La和Fe改性木芙蓉和龙牙花树枝粉对畜禽废水中磷的吸附

畜禽养殖废水中过量的磷排放易导致水体富营养化。为有效去除畜禽废水中的磷和对园林废弃物进行资源化利用,本研究探讨La和Fe分别改性木芙蓉树枝粉(HM)和龙牙花树枝粉(EC)得到的4种材料(La-HM、La-EC、Fe-HM和Fe-EC)在不同投加量、溶液pH、吸附时间和初始磷浓度等条件下对模拟废水中磷吸附的影响。结果表明,4种改性材料对模拟废水中磷的单位吸附量随投加量的增加呈指数或幂函数下降(P0.05);随溶液pH的升高,La改性的两种材料对磷的吸附量呈先上升后下降趋势,Fe改性的两种材料则相应呈幂函数下降(P0.05)。它们的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附等温线更适合用Freundlich模型拟合。4种改性材料对模拟废水中磷的理论最大吸附量分别为15.00、12.02、7.18 mg·g~(-1)和8.43 mg·g~(-1),对实际养猪废水中磷的吸附量为11.63～21.71 mg·g~(-1),是未改性前的1.58～3.23倍。因此,La和Fe改性木芙蓉和龙牙花树枝粉是吸附畜禽废水中磷的潜在材料。     

不同前处理方式下钠基蒙脱石对重金属镉的吸附研究

采用不同前处理方式(100℃烘干、200℃煅烧、300℃煅烧、冻干)制备出钠基蒙脱石,通过表征手段分析了其理化性质差异,并考察了其对溶液中Cd~(2+)的吸附行为,以探究不同前处理方式对钠基蒙脱石物化性质的影响及对Cd~(2+)吸附的差异。结果表明:不同前处理方式对钠基蒙脱石比表面积、孔容与层间距等物理性质影响较大,但对表面官能团、阳离子交换量等化学性质影响较小。吸附动力学显示钠基蒙脱石对镉的吸附符合拟二级动力学方程,属离子交换吸附,24 h可达吸附平衡;吸附等温线符合Langmuir等温线方程,属单层吸附。不同方式处理的钠基蒙脱石对于Cd~(2+)吸附效果是有差异的。300℃煅烧处理的钠基蒙脱石吸附效果最好,饱和吸附量达到11.1 mg·g~(-1);100℃烘干处理的钠基蒙脱石吸附量最差,饱和吸附量为9.1 mg·g~(-1)。     

重金属存在下微塑料对环丙沙星的吸附特征及机制研究

为了揭示微塑料在重金属与抗生素共存体系中的吸附特征,以聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)为典型微塑料,以环丙沙星(CIP)作为目标抗生素,以Cu、Cd为重金属代表,通过批量吸附试验研究了重金属存在下微塑料对CIP的吸附行为及机理。结果表明:PA和PVC两种微塑料对CIP的吸附同时符合Langmuir方程和Freundlich方程,由Langmuir方程拟合得到的CIP对PA和PVC的最大吸附量分别为1.846 mg·g~(-1)和1.862 mg·g~(-1)。不同pH下两种微塑料对CIP的吸附呈现先增加再降低的趋势,pH为6时吸附量达到最大。重金属Cu、Cd存在下的吸附等温线更符合Langmuir方程,Cu的存在显著促进了微塑料对CIP的吸附,而Cd的存在抑制了微塑料对CIP的吸附,Cu、Cd没有改变吸附量随pH变化的趋势。PVC对CIP的吸附以物理吸附为主,PA吸附CIP的机制包括酰胺基与羰基间氢键的产生,此外静电相互作用、极性作用也是两种微塑料吸附CIP的重要机制。研究表明,重金属Cu、Cd存在下,可以改变微塑料对CIP的吸附量,但不会对PA、PVC吸附CIP的机制产生影响。     

不同类型粘土矿物对镉吸附与解吸行为的研究

[目的]揭示镉在土壤环境中的化学行为。[方法]采用批量吸附试验研究了4种不同类型的粘土矿物:蒙脱石、高岭石、针铁矿、三水铝石对镉的吸附与解吸特性,同时探讨了矿物用量及pH对镉吸附的影响。[结果]与Freundlich方程相比,Langmuir方程(R2>0.98)能较好的表征4种矿物对镉的吸附行为,说明矿物对镉的吸附是单层吸附。4种矿物对镉的最大吸附量大小为:蒙脱石(32.62mg·g-1)>针铁矿(11.52mg·g-1)>高岭石(7.99mg·g-1)>三水铝石(6.29mg·g-1)。4种矿物对镉的解吸率范围分别为:蒙脱石(19.99%~32.77%)、高岭石(13.48%~19.09%)、针铁矿(2.02%~3.48%)、三水铝石(1.09%~2.43%)。随pH升高蒙脱石、高岭石、针铁矿对镉的吸附量均呈增长趋势,而三水铝石基本保持不变。矿物用量在10.0g·L-1时,针铁矿对镉的吸附率达72.8%,与蒙脱石相近(79.1%)。[结论]针铁矿吸附率较高,而解吸率低,是一种较好的吸附剂。     

