褐煤基材料对Cd2+的吸附机制

为筛选稳定、高效、环境友好的重金属污染修复材料,利用批吸附试验研究了不同温度下褐煤、腐植酸、活性炭对镉（Cd²⁺）的吸附特征,采用非线性χ²检验辅助决定系数判断等温线模型拟合度,用红外光谱对材料功能团进行了识别。结果表明,Temkin模型能最好拟合3种材料对Cd²⁺的等温吸附过程,Langmuir和Freundlich模型也能较好拟合但与温度有关。吸附热力学参数表明,3种材料对Cd²⁺的吸附为优惠发生的物理吸附,并且是自发的吸热过程,3种材料与Cd²⁺之间均有较强的作用力。在温度294.55~313.15 K时腐植酸、褐煤和活性炭对Cd²⁺的最大吸附量分别为36.14~44.09、29.63~38.20 mg·g^-1和21.04~30.34 mg·g^-1,吸附量随温度升高而升高,吸附自由能随着温度升高而降低,说明升温吸附更容易发生。准二级动力学拟合数据最好,表明3种材料对Cd²⁺的吸附存在着化学过程。褐煤基活性炭和褐煤基腐植酸具有丰富的孔隙结构。红外光谱图表明腐植酸和褐煤较大的吸附量与其含氧功能团种类较多以及在波数2 360 cm^-1和2 342 cm^-1附近吸收峰有关。因此,褐煤基3种材料对Cd²⁺的吸附是自发的吸热过程,腐植酸对Cd²⁺的最大吸附量和吸附能力最大,用Temkin等温方程和准二级动力学曲线能最适宜描述褐煤基材料对Cd²⁺的吸附特征。     

冻融作用对土壤镉吸附特征的影响

选择东北地区棕壤为供试土壤,采用人工控温方法进行冻融处理(冻-融时间为12h-12 h,冻-融温度为-30℃-30℃),进行不同含水量和冻融频次处理下土壤镉的静态等温吸附试验和动力学等温吸附试验,并选择不同模型对吸附曲线进行拟合,研究冻融作用与土壤镉吸附特征之间的关系.结果表明:未冻融和冻融处理土壤对镉的吸附量均随着含水量的增加先增加后减少;冻融作用会增加土壤镉的吸附量,加快土壤镉的吸附速率;Henry模型和Temkin方程可以较好拟合土壤镉静态等温吸附曲线,双常数方程、Elovich方程和型曲线方程则可以很好拟合土壤镉动力学等温吸附曲线.     

互花米草生物炭的理化特性及其对镉的吸附效应

为确定制备互花米草生物炭的最优热解温度,并了解其对镉的吸附特性,以崇明东滩入侵种互花米草为原料,分析了不同热解温度下生物炭的稳定性、基本理化特性及其对镉的吸附能力,通过吸附动力学拟合、扫描电镜、红外光谱,研究互花米草生物炭对镉吸附特性及吸附前后生物炭的形貌及结构变化。结果表明,450℃热解15 min时制备的生物炭可达吸附平衡,吸附量最大为20.576 mg·g~(-1)。互花米草生物炭对镉的吸附满足二级动力学方程式,以化学吸附为主。电镜扫描镉吸附后互花米草生物炭发现粒状突起,红外光谱显示羟基、羧基等含氧官能团发生较大变动。由此可见,450℃制备的互花米草生物炭具有良好镉吸附效应,羟基、羧基等含氧官能团对生物炭吸附镉发挥主要作用,部分镉在生物炭表面发生表层吸附,且可能形成Cd2+复合体。     

