不同改性黏土矿物吸附净化磷污染水体的性能比较

比较了酸、热及其复合改性对凹凸棒石黏土、膨润土和高岭土等3种黏土矿物吸附净化不同程度磷污染水体能力的影响。结果发现,2%浓度酸处理、300℃热活化及酸热复合改性均可以显著提高凹凸棒石黏土的磷吸附净化能力,且以复合改性效果最好,Ⅴ类和劣Ⅴ类水的磷去除率均比原土提高30%以上;酸、热改性均能显著提高膨润土的磷吸附净化能力,但综合不同程度磷污染水体来看,热活化略优于酸改性,但酸热复合改性没有呈现更佳的效果;热改性显著提高高岭土的磷吸附净化能力,而酸改性却不同程度地降低了高岭土的磷吸附净化能力,酸热复合改性的效果亦不如热单独改性。结果表明,在针对不同程度磷污染水体时需根据黏土矿物特性选用酸处理、热活化或酸热复合改性方法来提高污水的吸附净化效率。     

改性高岭土对废水中磷的吸附性能及机理研究

采用盐酸和煅烧2种方法对苏州高岭土进行了改性,分析其对模拟含磷废水中磷的吸附效果,并初步探讨了其作用机制,继而进行了等温吸附和吸附动力学试验研究。结果显示,酸、热改性均不同程度地提高了高岭土对模拟废水中磷的吸附净化能力,尤以9%酸改性和500℃煅烧效果最为明显。在处理25 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水中,高岭土投加量为2%(重量比)时,经9%酸改性高岭土对磷去除率达81.8%,较天然高岭土提高了44.6%。在处理50 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水时,经500℃煅烧改性高岭土对磷的去除率高达99.5%,残留溶液中磷浓度仅为0.10 mg/L,达到我国相应排放标准。酸改性可通过改变高岭土的吸附活性点位来提高其对磷的吸附净化性能,而煅烧通过活化高岭石中的铝而提高其对磷的吸附净化性能。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土磷吸附等温线均符合Freundilch和Langmuir方程,皆达极显著水平(P<0.01)。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土对磷的动力学吸附特征一致,皆与准二级方程拟合最佳,达极显著水平(P<0.01)。500℃煅烧高岭土对磷的饱和吸附量最大,在净化含磷废水中具有良好的应用前景。     

BS-12改性不同磁性黏土矿物对苯酚的吸附

采用共沉淀法制备磁性海泡石(MST)、磁性沸石(MZT)和磁性凹凸棒石(MAT),并以两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)对其进行改性,以X射线衍射(XRD)对不同吸附剂材料进行表征分析,通过批处理法比较不同磁性黏土矿物经BS-12改性后对苯酚的吸附特征,同时考察温度、pH和离子强度对BS-12改性磁性黏土矿物吸附苯酚的影响。结果表明,三种黏土矿物原样和磁化样对苯酚的吸附能力分别呈NATNSTNZT、MATMSTMZT的大小顺序,磁化对凹凸棒石的苯酚吸附能力影响最大,这与Fe3O4在凹凸棒石上的覆盖度较高有关。经BS-12改性后,三种改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附量均随改性比例的增大而增加,具有一致性;三种磁性黏土矿物中,BS-12改性对磁性海泡石的苯酚吸附能力提升最多,这与BS-12在磁性海泡石的改性率较高有关。温度和溶液初始pH的升高不利于BS-12改性磁化样对苯酚的吸附,但离子强度的增加对BS-12改性磁化样吸附苯酚具有促进作用。BS-12改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附以疏水分配作用为主,吸附能力取决于有机碳含量。三种改性磁性黏土矿物中,BS-12改性磁性凹凸棒石上的有机碳含量最高,对苯酚的吸附能力最强,且吸附受温度、pH和离子强度的影响最小。     