酸性条件下红壤表面Zn~(2+)-H~+反应动力学的能量特征

用自行设计的动力学装置研究了酸性条件下Zn在红壤表面的反应动力学能量特征.结果表明,酸性条件下,Zn吸附分为快反应和慢反应.用一级动力学方程拟合的Zn最大吸附量:pH5.5处理Zn的最大吸附量在289 K时为1.79 mmol·kg~(-1),在313 K时为2.62 mmol·kg~(-1);pH3.3处理Zn的最大吸附量在289 K时为0.12 mmol·kg~(-1),在313 K时为0.16 mmol·kg~(-1).即吸附量随酸度增加显著下降,随温度升高明显增加.用扩散速率常数计算的活化能(△E~*):pH5.5处理Zn的△E~*为9.05 kJ·mol~(-1),pH3.3处理Zn的△E~*为12.02 kJ·mol~(-1),随酸度的增加△E*增加,Zn扩散需克服的能障加大,Zn吸附量降低.△H值为正,温度升高可促进Zn的扩散;△S值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加.原液pH为5.5时,流出液的pH急剧下降;pH4.3、pH3.8和pH3.3时流出液比流入液的pH高,是由于土壤的缓冲作用和土壤表面质子化;当溶液中H~+超过一定数量后,反应初期的H~+消耗是快反应过程,H~+对矿物的溶蚀成为速率控制步骤.     

四种有机物料对Pb2+的吸附特性

为研究不同有机物料的性质特征以及对重金属离子的吸附能力,选用四种农林废弃物或其加工产物(锯末生物炭、玉米秸秆、鸡粪、食用菌菌渣),利用SEM、FTIR等方法对其形态和官能团进行表征,并通过对Pb~(2+)的批量吸附试验,考察了pH、时间、溶液初始浓度对吸附量的影响。结果表明,四种材料均能够有效吸附Pb~(2+),但吸附特性有一定差异。生物炭、秸秆、鸡粪最佳pH为5,且受pH影响较大;菌渣最佳pH为2,受pH影响不大。25℃、pH 5时四种材料均能较快地达到吸附平衡,且吸附量随时间的变化数据均符合准二级动力学模型,吸附量随初始浓度的变化数据均能较好地拟合Langmuir等温方程,其中生物炭的饱和吸附量远高于其他三种材料,达到411.52 mg·g~(-1),秸秆、鸡粪、菌渣的饱和吸附量分别为40.90、41.82、115.65 mg·g~(-1)。     

红壤和褐土中磷的吸附及其对镉离子吸附-解吸的影响

采用等温吸附法研究了红壤和褐土磷的吸附特性,并分析了磷吸附后镉离子的吸附-解吸特征.结果表明,在外源磷浓度0～64mg·L-1范围内,供试土壤磷吸附量均随平衡液中磷浓度的升高而增加,吸附等温线符合Langmuir方程,红壤对磷的最大吸附量及吸附反应常数(K)均高于褐土.吸附磷后在镉添加0～5 mg·L-1范围内对镉离子吸附的影响两种土壤表现一致,即镉离子的吸附量随平衡溶液中镉的浓度的升高而增加,二者呈极显著线性相关.但磷吸附量的不同对镉离子的吸附产生一定的影响,表现为低磷抑制、高磷促进镉离子的吸附.当吸附磷的量红壤小于40 mg·kg-1褐土小于37 mg·kg-1时,镉离子的吸附量随磷吸附量的增加而降低,与不施磷处理相比吸附率平均降低了16%和10%左右;当吸附磷的量红壤大于79 mg·kg-1褐土大于70 mg·kg-1时,镉离子的吸附量随磷吸附量的增加而升高,与对照相比吸附率平均升高了11%和6%左右.吸附磷酸根后,在镉离子的吸附量小于10 mg·kg-1时,红壤镉离子的解吸率表现为低磷促进、高磷抑制解吸,而褐土磷的吸附对镉离子解吸率的影响不显著.     