不同温度下镉在典型农田土壤中的吸附动力学特征

吸附反应是重金属进入土壤后发生的重要过程,其直接影响着重金属的生物有效性。以我国12种典型农田土壤为实验材料,采用批次平衡法研究了镉在土壤中的吸附动力学特征,并采用动力学方程进行拟合。结果表明,在高、低两个温度条件下,镉在土壤中的吸附均存在两个不同的反应阶段,即快速吸附反应和慢速吸附反应阶段。25℃时,反应开始5min内的吸附量可达最大吸附量的72.69%以上,至0.5h时可达83.76%以上;40℃时分别可达最大吸附量的77.50%和87.02%。其中,快速吸附反应以化学吸附为主,慢速吸附反应则以物理吸附为主,以化学吸附为主的快速反应又主导着整个反应过程。不同类型农田土壤对镉的吸附动力学模型以Elovich模型较优。碱性土壤吸附速率和吸附量都高于酸性土壤,温度的升高也会促进土壤对镉的吸附速率和吸附量。pH是影响镉吸附速率的主要因子。     

谷壳对水中镉离子的吸附动力学及热力学研究

[目的]研究谷壳吸附水中镉离子的吸附过程及其影响因素。[方法]以间歇吸附的方式考察了溶液pH值、反应时间、反应温度、镉离子初始浓度等物化参数对吸附过程的影响,并对吸附过程进行动力学与热力学研究。[结果]吸附过程符合Langmuir吸附等温模式。谷壳对镉离子的吸附动力学模型较好地符合了准二级动力学方程。当反应温度为298 K,pH值为6,谷壳投加量为4 g/L,振荡速度为150 r/min,反应时间为30 min时,谷壳对镉离子的吸附效果最好。随着反应温度的升高,谷壳对镉离子的吸附加快。该吸附反应的焓变值为正,自由能变值为负。[结论]谷壳是处理镉废水的有效的低成本吸附剂,其吸附过程是自发的吸热反应。     

不同磷酸盐下红壤对镉离子的吸附-解吸特征

采用等温吸附法研究了红壤对镉离子的吸附特性,分析加入不同形态的磷酸二氢盐(磷酸二氢铵、磷酸二氢钾和磷酸二氢钙)对镉离子吸附-解吸特征的影响.结果表明,在加入镉浓度O～20 mg·L-1范围内,红壤对镉离子的吸附量随平衡液中镉离子浓度的升高而增加,吸附等温线符合Freundlich方程.土壤吸附镉离子后,在磷添加浓度为0-160 mg·L-1下,土壤对镉离子的等温吸附仍然符合Freundlich方程(R20.94),但磷酸盐对镉离子吸附具有明显影响;磷酸二氢钙使镉离子的最大吸附量降低了2.5%～7.9%,使镉离子的吸附率降低10%～20%,而磷酸二氢铵和磷酸二氢钾对镉离子的吸附特征无明显影响.随加入磷量的增加,3种磷酸盐下镉离子解吸量和解吸率均显著降低,解吸量降幅为15.8%～27.8%,解吸率降低了3.7%～9.5%;但在低镉时磷酸二氢钙对红壤镉离子的解吸率显著高于磷酸二氢铵和磷酸二氢钾.由于Ca2+与Cd2+之间存在较强的竞争吸附,使得磷酸二氢钙对红壤镉离子吸附-解吸的影响大于磷酸二氢铵和磷酸二氢钾.     

不同矿质胶体对镉的吸附动力学及热力学研究

[目的]为探讨镉在不同矿质胶体中的吸附机理,以期为镉的土壤环境行为提供科学依据。[方法]本文采用一次平衡法研究了4种矿质胶体(蒙脱石、高岭石、针铁矿和三水铝石)对镉的吸附动力学与热力学特征,并采用Lagergren一级动力学方程、Lagergren二级动力学方程、颗内扩散模型、Elovich模型对试验数据进行拟合。[结果]4种温度下矿质胶体对镉的吸附分为快反应和慢反应2个阶段,0~30min为快速反应阶段,4种矿质胶体吸附量达到饱和吸附量的90%以上,此后为慢反应阶段。随温度升高,4种矿质胶体对镉的吸附量减少。当温度由10℃升到40℃,蒙脱石、高岭石、针铁矿和三水铝石对镉的吸附量分别减少了:31.6%、58.5%、31.8%、72.4%。4种矿质胶体的吸附动力学均符合Lagergren二级动力学方程,吸附过程以化学吸附为主,且是由2个或多个过程控制。[结论]4种矿质胶体对镉的吸附均为放热反应,反应能自发进行。     