BS-12改性不同磁性黏土矿物对苯酚吸附及机制的比较

采用共沉淀法制备磁性海泡石（MST）、磁性沸石（MZT）和磁性凹凸棒石（MAT）,并以两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）对其进行改性,以X射线衍射（XRD）对不同吸附剂材料进行表征分析,通过批处理法比较了BS-12改性不同磁性黏土矿物对苯酚的吸附特征,同时考察了温度、pH和离子强度对不同磁性黏土矿物间及不同改性比例下吸附苯酚的影响。结果表明,三种黏土矿物原样和磁化样对苯酚的吸附能力分别呈NAT＞NST＞NZT、MAT＞MST＞MZT的大小顺序,磁化对凹凸棒石的苯酚吸附能力影响最大,这与Fe3O4在凹凸棒石上的覆盖度较高有关。经BS-12改性后,三种改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附量均随改性比例的增大而增加,具有一致性;三种磁性黏土矿物中,BS-12改性对磁性海泡石的苯酚吸附能力提升最多,这与BS-12在磁性海泡石的改性率较高有关。温度和溶液初始pH值的升高不利于BS-12改性磁化样对苯酚的吸附,但离子强度的增加对BS-12改性磁化样吸附苯酚具有促进作用。BS-12改性磁性黏土矿物对苯酚的吸附以疏水分配作用为主,吸附能力取决于有机碳含量。三种改性磁性黏土矿物中,BS-12改性磁性凹凸棒石上的有机碳含量最高,对苯酚的吸附能力最强,且吸附受温度、pH和离子强度的影响最小。     

超声波十六烷基三甲基溴化铵改性斜发沸石的制备及其对水体中六六六的吸附

利用超声波对天然斜发沸石进行进行有机改性,提高了天然沸石对有机污染物六六六的吸附能力,在单因素实验的基础上对改性条件进行了优化,得出超声波十六烷基三甲基溴化铵有机改性天然斜发沸石的最优实验条件为:十六烷基三甲基溴化铵的浓度为55.1 mmol/L,沸石400℃培烧2 h,50℃超声波处理时间10 min.在此条件下改性的天然斜发沸石在水中加入2 g/L,对水中六六六的去除率达74.1%.     

改性稻壳炭和改性沸石对红壤磷有效性的影响

为探究改性稻壳炭、改性沸石对红壤磷素有效性的影响,以稻壳炭(R)、HCl改性稻壳炭(HR)、沸石(Z)、铵化沸石(NZ)、低温活化沸石(RZ)和铵化低温活化沸石(NRZ)为试验材料,以1%、3%、5%和8%的剂量添加到混合肥料中并与供试红壤充分混合,经过7、14、28和56 d的室内培养后测定土壤有效磷含量,并通过土壤盆栽试验研究添加5%改性稻壳炭、改性沸石对玉米磷肥利用率的影响。研究结果表明,在土壤培养的第7、14和28 d,沸石、稻壳炭改性方式和添加量对土壤有效磷含量影响显著(P0.01),且其交互作用对土壤有效磷含量影响显著(P0.01),添加量是影响土壤有效磷含量有关参数的主要决定因子。在不同稻壳炭、沸石改性方式和添加剂量处理下,土壤有效磷含量增加,磷肥固定率降低。沸石经铵化和低温活化处理后,吸附能力和吸附容量增加,提高了土壤中磷素有效性。稻壳炭经HCl氧化改性处理后,对土壤中磷素的吸附能力增强,降低了土壤对磷的固定作用。混合肥料中添加5%改性稻壳炭、改性沸石后,玉米磷素利用率比对照提高了34.45%～45.53%,但各添加材料处理间差异不显著。     