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g~(-1)和17.60 mg·g~(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。     

pH值和外加汞浓度对汞在棕土中的吸附-解吸动力学特征的影响

用平衡液吸附和Ca(NO3)2:溶液的解吸法,对棕土在pH 3～6.5,汞浓度0.2～8 mg·kg-i的吸附-解吸动力学进行了研究,以阐明pH和初始浓度对汞有效性的影响.结果表明,pH 6.5,浓度8 mg·kg-1条件下,60 min即可达到汞最大吸附量的93%;10 000min达最大解吸量的78.8%.解吸汞占吸附汞的比例随pH升高而升高,在浓度2 mg·kg-1,pH 3～6.5下,棕土解吸汞占吸附汞的比例为11%～37.4%.Freundlich方程为描述汞吸附-解吸动力学特征的最优模型,其次为Elovich方程.模拟的最大吸附量达84.3 mg·kg-1,在此以下,汞的吸附容量随外加汞浓度、时间的递增而升高.解吸速率随初始浓度增加而增加,随解吸时间的延长不断降低.这些结果表明,pH和外加汞浓度影响汞在棕土中的吸附-解吸动力学特征,从而影响在土壤介质中的迁移.     

苏云金芽胞杆菌原毒素在蒙脱石上的吸附特性研究

采用河南信阳产钠型蒙脱石为实验材料,研究了苏云金芽胞杆菌(Bt)工程菌株WG-001原毒素蛋白(130kDa)在粒径为0～0.2μm和0～2μm的蒙脱石上的吸附特性。结果表明,蒙脱石在碳酸盐缓冲体系(pH9)对Bt原毒素蛋白的等温吸附曲线符合Langmuir方程(r2>0.99),当原毒素与蒙脱石的质量比例相同时,蒙脱石的平均粒径越小,单位质量吸附量越高。在磷酸盐体系(pH6～8)pH7时单位质量吸附量最大,在碳酸盐体系(pH9～11)单位质量吸附量随pH的增加而下降。Bt原毒素在蒙脱石上的吸附0.5～1.0h就能达到平衡。随着蒙脱石质量比例的增加,蒙脱石对原毒素的单位质量吸附量减小,但吸附百分率增加。在10℃～50℃范围内,温度对单位质量吸附量影响不大。透射电镜分析表明,吸附原毒素前后蒙脱石的粒径没有明显改变。XRD分析证实,吸附原毒素后蒙脱石层间距没有发生变化。     

不同碳基材料对银纳米颗粒的去除效果

本研究合成了稳定分散的纳米银(AgNPs)颗粒,并采用批量试验法研究了水稻壳生物炭(BC)、多壁碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GP)3种碳基材料对AgNPs的吸附特性以及环境因素(离子强度、离子种类和电解质pH)对AgNPs吸附的影响。结果表明:AgNPs在碳基材料上的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附速率受内扩散和其他过程共同控制,并且在240min内均能达到吸附平衡;与Freundlich模型相比,Langmuir模型能够更好地拟合AgNPs在碳基材料上的等温吸附过程,并且AgNPs在BC、CNTs和GP上的吸附量依次增大,分别达到了69.15、87.78、121.21mg·g~(-1);在试验离子强度(20~100mmol·L~(-1))下,改变Na+强度对碳基材料吸附AgNPs的能力没有显著改变,但Ca2+强度的升高却抑制了GP对AgNPs的吸附,AgNPs在碳基材料上的吸附量随着电解质pH的升高而降低;BC通过络合作用、离子交换作用、沉淀作用和静电作用吸附AgNPs,CNTs和GP主要利用静电作用和范德华力固定溶液中的AgNPs。这些结果有助于了解AgNPs在碳基材料上的吸附行为,并可为更好地评价和管理AgNPs在环境中的风险提供依据。     