硅对不同pH水田土壤吸附-解吸镉的影响

为探讨硅对土壤镉吸附解吸特征的影响,在中和硅酸钠碱性和消除钠离子影响的基础上,进行了不同硅浓度下土壤对镉的等温吸附-解吸试验。结果表明:在试验条件下,Freundlich模型可更好地描述不同硅浓度下2种土壤对镉的吸附-解吸特征;随着加硅量的增加,碱性土壤吸附镉的数量逐渐降低,酸性土壤吸附镉的数量逐渐增加。加硅使碱性土壤方程的k值变小、n值变大,降低了镉的吸附容量却增大了吸附强度;酸性土壤方程的k值变大、n值变小,增加了镉的吸附容量却降低了吸附强度。2种土壤镉的解吸量均随着加硅量的增加而降低,加硅使滞后系数(Δk+Δn)增大,加剧了吸附-解吸过程中的滞后效应。     

两种秸秆生物炭对Cd的吸附特征研究

为探究两种作物秸秆生物炭对废水中镉的吸附,利用系统的吸附试验,分析稻秸秆与麦秸秆在不同温度下热解制得的生物炭对废水中镉的吸附性能和作用机理.结果 显示,600℃热解得到的稻秸秆生物炭对镉的吸附效果最好,理论最大单层吸附量可达250mg·g-i,吸附动力学研究显示在60m in内可将溶液镉浓度由101.60mg·L-1降低至2.65 mg·L-1,去除率达到97.39％.600℃下制得的稻秸秆生物炭对镉污染废水的快速净化主要是通过生物炭表面的物理吸附和化学作用共同完成的.     

生物铁锰氧化物的制备及其对Mn(Ⅱ)吸附特征研究

利用驯化获得的铁锰氧化混合细菌制备生物铁锰氧化物(BFMO),采用比表面积测定仪(BET)、扫描电镜(SEM-EDS)和傅里叶红外变换光谱(FT-IR)对所生成的BFMO进行表征,通过考察投加量和pH值对Mn(Ⅱ)吸附性能的影响,探究了BFMO对Mn(Ⅱ)的吸附机理。结果表明:BFMO具有较大的比表面积(79.22 m~2/g),孔体积为0.15 cm~3/g,表面含有许多含氧官能团,有利于Mn(Ⅱ)的吸附。SEM-EDS进一步表明生物铁锰氧化物中既含有铁锰氧化物,也有微生物菌体生成的细胞类物质。BFMO对Mn(Ⅱ)的去除效果较好,在pH值为7.0、投加量为2 g/L、固液比为1 g∶500 mL时,吸附量为16.43 mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,说明吸附过程主要由化学反应控制,属于多层吸附。     

贵州喀斯特农业土壤中镉的吸附解吸特性分析

镉(Cd)在农业土壤中的环境行为研究是国内外研究的热点。为镉在贵州土壤中的迁移规律和生态治理提供科学依据,采用批量平衡法,研究镉在贵州不同地区农田土壤中的吸附解吸规律。结果表明:镉在不同地区土壤中的吸附动力学过程为快速吸附、慢速吸附和平衡吸附3个阶段,24h后达到平衡,伪二级动力学模型能较好描述其动力学过程。9个地区土壤对镉的吸附均可用Freundlich模型较好地拟合,其吸附反应△G~o0,吸附反应自发进行,镉在土壤中的吸附-解吸过程存在滞后效应,存在一定环境风险。在不同pH条件下,土壤对Cd的吸附量随pH升高而增加,且溶液中Cd吸附量增加与其初始浓度呈正相关关系。     