锆改性沸石活性覆盖控制重污染河道底泥氮磷释放研究

通过实验考察了锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附去除作用,并考察了锆改性沸石活性覆盖控制底泥溶解性磷酸盐和铵释放的效率。锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力随pH值的增加而降低：当pH值由4增加到5时,锆改性沸石对水中铵的吸附能力增加;当pH值5-8时,对铵的吸附能力较高;当pH值由8增加到10时,对铵的吸附能力下降。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附动力学满足准二级动力学模型,并且对磷酸盐和铵的吸附速率比较快。Langmuir和Freundlich等温吸附模型可以用于描述锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的吸附平衡数据,根据Langmuir模型计算得到的锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的最大吸附量分别为7．75mg·g-1和9．59mg·g-1（pH7和25℃）。锆改性沸石对水中磷酸盐和铵的去除率随锆改性沸石投加量的增加而增加,其吸附水中磷酸盐的主要机制是配位体交换,吸附水中铵的主要机制是阳离子交换。被锆改性沸石所吸附的磷酸盐大部分（82．5％）以较为稳定形态磷（NaOH—P）存在,低溶解氧条件下不容易重新被释放出来。吸附磷酸盐后锆改性沸石中水溶性磷（WSP）、易解吸磷（RDP）和NaHCO,可提取态磷（Olsen—P）含量非常低,藻类可利用磷（AAP）含量仅占总磷含量的29％左右。低溶解氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的溶解性磷酸盐和铵,锆改性沸石活性覆盖则不仅可以使上覆水中的溶解性磷酸盐浓度控制到很低的水平,而且可以明显降低铵由底泥向上覆水迁移的速率。上述实验结果表明,锆改性沸石适合作为一种活性覆盖材料用于控制底泥溶解性磷酸盐和铵的释放。     

天然沸石对土壤及养分有效性的影响

综述了沸石的理化性质。沸石具有独特格架状结构,土壤施用沸石后,可以提高土壤保肥能力,活化土壤中难溶性磷,改良土壤结构,沸石有较强的交换吸附能力,民肥料混合使用,能提高肥料利用率。     

富营养化景观水体沉积物中磷的控制研究

通过室内模拟实验对方解石、天然沸石、无机盐（NaCl和CaCl2）改性沸石、有机改性沸石覆盖层对富营养化水体沉积物中磷的固定化效果进行研究。结果表明,方解石、天然沸石对沉积物中的磷均有一定的固定效果,且方解石的固定效果好于天然沸石。无机盐改性沸石对磷的固定化效果的顺序为CaCl2改性沸石〉方解石〉NaCl改性沸石〉天然沸石。有机改性沸石对沉积物中磷的固定效果大于天然沸石和方解石,且覆盖层越厚固定效果越好。复合覆盖层对沉积物中磷的固定效果受天然沸石投加量、方解石投加量以及二者组合方式等因素的影响,随着天然沸石和方解石投加量的增加（100～300g）,复合覆盖层对沉积物中磷的固定效果明显提高（67.10%～84.10%）。天然沸石和方解石混合覆盖层比单一天然沸石或方解石覆盖层能更有效地控制沉积物磷的释放。先覆盖天然沸石后覆盖方解石对沉积物磷释放的抑制率明显高于先覆盖方解石后覆盖天然沸石。     

改性沸石对Zn2+的吸附特性研究

通过间歇震荡平衡法研究了天然沸石及3种改性沸石对Zn2+的吸附特性。研究结果表明,沸石、改性沸石对Zn2+的等温吸附曲线符合Langmuir方程、Freundlich方程、Temkin方程,其中Freundlich方程的拟合性最好,相关系数在0.988～0.999之间。沸石及改性沸石对Zn2+吸附量大小顺序依次为铵改性沸石>钾改性沸石>镁改性沸石>天然沸石。该规律与改性阳离子价数、离子水合半径密切相关。     

改性沸石吸附柱去除和回收脱磷尿液废水中氨氮试验研究

经鸟粪石沉淀法回收尿液中磷后的废水中仍含有高浓度的氨氮,若直接排放,不仅会造成水体污染,也导致氮资源浪费。本文在5％HCl浸提,400℃焙烧,结合微波处理改性沸石以提高氨氮吸附能力的基础上,研究了改性沸石吸附柱高度（H）、吸附柱串联数量（N）以及水力停留时间（T）对脱磷尿液废水中氨氮去除效果的影响,评价了HCl溶液、NaCl溶液及其组合对吸附氨氮饱和的沸石的再生效果。结果表明：HCl-焙烧-微波改性沸石对氨氮的平衡吸附量为17．9mg·g-1,是天然沸石对氨氮平衡吸附量（6．9mg·g^-1）的2．6倍。当柱高H=35cm,水力停留时间亚2．0h,吸附柱串联个数N=3时,改性沸石对脱磷尿液废水中氨氮的去除效果最佳。当吸附柱内氨氮负荷小于6370mg时,吸附柱出水中氨氮浓度低于30mg·L-1。10％HCI＋5g·L-1 NaCl混合液作为沸石再生剂时,氨氮洗脱率达到88．3％,再生沸石的平衡吸附量可达16．4mg·g-1,为改性沸石的91．6％。可见,改性沸石吸附柱可有效去除脱磷尿液废、水中氨氮,同时10％HCI＋5g·L-1 NaCl混合溶液能够有效实现沸石再生和氨氮回收。研究结果为脱磷尿液废水中氨氮处理与回收中试试验奠定了基础。     

