互花米草厌氧发酵渣活性炭处理含镉废水的研究

采用静态吸附法,进行磷酸活化法不同剂料质量比（0.5～3.0）及活化温度（400～700℃）条件下制备的互花米草厌氧发酵渣活性炭对镉的吸附性能研究,考察不同初始浓度条件下活性炭对镉的平衡吸附量,旨在以吸附法治理含镉废水,探索吸附机理、影响因素、除镉吸附剂的最佳制备条件以及活性炭物化性质对镉吸附性能的影响。结果表明,镉的吸附性能与活性炭的制备条件有关,随着活化温度的升高,镉的吸附量逐渐增大,主要是因为高温条件下活性炭表面PO34-充当活性位点,促进镉的吸附。当剂料质量比为1.0,活化温度为700℃时,制备出的活性炭对镉的吸附性能最好,其最大吸附量可达38.91mg·g^-1,远远高于商业活性炭。镉的吸附量随着溶液初始浓度的增加而增大,吸附等温线符合Langmuir方程。溶液pH和活性炭表面化学性质是决定镉吸附量大小的决定性因素,当溶液pH在2～4时,各活性炭对镉的吸附能力随pH的增加而增加。本文为含镉废水的处理提供了一种低价高效的方法。     

低氧烟道环境制备污泥活性炭

为降低污泥制备活性炭的成本,以高温低氧烟道气为媒介,研究了活化时间、温度、蒸气含量以及氧含量对污泥活性炭性能的影响规律,结果表明：活化温度、活化时间及水蒸气流量的最佳值分别为800°C、90 min和34.8%,该条件下污泥活性炭比表面积、产率、甲基橙及亚甲基蓝吸附值分别为：246.3 m2/g、46%、14.8 mg/g、18.1 mg/g。因而,高温低氧烟气直接用于物理活化法制备污泥活性炭,活化气量（水蒸汽）不够,产品活性炭的性能差,活化温度高达800°C,运行成本仍偏高。将湿污泥用ZnCl2按1∶1浸渍16 h后活化炭化,在活化温度、活化时间、氧含量分别为550°C、90 min、2%时,污泥活性炭的产率为59%,其比表面积和亚甲基蓝吸附值分别达516.1 m2/g和129.8 mg/g,孔体积为0.29 cm3/g,微孔体积为0.16 cm3/g,平均孔径为3.95 nm,性能较好。氧气能促进活性炭微孔的形成与发展,最佳的氧含量为2%~4%。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比,氧含量为4%时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82%,亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。该研究表明：高温烟气作为热源、保护气和活化气,结合化学活化法,可将脱水湿污泥直接制成污泥活性炭。该结果可为低成本制备污泥活性炭、实现污泥处理的资源化利用提供一定的参考。     

高酸度芦苇活性炭的制备及其吸附性能

为实现湿地植物资源化,解决重金属废水难处理问题,本文采用青贮活化法制备高酸度湿地植物质活性炭作为吸附材料去除废水中重金属离子镍Ni(Ⅱ)和镉Cd(Ⅱ),通过XRD、N2吸附/脱附、Boehm滴定和元素分析等表征方法,探究湿地植物在青贮过程中结构变化,以及高酸度活性炭比表面积、孔径结构、官能团数量及表面元素。通过批次实验,研究活性炭对重金属离子镍和镉吸附特性,用Langmuir和Freundlich模型对实验数据进行拟合。结果表明:青贮活化法能够有效地提高活性炭的表面酸度,从而提升对重金属离子的吸附能力。通过吸附实验,高酸度活性炭对Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附过程可以用Langmuir模型进行很好的描述,并且活性炭对重金属离子的吸附过程主要由化学吸附控制。     

