响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.     

石墨烯凝胶电极的制备及电吸附Pb2+的性能

电吸附去除水中重金属离子具有吸附容量高和电极可再生的优点.本文采用高温水热法还原氧化石墨烯(GO)得到石墨烯水凝胶(GS)并经压片制得GS电极.本文对GS电极的电化学性能进行了测试,考察了GS电极电吸附Pb~(2+)的动力学和热力学特性,以及电极的脱附和循环使用情况.结果表明,GS电极的电化学性能优异,其单位质量比电容高达200.4 F·g~(-1)(1 A·g~(-1));提高电压有利于GS电极电吸附Pb~(2+),电压为-1.2 V时,GS电极对Pb~(2+)的去除率达96.4%;GS电极电吸附Pb~(2+)的饱和吸附量达461.20 mg·g~(-1),是不加电时饱和吸附量的2倍;施加反向电压可以实现Pb~(2+)的脱附和电极再生,电吸附-脱附15次后,电极对Pb~(2+)的去除率保持在95%以上.     

铜绿假单胞菌对铜和铅的吸附

研究了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)对Cu和Pb的吸附特性.结果表明,相同条件下,该菌株对Cu~(2+)的吸附率低于Pb~(2+).对于单一重金属体系,吸附率均随时间的延长先上升后平稳变化,2 h达到稳定.吸附率随投菌量的增加先迅速增加,之后趋于平稳.对于Cu~(2+),投菌量为1 g·L~(-1)时吸附率达到稳定,而Pb~(2+)的吸附效果达到平稳时的投菌量为0.5 g·L~(-1).单位质量菌体对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附量随投菌量的增加而下降.pH为3时,菌体的吸附效果较差,当pH为5~8时,2种重金属的吸附效果较高.对于活菌,Pb~(2+)对菌体吸附Cu~(2+)有抑制作用,而Cu~(2+)对菌体吸附Pb~(2+)的影响无明显规律.对于失活菌,P.aeruginosa吸附Pb~(2+)和Cu~(2+)的效果均随共存重金属浓度的增大而降低,但Cu~(2+)对Pb~(2+)的影响比Pb~(2+)对Cu~(2+)的影响更显著.扫描电镜观察发现,吸附后的菌体较吸附前聚集性更好.总体而言,P.aeruginosa能对水体中共存的Cu~(2+)和Pb~(2+)有较好的吸附效果.     

新型钛酸钠填料对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附研究

以钛酸钠纳米纤维为原材料制备新型钛酸钠填料,对水体中常见的重金属(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+))进行竞争吸附实验研究,分析了四元、三元及双组分竞争吸附的选择性吸附特性,并探讨了4种金属离子在钛酸钠填料上的相互作用关系.结果显示,初始浓度较低时,4种离子之间的相互影响差异性不明显;随着初始浓度的升高,4种离子的竞争吸附分配系数都呈下降的趋势,竞争吸附系数大小顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),这与重金属离子的第一水解常数大小顺序一致.竞争吸附结果表明,水中存在Pb~(2+)时,其余3种离子的吸附都会被抑制,尤其对Zn~(2+)和Cd~(2+)的抑制更显著,即在钛酸钠填料上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Zn~(2+)和Cd~(2+)的竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制.     

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.     

超声/Fe0/EDTA体系对印染污泥中多环芳烃的降解

Fe~0/EDTA类芬顿体系能产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH),已被广泛应用于有机污染物的去除.提高·OH的生成速率和浓度是高效降解有机污染物的关键.因此,本文利用超声/Fe~0/EDTA体系处理印染污泥,探讨了不同反应参数对体系中产生·OH的影响,考察了该体系对印染污泥中多环芳烃(PAHs)的去除效果.结果表明,在pH为3.0,超声功率为540 W,Fe~0投加量为15 g·L~(-1),EDTA浓度为2.0 mmol·L~(-1)的最佳条件下,·OH浓度高达862μmol·L~(-1).印染污泥中的铁絮凝剂可作为超声/Fe~0/EDTA体系中Fe~(2+)和Fe~(3+)的来源,促使该体系循环产生H_2O_2和·OH.超声/Fe~0/EDTA体系产生的·OH能快速有效地降解印染污泥中的PAHs,∑_(16)PAHs的平均去除率达到77%,同时有机质含量下降了10.1%.     

高分子重金属絮凝剂MAC除Cu2+、去浊性能

以壳聚糖、巯基乙酸等为原料合成了一种新型高分子重金属絮凝剂巯基乙酰壳聚糖(MAC),研究了其除Cu2 与去浊的机理,并对几个因素做了考察.实验结果表明:①MAC具有除铜与去浊的性能,当MAC与HPAM复配时,效果优于单独使用MAC,Cu2 去除率可达98%以上;②用MAC处理Cu2 和浊度共存的体系时,废水中的重金属离子和致浊物质可以起到相互促进去除的作用,出水中[Cu2 ]＜0.5mg·L-1,浊度＜3NTU;原水浊度越大,越有利于Cu2 的去除;③Cu2 的去除率随原水pH值的增大而提高,浊度的去除率则反之.     

高分子重金属絮凝剂ISXA与ISX除浊、除Ni2+性能的比较研究

以交联淀粉、丙烯酰胺、CS2、NaOH等为原料,在一定条件下合成了一种新型高分子重金属絮凝剂不溶性淀粉黄原酸酯-丙烯酰胺接枝共聚物(ISXA).比较了它与不溶性淀粉黄原酸酯(ISX)的除浊、除Ni2 性能,探讨了各自的作用机理,并研究了几个影响ISXA和ISX去除水中浊度和Ni2 的因素.结果表明:1)在各种条件下,ISXA的除浊、除Ni2 性能均优于ISX;2)ISXA和ISX的投加量均为250mg·L-1时,Ni2 的去除率分别达到97%和87%;3)原水pH值对絮凝剂的除Ni2 效果有影响;4)在致浊物质和金属离子共同存在的水体中,两者会相互促进彼此的去除,Ni2 的去除率可达99%以上,浊度去除率提高10%左右;5)反应时间越长,处理效果越好,12min以后结果趋于平缓.     