煅烧对白云石治酸效果及其钙镁释放动力学特性的影响

针对中国土壤普遍酸化,而用石灰治理会导致土壤板结,用碱性工业废弃物治理又有二次污染风险等问题,该研究在低温煅烧工艺下,研究了白云石颗粒大小、煅烧时间对白云石碱度、微结构、钙镁释放动力学特征的影响,旨在为开发既能治酸改土又能供应钙镁养分的白云石煅烧工艺提供理论依据。研究提出了总碱度和短期累积碱度2个概念。结果表明:粒径从0.15到3 mm的白云石,经过1 h煅烧后,总碱度增加了78%、短期累积碱度提高了1 100倍。粒径为1～3 mm的煅烧白云石在煅烧1～3 h后钙镁的释放速率快慢的规律一致,以煅烧2 h后释放速率最快。钙、镁释放曲线可用Parabolic、一级动力学、Richards和Bertallanffy方程进行拟合。其中Bertallanffy修正方程最适于描述煅烧白云石CaO释放的规律;Richards和Bertallanffy修正方程适于定量描述MgO的释放规律。由此可见,白云石煅烧后具有较高治酸潜力(总碱度)又有较大的治酸强度(短期累积碱度),并且能促进钙镁的释放,钙镁供肥量可用Richards和Bertallanffy修正方程预测预报。就粒径1～3 mm的白云石而言,煅烧1 h是增加其总碱度的经济煅烧时间,但是促进其快速裂解、提高其治酸强度和钙镁有效性的最佳煅烧工艺是850℃和2 h。     

低温水热法制备竹生物炭及其对有机物的吸附性能

竹是一类常见的生物质资源,竹加工中产生的废弃物是制生物炭的理想原料。该研究采用水热炭化法,在较低的水热温度下制备竹生物炭,并通过Na OH浸泡和N2氛围下高温煅烧2种方法,对竹生物炭进行进一步改性,所得产品用于去除水溶液中2-萘酚和刚果红。结果显示:仅采用水热炭化得到的竹生物炭产品得率大于54%,表面官能团丰富,均能吸附水溶液中的2-萘酚和刚果红,其中160℃3 h下制备的样品对2-萘酚吸附效果最好,200℃7 h下制备的样品对刚果红吸附效果最好;改性处理会降低终产品得率并影响表面官能团,Na OH浸泡改性处理能增加竹生物炭对2-萘酚和刚果红的吸附容量,N2氛围下高温煅烧改性则不能提高竹生物炭对这2种物质的吸附效果。研究结果可为废弃生物质制炭及生物炭在水污染物吸附分离中的应用提供参考。     

魔芋葡甘聚糖酯化改性产物对空气中SO2吸附及抑菌效果研究

以魔芋葡甘聚糖为原料,分别采用苯甲酸、醋酸和没食子酸对魔芋葡甘聚糖进行酯化改性,研究了改性pH值、温度及改性处理时间对改性产物吸附空气中SO2和抑菌效果的影响,优化了改性工艺参数,得到了有较好使用效果的天然的有机大分子空气净化材料.研究结果表明:当采用苯甲酸为魔芋葡甘聚糖酯化改性剂时,改性产物对空气中的SO2吸附效果和抑菌作用效果优于使用醋酸和没食子酸的改性产物.其改性处理温度50℃,反应时间2 h,pH值3,改性反应产物对空气中SO2的吸附率可达98.7%,抑菌率可达到86.3%.     