文冠果壳基活性炭制备工艺优化与性能表征

文冠果壳为文冠果榨油后的废弃物,为避免环境污染,充分利用这种废弃物制成高附加值的活性炭,该研究以文冠果壳为原料,采用磷酸活化法制备活性炭,以固液比、磷酸浓度、活化时间和活化温度为自变量,活性炭的碘吸附值为因变量,经响应面试验优化制备工艺,探究文冠果壳活性炭的吸附性能。结果表明,通过响应面试验优化得到最佳工艺条件：固液比1∶1 g/mL,磷酸浓度71%,活化时间158 min,活化温度540℃,此时碘吸附值为(1 127.377±2.406) mg/g,与预测的碘吸附值误差仅为0.390%。与文冠果壳相比,经活化得到的活性炭水分和灰分明显降低,C元素质量分数升高至69.702%;活性炭的比表面积为841.438 m²/g,总孔容为0.593 cm³/g,平均孔径为4.361 nm,孔隙结构发达,主要以介孔为主,且官能团主要为羰基。因此可以用文冠果壳制备出吸附性能好的活性炭,该结果可为磷酸活化法制备文冠果壳基活性炭的工业化生产提供一定参考。     

炭活化一步法制备豆渣基极微孔活性炭

鉴于以含氮生物质为原料,采用炭化碱活化两步法制备掺氮活性炭的工艺较长,该研究以大豆渣为原料,K2CO3为活化剂,尝试采用炭活化一步法制备含极微孔的掺氮活性炭,并考察活化温度对活性炭化学组成、孔结构及低压CO2吸附性能的影响。研究表明,该方法可用于制备富含极微孔的掺氮活性炭。当活化温度从560℃升高到650℃时,1)活性炭的氮元素皆均匀分布在体相及表面,其质量分数(4.1%~4.4%)变化不大,而其化学状态发生变化;2)比表面积、总孔容、微孔孔容均呈单调递增,但极微孔孔容先增大后减小。活化温度为600℃的样品,极微孔孔容较大(0.13 m L/g),极微孔主要集中在0.42~0.70 nm,微孔孔容、总孔容、比表面积分别为0.40 m L/g、0.43 m L/g、948 m2/g。该样品在10 k Pa、0℃下的CO2吸附量达1.94 mmol/g,CO2/N2表观选择性为41.6,说明它对低压CO2能同时展现出较高的吸附量及表观选择性。该研究为含氮活性炭的便捷制备提供了参考。     

稻草秸秆活性炭的制备及其表征

利用廉价的农业废弃物稻草秸秆,选择磷酸氢二铵为活化剂在不同的活化温度和预氧化条件下来制备活性炭。应用N2吸附－脱附等温曲线对产品表面孔结构进行表征,采用热重分析来研究稻草秸秆的活化过程。结果表明,同其他处理方法相比,先浸泡后预氧化处理并在700℃下活化制得的样品不但有最大的比表面积（1078．21m^2·g^-1）,其得率和碘吸附值也最大,分别为39．75％和636mg·g^-1热重分析表明磷酸氧二铵的浸泡可以增加稻草秸秆的热稳定性。不论是否经过预氧化,制得的样品平均孔径在2-3nm。（NH4）2HPO4的浸泡可以明显地增加样品的比表面积从而增加其吸附性能。     

甘蔗渣制取活性炭的强度和稳定性研究

以甘蔗渣为原料,采用ZnCl2活化的方法制取生物活性炭。通过对比得率和碘值,优化了制取活性炭的活化剂浓度、炭化温度和炭化时间,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和比表面积测定等仪器分析试验,探讨了活性炭制取过程中对强度和吸附稳定性的主要影响因素。结果表明,制取吸附稳定性好、强度高的活性炭优化条件为：活化剂ZnCl2浓度为2.0 mol·L^-1,活化剂与甘蔗渣的质量比为5∶1,活化时间为24 h,炭化温度为500 ℃,炭化时间为50 min,以N2作为保护气,流量为2.5 L·min-1。在上述条件下制得的活性炭的碘值为510 mg·g^-1,得率为35.4%,比表面积为653 m^2·g^-1,均孔径为2.4 nm,孔体积为 7.1×10^-2 cm^3·g^-1,可广泛应用于各种水处理领域。     