壳聚糖、铁锰改性稻壳生物炭的表征及其Cd2+吸附性能研究

为改善稻壳炭对Cd²⁺的吸附能力，分别选用壳聚糖、硝酸铁与高锰酸钾对稻壳生物炭进行改性，成功制备了壳聚糖改性稻壳炭（C-BC）和铁锰改性稻壳炭（FM-BC），表征了各稻壳炭的基础理化性质，包括比表面积分析（BET）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射表征（XRD），进行了动力学吸附实验和等温吸附实验，并在不同pH和投加量条件下，研究了改性生物炭对Cd²⁺的吸附量和去除率。结果表明：两种改性方式均减小了稻壳炭的比表面积和总孔隙体积； FM-BC含有Mn-O、Fe-O的特征官能团，此外改性前后稻壳炭的官能团类型基本不变；两种改性方式均使稻壳炭产生了对应的晶体结构变化。两种改性炭对Cd²⁺动力学吸附特征均符合准二级动力学模型，颗粒内扩散模型均分为3个阶段，对Cd²⁺等温吸附特征均符合Langmuir模型； C-BC和FM-BC的最大吸附量分别为25.51 mg·g^-1和16.25 mg·g^-1，是BC （14.97 mg·g^-1）的1.7倍和1.08倍。随着溶液pH增加，C-BC和FMBC的吸附量和去除率逐渐增加，且始终高于BC；随着投加量的增加，C-BC和FM-BC的Cd²⁺去除率逐渐增加，而吸附量逐渐降低。两种改性方式均能够在一定程度上提高稻壳炭对Cd²⁺的吸附能力，均以单分子层化学吸附占主导，C-BC的最大吸附量明显高于FM-BC，适度调整溶液pH和投加量可改善改性稻壳炭的Cd²⁺吸附效果。     

猕猴桃木生物质炭对溶液中Cd2+、Pb2+的吸附及应用研究

为探讨生物质炭对废水中重金属的吸附性能,以猕猴桃修剪枝为原料制备生物质炭,通过静态吸附法研究了其对复合溶液中Cd²⁺、Pb²⁺的吸附,探究了溶液初始浓度、吸附时间、pH值及生物质炭投加量对溶液中Cd²⁺、Pb²⁺吸附效果的影响,同时采用扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）对吸附前后的生物质炭结构进行了表征,并讨论了其对养殖废水和垃圾渗滤液中Cd²⁺和Pb²⁺的吸附能力。结果表明：猕猴桃木生物质炭具有多孔结构和多种表面官能团。Cd²⁺、Pb²⁺的最优吸附条件是pH为4~6,120 min吸附达到平衡,最佳投加量分别为4.0、3.0 g·L^-1,最大吸附量分别为9.35、65.9 mg·g^-1。生物质炭对Cd²⁺、Pb²⁺的吸附过程用准二级动力学方程能较好地描述;在25℃条件下,生物质炭对Cd²⁺的吸附用Langmuir方程能更好地描述,其理论最大吸附量达13.1 mg·g^-1,而生物质炭对Pb²⁺的吸附过程用Freundlich方程能更好地描述。猕猴桃木生物质炭可作为处理轻度重金属复合污染废水的吸附剂。     

载镁香蕉秆基生物炭对氮磷的吸附性能研究

以香蕉秸秆为原料,氯化镁（MgCl₂）为改性剂,通过限氧热解法（温度673 K）制备生物质炭。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等技术分析了镁改性生物质炭对氮、磷的吸附机理。结果表明,通过镁改性,生物质炭对氮、磷的吸附量得到显著提高,最大吸附量分别达13.80、18.21 mg·g^-1;对氮、磷的等温吸附曲线均符合Langmuir曲线,为单层吸附,吸附机理主要以化学吸附为主;吸附平衡时间约为150 min,氨氮和磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附过程受多步骤控制。该载镁生物质炭可以作为潜在吸附剂去除废水和富营养化水体中过量的氮、磷。     

生物炭/凹凸棒石复合材料对铅镉的吸附

为探讨生物炭/凹凸棒石复合材料对废水中重金属的吸附效果与作用机理,以水稻、小麦秸秆与凹凸棒石为原料,在缺氧条件下热解制备生物炭/凹凸棒石复合材料。通过批量吸附实验研究时间、浓度及pH等因素对复合材料吸附溶液中Cd²⁺和Pb²⁺的影响,利用SEM、BET、XRD、FTIR等方法对吸附前后的复合材料进行表征分析,从定性和定量的角度分析其作用机理,明确主导吸附机制。结果表明：准二级动力学和Langmuir等温模型更符合复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附过程。与原始生物炭和凹凸棒石相比,水稻秸秆与凹凸棒石比例为5∶1时制备的复合材料RABC5-1和小麦秸秆与凹凸棒石比例为3∶1时制备的复合材料WABC3-1具有更好的吸附效果,对Cd²⁺的最大吸附量分别为132.97 mg·g^-1与132.39 mg·g^-1,对Pb²⁺的最大吸附量分别为222.60mg·g^-1与220.55 mg·g^-1。机理分析表明,复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附机理主要包括沉淀作用、官能团络合作用、离子交换作用和阳离子-π作用。定量分析进一步证明,沉淀作用在RABC5-1、WABC3-1吸附Cd²⁺的过程中所占比例分别为84.6%、77.3%,在吸附Pb²⁺的过程中所占比例分别为82.0%、78.3%,是复合材料吸附重金属的主要机理,其次为阳离子交换作用,官能团络合作用和阳离子-π作用对吸附的整体贡献率较小。研究表明,复合材料RABC5-1与WABC3-1具有良好的吸附Cd²⁺和Pb²⁺的性能,是一种极具潜力的吸附材料,且沉淀作用是复合材料吸附重金属的主导机制。     

