磁性生物炭吸附水中甲基橙的作用机制——基于密度泛函理论与实验研究

以磁性生物炭(Fe_(3)O_(4)@C-NH_(2))为吸附剂,甲基橙(MO)为目标污染物,考察了浓度、温度和pH对吸附性能的影响,通过光谱学与密度泛函理论研究MO的去除机制.结果表明,吸附反应符合准二级动力学及Freundlich模型,是自发吸热且熵增的过程.平衡吸附量随着pH(3~10)升高而降低.光谱学分析结果表明,吸附作用力包括氢键、π-π堆积、π-π电子供体-受体(EDA)和静电力.静电势分布与前线轨道理论分析可知,羧基结构与MO分子间的结合能(E_(ads))与能隙(E_(gap))分别为-139.08kJ/mol,3.07eV,吸附能力高于羟基结构(E_(ads)=-94.47kJ/mol,E_(gap)=3.16eV)、氨基结构(E_(ads)=-76.10kJ/mol,E_(gap)=3.17eV)和芳香环结构(E_(ads)=-41.99kJ/mol,E_(gap)=3.18eV).基于赫什菲尔德划分的独立梯度模型-AIM拓扑分析图(IGMH-AIM)结果表明,吸附过程存在疏水作用,且氢键和π-πEDA为主要作用力.

苯胺废水生物降解机制及微生物特征研究

为研究苯胺废水生物处理过程中污染物的降解机制、动力学及微生物群落特征,该文利用序批式生物反应器培养具有同步降解苯胺和NH_(4)^(+)-N能力的活性污泥。实验过程中对污染物降解、污泥增长及微生物群落结构演替规律进行分析。结果表明:当苯胺浓度为250 mg/L时,苯胺和COD的去除率分别在99.92%和90.78%以上,且具有良好的硝化性能(NH_(4)^(+)-N去除率在90.81%)。但当苯胺浓度高于300 mg/L时,在12 h内苯胺和COD的去除率均有所下降,且硝化作用被明显抑制。活性污泥增长和基质的降解过程均符合Haldane模型。污泥对苯胺的降解优先于对NH_(4)^(+)-N的硝化作用。微生物群落结构分析表明,驯化后的活性污泥群落结构发生了明显改变,优势菌属主要为unclassified_Sphingobacteriales和unclassified_Planctomycetaceae,分别具有降解芳香烃和脱氮的能力。对关键基因代谢功能进行对比分析,推测出活性污泥降解苯胺产生邻苯二酚和NH_(4)^(+)-N,邻苯二酚通过邻位和间位代谢进行进一步降解,而NH_(4)^(+)-N则主要通过硝化、反硝化和合成谷氨酸同化作用等多种途径进行转化。

碳基材料表面改性及吸附性能的研究进展

综述了近年来多种碳基材料的表面官能团对其吸附性能和理化性质的影响。总结了碳基材料表面官能团的作用,分析了固氮、氧化、硫化等不同改性方法对碳基材料吸附性能和理化性质的影响,重点阐述了重金属离子在碳基材料上的吸附机理,从研究与实际应用的角度出发,对碳基材料在重金属吸附领域的未来研究做出展望。

氨基功能化壳聚糖微球对Cr(VI)的吸附性能及其机理

以壳聚糖(CS)为基材,在制备过程中用三聚磷酸钠(TPP)为固化剂,用戊二醛(GLA)交联以提高其耐酸性能,并使用二乙烯三胺(DETA)改性,制备出富含羟基和氨基的CS/DETA凝胶球用以吸附水体中的Cr(VI)。红外光谱表征结果证实了DETA的成功接枝;X射线光电子能谱表征结果显示Cr(VI)被吸附到CS/DETA表面;Zeta电位表征揭示了CS/DETA的表面电负性,其在酸性条件下更易吸附Cr(VI)。通过动力学和热力学模型探究其吸附过程,结果表明,CS/DETA对Cr(VI)的吸附过程更符合拟一级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,在318.15 K,pH=2时,对Cr(VI)的最大吸附量为370.92 mg/g,且该反应为自发的吸热反应。