稻壳炭提取SiO2及制备活性炭联产工艺

为了利用气化发电的固体产物稻壳炭,通过单因素试验,研究了稻壳炭同时提取二氧化硅及制备活性炭工艺技术,得出优化的工艺条件:质量分数20%的K2CO3溶液与稻壳炭原料的液固比为15mL/g,煮溶温度100℃,煮溶时间3.5h;稻壳炭的炭化温度是450℃,活化温度850℃,活化时间2h;SiO2的陈化温度为3℃、陈化时间3h。此条件下制备的稻壳基活性炭得率39.34%、碘吸附值978.35mg/g、亚甲基兰吸附值12mL/0.1g;二氧化硅得率25.77%、白度89.91%。试验表明该工艺制备出的稻壳基活性炭及二氧化硅产品的质量均达到了国家标准的要求,同时为稻壳炭的高效、无公害及资源化利用提供了一条可循的途径。     

油茶壳热解产物特性及热解炭制备活性炭工艺优化

为了探究热解终温对油茶壳热解产物特性的影响,实现油茶壳热解多联产产物的有效利用,该文研究了油茶壳300～700℃热解过程中气、液、固的得率,特性和能量分布规律,讨论了油茶壳热解炭制备活性炭的工艺条件。研究表明,随着热解终温的升高,生物质炭得率下降,不可凝气体得率上升,生物质油得率则呈现先上升后下降的变化趋势。生物质炭的能量产率高达47.21%～81.59%,是油茶壳热解的主要产物,随着热解终温的升高,其固定碳含量增大,BET比表面积先增加后减小,在600℃达到最高值278 m2/g。油茶壳活性炭制备的最佳工艺条件活化温度850℃,活化时间1.5 h,水蒸气用量与炭的比2.0,此条件下的活性炭得率为37.47%,碘吸附值为825 mg/g,BET比表面积为736 m2/g。该研究为油茶壳热解多联产工艺及产物的综合有效利用提供参考依据。     

不同生长期互花米草的理化特性及厌氧发酵特性

为了解不同生长阶段互花米草的理化特性及厌氧发酵性能,找出互花米草的最佳收获期,进行了不同生长阶段互花米草的中温厌氧消化试验。结果表明,随着生长期的延长,互花米草中易分解有机物含量下降,木质纤维素含量增加,木质纤维结构发育逐渐成熟,坚韧度增加,纤维素的结晶度提高,C/N增加,互花米草的可生物降解性能降低,但由于金属阳离子含量降低,对厌氧微生物产生抑制的风险降低。互花米草直接厌氧发酵的厌氧生物转化率较低,最高的为5月份采收的互花米草,为42.55%,最低的为11月份采收的互花米草,仅为18.76%。从互花米草生物量以及产气稳定性等角度综合考虑,选择8月份作为互花米草的最佳采收时期。     

Preparation of Activated Carbon from Sugarcane Bagasse Soot and Methylene Blue Adsorption

Sugarcane bagasse soot is an agro-industrial residue rich in carbon that can be transformed into value-added materials, such as activated carbons. Therefore, this work aimed at producing activated carbon from sugarcane bagasse soot, using CO₂ at 800, 850, and 900 °C, and investigating its efficiency to adsorb methylene blue as model contaminant. The results showed that the surface area and pore volume increased in the obtained carbons, with high specific areas (up to 829 m²/g), and the isotherms of the N₂ adsorption describe mesoporous materials. The morphology of the prepared activated carbons showed that sugarcane bagasse soot and the activated carbons kept the fibrous structure of sugarcane bagasse, but after activation, they have cavities that resemble a honeycomb. Adsorption studies with methylene blue dye showed that the activation process resulted in adsorption capacities up to 11 times higher than sugarcane bagasse soot, which is comparable with commercial activated carbon. Dye adsorption kinetics could be described by a pseudo-second-order dependency in the studied materials, and the adsorption isotherms were better fitted by the Langmuir model. It is emphasized that cost-effective materials that are similar to commercial activated carbon were obtained.     