天然沸石对猪场厌氧发酵液中氨氮吸附作用的试验研究

为达到利用人工湿地处理高氨氮污水的目的,采用天然沸石作为人工湿地基质,对比研究了天然沸石对NH4Cl溶液和猪场厌氧发酵液中氨氮的等温吸附特征、吸附动力学过程,考察了吸附时间、氨氮初始浓度、沸石用量对沸石吸附氨氮的影响。结果表明,Freundlich方程较Langmuir方程能更为准确地描述天然沸石对两种水质中氨氮的等温吸附特征;在两种水质中,单分子层饱和吸附量分别为16.20mg·g-1和3.85mg·g-1。天然沸石对氨氮的吸附作用受吸附时间、氨氮初始浓度及沸石用量影响较大,在两种水质中,沸石对氨氮的吸附过程在0～8h内均随时间显著上升,到48h时达到吸附平衡;当采用NH4Cl溶液时,初始氨氮的浓度由10mg·L-1增加到500mg·L-1时,平衡吸附量由0.19mg·g-1增加到5.91mg·g-1;当采用猪场厌氧发酵液时,初始氨氮的浓度由39.4mg·L-1增加到502.9mg·L-1时,平衡吸附量由0.63mg·g-1增加到3.20mg·g-1;增加沸石用量,可以提高氨氮的去除率,但单位质量沸石的氨氮吸附量随之降低。准二级动力学可以很好地描述天然沸石吸附两种水质中氨氮的动力学过程;由模型得出的天然沸石对氨氮的平衡吸附量与试验所得最大吸附量偏差范围分别为5%～11%和2.9%～5.4%。     

活性炭脱除模拟沼气中H2S的动态试验

利用动态试验,以模拟沼气为研究对象,研究了进气中H_2S的浓度、进气流速、吸附剂质量及吸附剂粒径等因素对吸附柱穿透时间及穿透吸附容量的影响。研究结果表明,提高进气中的H_2S浓度和进气流速,增加活性炭的粒径可以有效地缩短穿透时间。当其他试验条件保持不变时,进气中H_2S的体积分数分别为0.0124%和0.0454%时,其对应的穿透容量分别为1.20和1.86 mg/g;进气速度为0.15 L/min时的穿透容量为0.30 L/min时的1.6倍;粒径0.84~2.00 mm时的穿透容量只有0.42~0.84 mm时的58%。因此,提高活性炭对H_2S的穿透吸附容量可以通过提高进气中H_2S的浓度,降低进气速度、减小活性炭的粒径等方法实现。通过Bangham吸附速率方程的模拟可知,未经改性的活性炭对H_2S的吸附行为同样符合Bangham吸附速率方程。该研究可为未改性活性炭沼气脱硫装置的放大和实际应用提供参考。     

铁锰镁离子改性生物炭对溶液硝态氮的吸附性能研究

为突破生物炭对硝态氮吸附的局限性,以花生壳为原料,在600℃条件下热解制备生物炭(BC),分别用FeCl₃、MnCl₂、MgCl₂对其进行金属负载改性(BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg),设计批量吸附试验,结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等进行表征分析。结果表明,铁、锰、镁离子改性使生物炭的比表面积增大6.67~12.16倍,孔容增加3.30~6.00倍,并显著增强了对硝态氮($\text{NO}_{3}^{-}$-N)的吸附性能(P<0.05),吸附量较BC增加11.5%~17.1%,BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg对$\text{NO}_{3}^{-}$-N的最大吸附量分别为41.58、39.04、39.58 mg·g^-1,铁、锰、镁离子与炭的最佳质量比分别为0.80、0.20、0.20,铁离子改性效果最好;酸性条件有利于改性生物炭对$\text{NO}_{3}^{-}$-N的吸附,吸附动态符合Langmuir方程(R²=0.935~0.961),吸附过程符合准一级动力学方程(R²=0.971~0.980)。综上,通过金属离子改性,增大了生物炭的比表面积和孔容,优化了表面结构。此外,改性生物炭表面的含氧官能团和金属离子能通过形成氢键或静电作用吸附$\text{NO}_{3}^{-}$-N,进而增强对$\text{NO}_{3}^{-}$-N的吸附能力。本研究结果为生物炭吸附材料的制备及吸附性能优化提供了理论依据。