改性蛇纹石对Pb2+的吸附机理及吸附条件优化

为提升蛇纹石对污染物Pb²⁺的去除效果,实现废水中Pb²⁺的高效去除,本研究将天然蛇纹石矿物高温改性,探究改性后蛇纹石对Pb²⁺的吸附机理、解吸情况及蛇纹石用量、溶液的初始pH、蛇纹石粒径大小和吸附时间对吸附量和Pb²⁺去除率的影响,并通过Box-Behnken响应面法优化改性蛇纹石吸附Pb²⁺的实验条件。结果表明：改性蛇纹石吸附性能明显提升,理论最大饱和吸附容量更高,二者吸附过程均更符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,且吸附过程为自发吸热进行的。改性蛇纹石吸附Pb²⁺的机理主要为蛇纹石裂解产生的Mg²⁺与溶液中溶解的CO₂结合形成MgCO₃,MgCO₃与溶液中的Pb²⁺发生溶积置换生成PbCO₃沉淀;Pb²⁺与改性后蛇纹石表面形成的高能键结合,以Pb（NO₃）₂·Si-O、PbO·O-Si-O配合物的形式吸附在蛇纹石表面。改性蛇纹石在溶液中Pb²⁺的解吸量及解吸率均较低,改性蛇纹石对Pb²⁺的吸附情况较为稳定,Pb²⁺不易被解吸出来。改性蛇纹石对溶液中Pb²⁺最佳吸附条件为固液比为1∶200（m∶V）,pH=5.5,粒径为140目,吸附时间为36 h,此时吸附量及Pb²⁺去除率分别为15.26 mg·g^-1、79.89%。研究表明,改性蛇纹石对Pb²⁺吸附性能明显提升,具有较高吸附容量且吸附较为稳定不易解吸,对去除废水中Pb²⁺具有潜在应用价值。     

玉米秸秆碱化处理制备的生物炭吸附锌的特性研究

为研究玉米秸秆碱化处理制备的生物炭对模拟废水中Zn的吸附特性,以玉米秸秆为原料制备玉米秸秆生物炭(BC),同时对玉米秸秆进行碱化浸渍处理来获得碱化改性生物炭(K-BC),并在此基础上研究了BC和K-BC对Zn的吸附动力学、吸附热力学以及pH对其吸附的影响,结合元素分析、比表面积孔径测定、扫描电镜及红外光谱等表征来分析其对Zn的吸附差异。结果表明:当Zn浓度为60 mg·L~(-1),BC和K-BC对Zn的吸附过程由快速吸附和慢速吸附2个阶段组成,且符合准二级动力学吸附模型;BC和K-BC对Zn的吸附量随温度(288~318 K)和Zn浓度(10~120 mg·L~(-1))的增加而增加,其中K-BC对Zn的理论饱和吸附量大于BC,且由Freundlich模型对吸附过程进行描述较为合适;热力参数表明BC和K-BC对Zn的吸附为自发、吸热和无序度增加的过程;在pH_2.0~5.0范围内,当pH为5.0时K-BC对Zn的吸附量最大,吸附率接近50%。由BC和K-BC结构表征及理化特性差异可以推知,这2种生物炭对Zn吸附差异来源于其比表面积、孔隙结构和芳香结构之间的差异。     

纳米羟基磷灰石改性生物炭对铜的吸附性能研究

为了提高生物炭对重金属铜的吸附能力,选取小麦秸秆作为原料,将不同比例纳米羟基磷灰石与秸秆混合均匀,在600℃高温限氧条件下制备了羟基磷灰石改性生物炭材料,比较了生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附特性,同时分析了两者间的表面特征等。结果表明:热重分析显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可以提高生物炭的热稳定性;扫描电子显微镜分析显示,纳米羟基磷灰石可以较为均匀地附着在生物炭表面,但同时会伴随不同程度的聚集现象;接触角测试结果显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可降低其疏水性;生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附符合伪二级动力学模型,生物炭改性材料可使铜的吸附速率提高7.69%~130.77%;生物炭和生物炭改性材料对不同浓度的铜吸附符合Langmuir等温吸附模型,对铜的最大吸附量分别为32.65 mg·g~(-1)和57.01 mg·g~(-1)。