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。     

铜尾矿对水溶液中磷的吸附与解吸

为研究铜尾矿作为吸附剂对水溶液中磷的吸附与解吸,从铜陵尾矿库采取尾矿样本,以其作为吸附材料对KH2PO4配制的水溶液进行吸附,用比色法测定磷的平衡浓度,然后计算平衡吸附量和解吸量。结果表明,Langmuir和Freundlich等温吸附方程能够较好地描述铜尾矿对水溶液中磷的吸附过程;尾矿废弃物对水溶液中磷酸根的吸附量与尾矿样本中游离氧化铁、晶质氧化铁、有机络合铁含量以及烧失量呈极显著正相关,而与pH呈极显著负相关;各种植物群落下A层尾矿对磷的吸附量低于C层,尾矿对水溶液中磷的平均最大吸附量超过0.85 mg.g-1,铜官山老尾矿库白茅群落下硬盘层对水溶液中磷的平均最大吸附量达到8.66 mg.g-1,被铜尾矿吸附的磷的平均解吸率低于5%。     

Equilibrium, Kinetics and Mechanism of Removal of Methylene Blue from Aqueous Solution by Adsorption onto Pine Cone Biomass of Pinus radiata

The kinetics and mechanism of methylene blue adsorption onto raw pine cone biomass (Pinus radiata) was investigated under various physicochemical parameters. The extent of the methylene blue dye adsorption increased with increases in initial dye concentration, contact time and solution pH but decreases with the amount of adsorbent, salt concentration and temperature of the system. Overall the kinetic studies showed that the methylene blue adsorption process followed pseudo-second-order kinetics among various kinetic models tested. The different kinetic parameters including rate constant, half-adsorption time and diffusion coefficient are determined at different physicochemical conditions. Equilibrium data were best represented by Langmuir isotherm among Langmuir and Freundlich adsorption isotherm. The maximum monolayer adsorption capacity of pine cone biomass was 109.89 mg/g at 30°C. The value of separation factor, R _L, from Langmuir equation and Freundlich constant, n, both give an indication of favourable adsorption. Thermodynamic parameters such as standard Gibbs free energy (?G ⁰), standard enthalpy (?H ⁰), standard entropy (?S ⁰) and the activation energy (A) were calculated. A single-stage batch absorber design for the methylene blue adsorption onto pine cone biomass has been presented based on the Langmuir isotherm model equation.     

玉米秸秆生物炭对Cd（Ⅱ）的吸附机理研究

以玉米秸秆为原料,在350℃和700℃热解温度下分别制备了两种生物炭（BC350和BC700）,并对其理化性质进行了表征。在700℃下制备的生物炭芳构化程度更高,疏水性更强,比表面积更大,孔结构发育更加完全。研究Cd（Ⅱ）在两种生物炭上的吸附发现,Two-site Langmuir吸附等温模型比One-site Langmuir吸附等温模型能更好描述Cd（Ⅱ）在生物炭表面的吸附。BC700对Cd（Ⅱ）的吸附容量大于BC350,解吸率远小于BC350,吸附效果更好;离子交换和阳离子-π作用两种吸附机理同时存在并共同作用,前者分别占BC350和BC700总吸附容量的13.7%和1.1%,后者分别占86.3%和98.9%,阳离子-π作用是最主要的吸附机理。红外光谱FTIR分析表明,生物炭表面的含氧官能团和π共轭芳香结构分别提供不同机理的吸附位点。由于具有更多的离子交换位点,BC350对Cd（Ⅱ）吸附受pH影响较BC700更大。     