强化混凝耦合改性沸石过滤处理微污染水

针对南方某市微污染水源水(XJ)低温低浊及氨氮问题,采用烧杯实验及中试动态运行实验进行复合助凝剂强化混凝耦合改性沸石过滤处理低温低浊及氨氮效能研究。结果表明,配置的Fe/Si复合助凝剂在絮凝初期投加时明显提高了低温低浊水的出水水质。复合助凝剂的存在起到良好的吸附架桥作用,提高混凝效果。强化混凝对氨氮去除作用有限,不足10%。改性沸石颗粒(MZK)能够利用离子交换和化学吸附作用显著提高氨氮去除效果,去除率达到83.1%。在连续中试动态运行中,出水浊度基本控制在0.6 NTU;在240 h的运行周期内,MZK对氨氮的去除效果明显优于石英砂,氨氮的平均去除率为77.6%,出水处氨氮浓度均小于0.5 mg/L。强化混凝耦合改性沸石过滤为低温低浊及氨氮的水处理提供了理论基础和技术参考,具有较好的应用前景和推广价值。

改性菱角壳生物炭吸附水中土霉素性能与机理

以菱角壳为原料,乙酸钾为活化剂,通过活化碳化一步法制备了改性生物炭(MBC),对其表面形貌、孔径分布、官能团等表面性能进行了表征,并研究了其对水中盐酸土霉素(OTC)的吸附去除行为.相比于热解生物炭(BC),MBC有更高的比表面积(1147.80m^(2)/g)、更丰富的孔径结构,更多的含氧官能团和更强的亲水性.溶液pH值在3~8时,MBC对OTC保持较高的吸附量(165mg/g).拟二级动力学模型和Langmuir模型可以很好地描述MBC对OTC的吸附行为.热力学分析显示MBC对OTC的吸附是一个自发吸热过程.除氢键作用、π-π键堆积作用和阳离子-π键作用以外,孔填充是MBC吸附去除OTC的主要作用机理.0.5mol/L氢氧化钠溶液可有效再生吸附饱和的MBC.因此,MBC作为一种吸附剂去除水和废水中的土霉素具有较好的潜能.

木焦油基活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

以甲醛化处理后的木焦油为前体,通过炭化-活化法制得了木焦油基活性炭(WAC)。利用FTIR、比表面积和孔结构分析仪、XPS、SEM以及XRD对WAC的结构进行了表征。以制备的WAC为吸附剂,考察了其对模拟废水中亚甲基蓝(MB)的吸附性能。结果表明,制备的多孔活性炭WAC比表面积可达1373 m^(2)/g,表面含有丰富的含氧官能团。WAC对MB具有良好的吸附性能,准二级动力学模型能更准确地描述WAC吸附MB的过程。吸附等温线更符合Langmuir等温吸附模型。WAC对MB的最大吸附容量可达559mg/g。热力学分析表明,MB在WAC上的吸附是放热和自发的。

钢渣调理剂对污泥好氧堆肥的影响

以钢渣作为调理剂与污泥进行混合堆肥,研究钢渣对堆肥温度、含水率、有机质及铵态氮含量的影响,通过微生物高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落变化特征,通过冗余分析评估环境因子与细菌群落之间的相关性。结果表明:添加钢渣能够提高堆肥温度,延长高温维持时间并降低含水率,促进污泥中铵态氮的转化,有利于降低氮损失和提高有机质降解率;钢渣影响堆肥中细菌群落结构和多样性,能够提升堆肥后期厚壁菌门和放线菌门的相对丰度,促进堆体内纤维素的分解,含质量分数15%的钢渣堆肥中菌群多样性与丰富度最大;温度、含水率、有机质、铵态氮等因素和细菌群落结构呈正相关,调节上述因素可有效改善堆肥质量。

皖南地区农村生活污水处理设施现状调查

我国近年来加大了农村生活污水治理的力度,该举措是否落实到位将影响农村环境整治。文中调查分析了皖南地区某市2013年以来建设的农村生活污水处理设施的建设、运行和管理情况。结果表明,不同建设批次的设施建成率、运行率、管理率分别为84.3%~92.4%、64.1%~72.2%、36.0%~88.0%,说明农村污水治理举措落实未完全到位。主要原因与建管部门职责不明确、工艺选型不合理、人员管理不专业及运维资金无保障等有关,建议地方政府应对此加以改进,确保农村生活污水治理取得良好效果。