MnOx负载生物质炭对Cu2+、Zn2+的吸附机理研究

为研究MnO_x负载稻秆生物炭对水溶液中Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附机理,以水稻秸秆为原料制备生物炭(RBC),并用不同浓度KMnO_4溶液改性RBC制备MnO_x负载生物炭(MRBC),在此基础上研究50%MRBC对Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附动力学、等温吸附-解吸、pH和投加量对其吸附的影响,结合扫描电镜、红外光谱表征分析吸附机理。结果表明:改性稻秆生物炭表面负载MnO_x,增大了吸附剂表面吸附位点,随KMnO4浓度升高能显著提高Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附效果,50%MRBC对其吸附效果最佳;吸附动力学遵循准二级动力学模型,240 min基本达到吸附平衡;吸附等温线符合Langumir模型方程。50%MRBC吸附重金属的机理可能为:含氧官能团与重金属离子络合作用;金属离子与π电子发生阳离子-π作用;无机矿质元素(K、Ca、Mg等)与金属离子交换形成矿物晶体。     

镉在针铁矿、针铁矿-腐植酸复合胶体中吸附解吸行为比较研究

采用批平衡试验法,比较研究了重金属镉在针铁矿和针铁矿-腐植酸复合胶体中的吸附热力学和动力学行为.结果表明,在试验浓度范围内,两种吸附剂对Cd2+的等温吸附特征均可用Langmuir、Freundlich和Linear方程加以描述.其中以Langmuir方程的拟合效果最佳,线性相关系数为:0.991、0.999,由此推导出的最大吸附量分别为41.667和45.455 mg·g-1,表明腐植酸与针铁矿复合胶体较单一针铁矿的吸附力有所提高,且所吸附的镉均难以解吸,平均解吸率分别为5.871%和1.068%.胶体对Cd2+的吸附是一个快速反应过程,4 h达到吸附平衡.Elovich方程是拟合吸附动力学过程的最优方程(相关系数分别为0.987和0.997).通过计算镉在针铁矿和针铁矿-腐植酸复合胶体中的吸附自由能变化量(△G的绝对值均＜40 kJ·mol-1),推测镉在两种胶体中的吸附为物理吸附过程,其吸附机理可能有氢键、偶极作用力和范德华力等作用,而不存在化学键合作用.     

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)。     

锰改性玉米秸秆生物炭吸附去除1,4-苯醌

采用恒温批处理平衡法研究生物炭热解温度、吸附剂质量、吸附质溶液初始p H值对锰改性玉米秸秆生物炭吸附1,4-苯醌的影响,并进行了动力学和热力学分析。经Mn SO4改性的玉米秸秆生物炭明显提高了对1,4-苯醌的吸附去除能力,同时热解温度的升高能大幅度提高其吸附能力,当吸附剂质量为20 mg时,1,4-苯醌的吸附量和去除率为最佳值。p H=8.0时吸附量最高,达到75.977 mg/g。准二级动力学模型能够更好地描述该吸附过程,其控制步骤为化学吸附。等温吸附试验结果表明,锰改性玉米秸秆生物炭吸附1,4-苯醌的机理主要以多分子层吸附为主,伴随表面单分子层吸附。     

改性橙皮对水溶液中Fe2+的吸附性能

以橙皮作为吸附剂研究了橙皮对Fe2+的吸附性能.探讨了溶液pH、初始浓度、投加量及温度等因素对Fe2+吸附效果的影响,采用正交试验法得出橙皮对Fe2+的最佳吸附条件,并对吸附过程进行动力学与热力学研究.结果表明,吸附过程符合Langmuir吸附等温模式,橙皮对Fe2+的吸附动力学模型符合准二级动力学方程.当pH为5、温度为50℃、投加量为8 g/L、溶液的初始浓度为10 mg/L时,橙皮对Fe2+的吸附效果最佳,废水的pH对吸附效果的影响最大,溶液的初始浓度和吸附温度次之,吸附剂的用量影响最小.     