活性污泥胞外聚合物（EPS）对Pb~（2＋）吸附性能的研究

以活性污泥中提取的胞外聚合物（EPS）作为吸附剂,考察了pH、EPS投加量及温度对Pb2＋吸附效果的影响,通过响应面法对其吸附条件进行优化,并对其热力学吸附特征和吸附动力学进行了探讨。研究结果表明,EPS对Pb2＋的最佳吸附条件组合为：温度35℃,pH4.2,m（EPS）：m（Pb2＋）=2.5：1,在此条件下Pb2＋实际去除率达到89.16%。EPS对Pb2＋的吸附等温线能较好地用Langmuir方程和Freundlich方程来描述,但更适合用Langmuir方程拟合,3种不同温度下（20、30、40℃）最大单分子层吸附量分别为0.9229、1.0129、1.1191mg·mg-1。EPS对Pb2＋的吸附过程可以用准二级动力学方程描述,并在240min达到吸附平衡,平衡时理论最大吸附量为0.45mg·mg-1。     

巯基修饰和胡敏酸包裹纳米Fe3O4颗粒的制备及其对溶液中Pb2＋Cd2＋Cu2＋的吸附效果研究

采用改进的化学共沉淀法制备纳米Fe3O4颗粒,利用3-巯丙基三乙氧基硅烷（MPTES）和胡敏酸（HA）对所制备的纳米Fe3O4进行巯基修饰和胡敏酸包裹,通过红外光谱（IR）、X射线衍射分析（XRD）等方法对上述制备的纳米颗粒的性质进行了表征,同时对上述不同的纳米Fe3O4颗粒在恒温下对水体中金属离子（Pb2＋、Cd2＋、Cu2＋）的吸附进行了研究。结果表明,所制备的功能化前后的纳米Fe3O4纯度较高,平均粒径约为20～30nm,且分布均匀。不同纳米型Fe3O4颗粒对溶液中金属离子具有较好的吸附性能,其吸附等温线均可以用Langmuir方程进行较好的拟合;裸露的纳米Fe3O4颗粒对Pb2＋最大吸附量（b）达到172.4mg·g-1,经过胡敏酸包裹后的纳米Fe3O4颗粒对Cd2＋、Cu2＋的最大吸附量分别增加了75.8%和231.5%;对不同金属离子而言,裸露的和巯基修饰的纳米Fe3O4对3种重金属离子的吸附能力的强弱为Pb2＋〉Cd2＋〉Cu2＋,而经胡敏酸包裹后的顺序则为Pb2＋〉Cu2＋〉Cd2＋;与裸露的和巯基修饰的纳米Fe3O4相比,经HA包裹的纳米Fe3O4对Cd2＋和Cu2＋具有较高的吸附量和吸附亲和力参数,而对Pb2＋的吸附无显著性差异。     

Activated Carbon Produced from Waste Wood Pallets: Adsorption of Three Classes of Dyes

Activated carbon was derived from waste wood pallets in Hong Kong via phosphoric acid activation and applied to adsorption of basic dye (methylene blue), acid dyes (acid blue 25 and acid red 151), and reactive dye (reactive red 23). The results showed that respective adjustment in phosphoric acid concentration, impregnation ratio, activation temperature, and activation time could maximize the surface area and pore volume of activated carbon. An increase of impregnation ratio or activation temperature significantly influenced the pore size distribution by expanding the porous structure and creating more macropores than micropores. The characterization of the carbon surface chemistry using Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, however, revealed a decrease in the amount of several functional groups with increasing activation temperature. The physical properties (surface area and pore volume) of the wood waste-derived activated carbon (using 36% phosphoric acid with an impregnation ratio of 1.5 at an activation temperature of 550°C for 1.5 h) were comparable to those of commercial activated carbon (Calgon F400). The contrasting pH effects on the adsorption of different classes of dyes signified the importance of both electrostatic interaction and chemical adsorption, which correlated to pH-dependent dissociation of surface functional groups. It is noteworthy that the physical properties of activated carbon were insufficient to account for the observed dye adsorption behavior, whereas the surface chemistry of activated carbon and the nature and chemical structure of dyes were more important. The fast kinetics and high capacity of dye adsorption of wood waste-derived activated carbon suggest that production of activated carbon from different types of wood waste should merit further investigation.