响应曲面法优化磁性离子交换树脂吸附水中溶解性有机物工艺

基于磁性离子交换(MIEX)树脂单因素吸附水源水中溶解性有机物(DOM)实验结果,选取MIEX树脂投加量、溶液pH值、水中溶解性有机碳(DOC)浓度、吸附时间等4个参数为响应曲面实验因素,以Box-Behnken Design模型建立二次多项式回归方程,优化MIEX树脂吸附水中DOM的工艺。结果表明:MIEX树脂投加量越大,有机物去除率越高;溶液pH值对DOC去除的影响最大,浊度和温度对其影响较小;优化的工艺条件为MIEX树脂投加量8.1 mL/L,pH值5.1,DOC质量浓度14.55 mg/L,吸附时间73 min;优化工艺条件下DOC去除率的预测结果与实验结果吻合较好,建立的二次多项式回归模型可靠性较高,可有效预测树脂去除水源水中DOM的去除率。

磁性氨基功能化生物炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附去除特性及机制

采用静态吸附实验方法,以一步水热碳化法制备的磁性氨基功能化生物炭(Fe_(3)O_(4)@C-NH_(2))为吸附剂,重点考察了pH、共存离子对水中Cr(Ⅵ)去除性能的影响,并结合光谱学分析探究了Cr(Ⅵ)的吸附去除机制.结果表明,Cr(Ⅵ)去除率随pH值升高而降低,pH为2时Cr(Ⅵ)去除率高达95.8%;总铬去除率随p H值变化特征与Cr(Ⅵ)一致,但p H为2时总铬去除率为81.8%.Cr(Ⅵ)去除率随SO42-浓度增加而降低,总铬去除率随SO_(4)^(2-)浓度变化趋势与Cr(Ⅵ)基本相同,但Cr(Ⅵ)去除率显著高于总铬.准二级动力学模型可以很好地描述Fe_(3)O_(4)@C-NH_(2)对Cr(Ⅵ)的吸附行为.除离子交换、孔填充、氢键及静电作用外,吸附去除Cr(Ⅵ)的主要机制是配位和还原作用.

微塑料对沸石吸附水体氨氮的影响及其机制

以自然环境广泛存在的聚苯乙烯微塑料和丝光沸石为吸附剂,通过序批式吸附实验对比研究了微塑料和沸石两种单一体系,以及沸石和微塑料共存的复合体系下吸附剂分别对氨氮吸附过程的影响及其机制.结果表明,在3种体系下吸附剂对氨氮的吸附过程均符合准二级动力学模型以及Freundlich等温吸附模型.单一和复合体系下沸石对氨氮的吸附是吸热熵增过程,而微塑料吸附氨氮是放热和熵减的过程;沸石(74.85%)和复合体系吸附剂(82.68%)对氨氮的去除率在pH=6时均达最大值,而微塑料吸附氨氮随pH的提高而逐渐增大;腐殖酸对沸石吸附氨氮具有明显的抑制作用,去除率从60.29%降低至17.35%,而对微塑料的吸附作用影响较小.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析结果表明,沸石主要通过氢键和静电引力吸附氨氮,而微塑料通过影响沸石表面O—H和Si/Al—O基团改变了其对氨氮的吸附性能.

紫外光协同磁性离子交换树脂活化过硫酸盐去除水中腐殖酸的效能与机理

采用紫外光协同磁性离子交换树脂活化过硫酸盐去除水中腐殖酸,探究了紫外光/过硫酸盐/磁性离子交换树脂(UV/PMS/MIEX)体系对水中腐殖酸的去除效能、影响腐殖酸去除的环境因素、活性氧化物质产生机理及腐殖酸去除机理。UV/PMS/MIEX体系对水中腐殖酸具有显著的去除效能,反应120 min后去除率可达91.71%。树脂投加量和温度的提高可促进腐殖酸的去除,一定程度上增加PMS浓度可提升腐殖酸的去除效率,而溶液pH对腐殖酸去除的影响不明显。该体系以氧化过程为主,在树脂表面的铁氧化物,含氧官能团及外加紫外光等多种协同作用下,可有效活化过硫酸盐产生·OH, SO_(4)^(·-), O_(2)^(·-)和^(1)O_(2)等多种活性氧化物质,自由基与非自由基途径共同协作降解腐殖酸。MIEX树脂体现出良好的重复使用性能,同时对于体系中的各类副产物可有效吸附去除。本研究为去除水中腐殖酸提供了一种新方法,所构建的氧化体系表现出良好应用前景。

凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr(Ⅵ)吸附动力学和热力学的研究

以壳聚糖为生物质碳源,采用一步水热碳化法对凹凸棒石表面进行有机修饰,并采用扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、元素分析(EA)、X光电子能谱(XPS)、Zeta电势分析、热重分析(TGA)等对改性凹凸棒石进行表征分析.同时,通过静态吸附实验,研究了改性凹凸棒石对Cr(Ⅵ)吸附去除的性能,考察了温度对吸附性能的影响,探讨了吸附动力学和热力学规律.结果表明,改性凹凸棒石表面富含含氧基团和氨基等活性基团;对总铬的吸附行为符合准二级动力学方程;表观吸附活化能为13.4 k J·mol^(-1),表明既有静电吸附,也有配位吸附,且以静电吸附为主;对总铬的吸附等温线符合Langmuir方程.在温度为298、308、318和328 K时,最大吸附量分别为203.3、232.6、267.4和322.6 mg·g^(-1),说明改性凹凸棒石是一种新型环保高性能的除铬材料.在研究的温度范围内,ΔH^0为19.8 k J·mol^(-1),ΔG^0为-19.5^-23.7 k J·mol^(-1),ΔS^0为72.1~131.8 J·mol^(-1)·K^(-1),表明该吸附是一吸热的、自发的、熵增过程.

根瘤菌对紫花苜蓿修复钼污染土壤的强化作用研究

采用温室盆栽试验方法,通过设置4个处理组(M:紫花苜蓿; R_1:根瘤菌(土壤质量的4%); MR_1:根瘤菌R_1+紫花苜蓿; MR_2:根瘤菌R_2(土壤质量的10%)+紫花苜蓿)和一个土壤对照组(CK)对比研究了根瘤菌对紫花苜蓿富集土壤中钼(Mo)的强化作用.结果表明, Mo污染下(500 mg·kg^(-1))根瘤菌促进了紫花苜蓿的生长及其钼富集能力,土壤钼转运系数(TA)和富集因子(BCF)与对照组相比分别提高了30.54%～38.94%及17.45%～19.16%.与对照组相比,各处理组均降低了土壤中钼的含量(0.23%～2.35%),其中根瘤菌紫花苜蓿组合系统修复后的土壤中.钼剩余含量较对照组降低了1.89%～2.35%.根瘤菌一方面促进了重金属钼由水溶态向中间过渡态的转变(0.07%～0.43%),有利于紫花苜蓿对钼的生物富集,同时增大了土壤残渣态钼的比例(0.06%～1.60%),降低了钼对紫花苜蓿的生物毒性.各处理组均提高了钼胁迫下土壤微生物的数量,增强了土壤酶活性.根瘤菌与紫花苜蓿组合修复系统不仅能有效降低土壤重金属钼含量,而且还可以促进土壤微生物生态功能的多样性.因此,该修复技术在重金属钼污染土壤修复工程中具有一定的应用潜力.

磁性离子交换树脂强化水源中有机物去除性能研究

在调查某水厂水源水质及传统工艺处理效能的基础上,对比探讨了粉末活性炭和磁性离子交换树脂分别以预吸附、预吸附-混凝、混凝沉淀-吸附等不同工艺对水源水中溶解性有机物的去除效能,确定了最佳工艺。该水源存在季节性有机物污染,亲水性有机质占比80%。水厂传统工艺对有机物的去除能力约20%~30%。与其他工艺相比,树脂预吸附-混凝对有机物的去除功效最好,DOC和UV;的去除率分别达到41.48%和80.0%,与单独强化混凝相比,该工艺可将DOC和UV;的去除效率分别提高17.7和35.49个百分点,且可减少86.67%的混凝剂投加量。Langmuir等温线模型和拟二级动力学方程可定量描述树脂吸附有机物平衡和动力学。磁性离子交换树脂预吸附可作为该水厂强化去除水源中溶解性有机物的可靠技术。

次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮

以次氯酸钠为氧化剂,对预处理过的实际电镀废水中的氨氮进行处理。研究了NaClO投加量、进水pH、曝气量和搅拌方式对氨氮去除效果的影响。结果表明,曝气量和搅拌方式对氨氮去除效果的影响不大。较适宜的工艺条件为:NaClO溶液(有效氯含量6%)50 mL/L,pH 1.50,曝气量0.40 L/min。经本工艺处理的出水氨氮符合国标要求,说明采用次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮可行。