稻壳炭的制备及其对尿素态氮的吸附特性

为探索热解稻壳生物炭对尿素态氮的吸附特性,采用自制的无轴螺旋连续热解装置制备了热解温度分别为350、450、550℃和650℃的稻壳生物炭(RHB),研究了热解温度对RHB各项理化特性的影响规律,及其对水溶液中尿素态氮的吸附能力,并用吸附动力学模型和吸附等温线模型对尿素态氮的吸附过程进行拟合,结合吸附前后RHB的微观形貌特征,探讨了RHB对尿素态氮的吸附机制。结果表明,RHB的BET比表面积及孔容均随着热解温度的升高而逐渐增大,而平均孔径则逐渐减小;与热解温度为550℃和650℃制得的RHB相比,350、450℃制得的RHB保留了更多数量的酸性含氧有机官能团。650℃制得的RHB对尿素态氮的吸附能力更强(350℃和650℃RHB的平衡吸附量分别为30.59 mg·g~(-1)和33.16 mg·g~(-1)),等温吸附模型拟合及吸附动力学拟合结果表明,RHB对尿素态氮的吸附过程可用Langmuir-Freundlich模型和Elovich模型描述,其对尿素态氮的吸附同时受到物理吸附和化学吸附的作用。RHB对尿素态氮的吸附过程为尿素分子首先通过自由扩散运动穿透液膜表面抵达RHB颗粒表面,并与RHB表面的官能团吸附位点发生化学吸附反应,然后尿素分子从RHB颗粒外表面进入到内部的复杂多孔结构中并被"封锁"于孔隙内部,之后逐渐趋于动态平衡。不同热解温度制得的RHB的吸附机制表现为低热解温度RHB通过表面含氧官能团与尿素分子形成氢键发生化学吸附,而高热解温度制得的RHB通过形成更多的复杂孔隙结构与尿素分子发生物理吸附。     

有机肥腐殖酸对Pb2+的吸附性能

提取以羊粪为原料发酵腐熟的有机肥腐殖酸,研究投加量、溶液pH值对其吸附Pb2+的影响,同时运用准一级、准二级和Elovich吸附动力学模型对数据进行拟合,通过Langmuir和Freundlich方程对等温吸附过程进行拟合.结果表明:有机肥腐殖酸对Pb2+的饱和吸附时间为30 min,最佳的投加量为0.3 g,pH值为6,吸附率达93.39％,理论最大吸附量为36.232 mg/g.准二级动力学吸附方程能够更好地描述有机肥腐殖酸对Pb2+的吸附过程,Langmuir模型能更加准确地反映吸附过程;同时,随着温度的升高有机肥腐殖酸对Pb2+的吸附量也随之增加,说明吸附过程以物理吸附为主.     

小麦秸秆对农田土壤中重金属Cu吸附的影响

以河南省郑州市郊区的土壤和秸秆为材料,利用化学定量分析等方法,研究中原地区农田土壤在添加秸秆的情况下对重金属Cu的吸附影响,考察秸秆投加量、温度和吸附时间等因素对土壤中重金属Cu的吸附影响,确定了一定浓度范围内土壤对重金属Cu的等温吸附模型,从中发现秸秆对农田土壤中重金属Cu的吸附影响规律。研究结果表明:秸秆含量的增加、温度的提升、吸附时间的延长均能促进土壤中重金属Cu的溶出,降低土壤对Cu的吸附固定能力;其动力学特征和等温吸附线可以用Elovich动力学模型和Langmuir方程较好地拟合。     

镉在针铁矿、腐殖酸及其复合胶体上吸持行为比较研究

采用批平衡实验法,比较研究了重金属镉在针铁矿、腐殖酸及针铁矿-腐殖酸复合胶体中的吸附热力学和动力学特征.结果表明,在试验浓度范围内,3种吸附剂对Cd2+的等温吸附特征均可用Langmuir、Frcundlich和Linear方程加以描述.其中以Langmuir方程的拟合效果最佳,线性相关系数为:0.991、0.996、0.999,由此得出的最大吸附量分别为41.67、38.46、45.46mg/g,表明针铁矿.腐殖酸复合胶体较两者单一体系的吸附力有所提高,且所吸附的镉难以解吸,平均解吸率分别为5.871%、5.918%、1.068%.3种吸附剂对Cd2+的吸附可分为2个阶段,即吸附开始4h内的快速反应阶段和此后的慢速反应阶段,在前4h的快速吸附阶段,吸附量可达到平衡吸附量的900%～95%.