.4%(P<0.05),与Cd处理相比体腔细胞DNA损伤程度显著增加(P<0.05).由于MCB对蚯蚓个体和体腔细胞的生理生化指标影响增强,并且Cd被MCB吸附后对蚯蚓体腔细胞存活率和DNA损伤影响加剧,因此需慎重选择MCB应用于土壤重金属污染修复.