壳聚糖碳化改性凹凸棒石对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以壳聚糖为生物质碳源,通过一步水热碳化法对凹凸棒石进行亲有机改性,对改性凹凸棒石进行表征,研究了其对Cr(Ⅵ)的静态和动态吸附性能,对其除Cr(Ⅵ)机制进行了初步探讨.结果表明,改性凹凸棒石表面有丰富的羟基、氨基和羧基等有机官能团,壳聚糖碳化产物成功负载于凹凸棒石表面.在实验的pH值范围内,总铬去除率随pH值增加先增大后减小,pH为1和2时总铬去除率分别为11.7%和80.8%,pH为3时总铬去除率降至10.2%.总铬吸附量随Na^+浓度增加而降低.对总铬的吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量高达204.1 mg/g.改性凹凸棒石对总铬的动态吸附主要受颗粒内扩散控制,在强酸性条件下(pH=2),去除Cr(Ⅵ)是吸附-还原-再吸附的耦合过程.

凹凸棒石@C纳米复合材料对Cr(Ⅵ)吸附-还原作用

以凹凸棒石和葡萄糖为原料,通过设置凹凸棒石与葡萄糖不同质量比,采用水热碳化法制备凹凸棒石@C纳米复合材料,并选择出去除Cr（Ⅵ）效果最佳的凹凸棒石@C纳米复合材料.同时,利用傅里叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、Zeta电位仪（Zeta）、X光电子能谱（XPS）手段对复合材料进行了表征,考察了时间和p H对其去除水中Cr（Ⅵ）的影响,探讨了其吸附-还原机制.结果表明,最佳复合材料的凹凸棒石与葡萄糖质量比为1∶4;吸附平衡时间约为6 h,动力学过程符合准二级动力学模型.在p H为1～10时,Cr（Ⅵ）去除率随p H升高而减小,p H=1时Cr（Ⅵ）去除率最大,高达92.7%,吸附率为48.5%,还原率为44.2%;而总铬吸附率则随p H升高先增大后减小,p H=2时最大,吸附率为50.2%,还原率为13.0%,表明对Cr（Ⅵ）去除存在吸附-还原作用,酸性越强,越容易发生还原反应.FT-IR分析结果表明,凹凸棒石@C纳米复合材料表面存在含氧基团和还原性基团（Cx—OH、—CH等）;XPS分析结果表明其对Cr（Ⅵ）的去除是吸附-还原相互作用的结果,包括Cr（Ⅵ）在复合材料表面与含氧基团络合配位吸附和静电吸附,以及Cr（Ⅵ）还原Cr（Ⅲ）再吸附,其中,Cr（Ⅲ）再吸附主要通过与Mg2＋、Al3＋等阳离子交换作用实现的.

氨基化碳化凹凸棒石的水热制备及对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

以凹凸棒石（AT）为导向硬模板，葡萄糖和氨水为原料，采用水热碳（C）化法一步制备出氨基化碳化凹凸棒石复合粉体，并用扫描电子显微镜、Fourier红外光谱、元素分析、Zeta电势、Raman光谱、热重分析对复合粉体进行表征分析，研究复合粉体对水中Cr（1Ⅵ）的吸附一还原性能。结果表明：氨基化碳化凹凸棒石复合粉体表面富含含氧基团（如羟基、羧基、酮基等）及氨基等活性基团。复合粉体对Cr（Ⅵ）和总铬去除率显著高于碳化凹凸棒石和AT，但和活性炭没有显著差异。复合粉体对Cr（Ⅵ）去除率显著高于总铬，表明复合粉体具有一定的还原性能；Cr（Ⅵ）和总铬去除率均随着Na2s04浓度的增加而减小。对总铬的吸附动力学过程符合准二级动力学模型。对总铬吸附过程适合用Langmuir模型来描述，在288、298、308、318和328K时，最大吸附量分别为81．5、92．6、109．9、120．5和132．7mg／g。在研究的温度范围内，Gibbs自由能变为-16．5～20．8kJ／mol，焓变为15．6kJ／mol，熵变为110．9～114．1J／（mol·K），表明该吸附是自发、吸热和熵增过程。