2,6-二氨基蒽醌/石墨烯复合电极强化电吸附Pb2+

电吸附高效去除水中重金属离子的关键在于开发性能优异的电极材料.采用2,6-二氨基蒽醌(DA)修饰还原氧化石墨烯(r GO),通过溶剂热法成功制备了DA@rGO复合电极,考察了复合电极的电化学性质及电吸附Pb~(2+)性能.循环伏安测试表明,复合电极电化学性质优异,比电容在电流密度为1 A·g-1时达到304. 4 F·g-1,DA修饰显著提高了复合电极的赝电容.电吸附Pb~(2+)测试表明,施加电压为-1. 2 V时电吸附效果最优,反应60 min后Pb~(2+)去除率达94. 8%.电吸附过程符合一级动力学方程,Langmuir模型拟合得到Pb~(2+)的饱和吸附量为356. 66 mg·g-1,明显高于r GO电极(319. 40 mg·g-1),DA修饰引起的电容增加是复合电极Pb~(2+)吸附量提高的重要原因.使用0. 5 mol·L-1硝酸处理可使电极吸附的Pb~(2+)在5 min内脱附完全,实现吸附剂再生.经过10次电极吸附-脱附循环后,DA@rGO复合电极对Pb~(2+)的吸附去除率保持在88%左右,电极循环性能稳定.     

高分子重金属絮凝剂SSXA对Cu2+的捕集性能研究

以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物、NaOH、CS2为原料,在一定条件下合成了一种新型高分子重金属絮凝剂--淀粉基黄原酸酯-丙烯酰胺接枝共聚物.研究了该絮凝剂的除Cu2 、去浊机理,并对硫酸铝浓度、初始Cu2 浓度、pH值、浊度等影响其除铜及去浊效能的因素作了考察.实验结果表明:(1)该絮凝剂对Cu2 有很好的捕集功能,但需要与硫酸铝复配以提高其沉降性能,适合复配使用.Al3 与初始Cu2 的体积摩尔浓度比值为0.3较为适宜,此时Cu2 去除率大于98%;(2)pH值对复配体系的除Cu2 、去浊效果影响不大;(3)Cu2 和致浊物质共存时,会互相促进彼此的去除.对初始Cu2 浓度为25 mg·L-1、浊度为5～300NTU的水样,处理后出水Cu2 浓度小于0.5mg·L-1、浊度小于3NTU.     

磁性竹基炭对Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附机理研究

采用微波辐照技术,以枯竹子为碳源制备了磁性竹基炭(BBMC),并将其用于对重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附去除.同时,分析了吸附时间、pH值、离子强度及初始金属离子浓度等条件对吸附的影响,讨论了BBMC对3种金属离子的吸附特性与吸附机理.结果表明,金属离子在BBMC上的吸附符合Langmuir等温模式和准二级动力学吸附方程;吸附的机理可归结为金属阳离子与BBMC上的H+之间的离子交换作用,且吸附能力可能与金属离子半径有关,呈现出Pb2+Cd2+Cu2+的趋势,重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的最大平衡吸附量分别为16.2、14.0和9.5 mg·g-1.     

四种金属离子对CHBr_3和小牛胸腺DNA间结合作用的影响

采用紫外光谱和荧光光谱法研究了CHBr3与离体小牛胸腺DNA(ctDNA)间的相互作用,以及Cu2+、Co2+、Cd2+、Mg2+4种金属离子单独或共存时对CHBr3与ctDNA结合的影响.结果表明:4种金属离子与CHBr3、ctDNA均能发生基态络合反应,络合物的生成导致体系的紫外吸收峰强度和形状改变,使ctDNA-溴化乙锭体系的荧光发生了不同程度的猝灭;向CHBr3-ctDNA-溴化乙锭体系中分别或同时加入4种金属离子后,Cu2+、Co2+、Cd2+可减弱两者之间的结合,减弱顺序为Cu2+Co2+Cd2+,Mg2+可加强两者之间的结合,4种金属离子同时加入后出现不同于4种金属离子单独加入时的中间类型.据此推断,CHBr3可能主要是通过嵌插作用与ctDNA碱基结合,金属离子对CHBr3与ctDNA结合的影响主要取决于金属离子与DNA的碱基和磷酸基团间结合的相对亲和比.     

Cd2+、Cu2+和Zn2+对人工湿地反硝化作用的影响

实验室研究了 3种重金属离子 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺对人工湿地反硝化作用的影响 .以 100、500、1000 mg/kg剂量的 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺处理人工湿地土壤样品 ,检测其 N₂O的产生 .结果表明 ,3种金属离子的 500、1000mg/kg处理组土样 N₂O的产生均显著降低 ,各金属离子抑制 N₂O产生的程度顺序为 Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺,这与 3种金属离子在土样中的有效态浓度顺序是一致的 ,反硝化微生物在处理过程中逐步产生了对重金属离子的耐受性 ,500、1000mg/kg处理组样品的 NH⁺₄- N浓度较对照组显著升高提示部分 NO^-₃- N由于反硝化过程的抑制而异化性还原为 NH⁺₄-N.     

静电纺壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维膜对Cu~(2+)、Ni~(2+)及Cd~(2+)的吸附特性

采用SEM、FTIR、XRD、BET等技术对静电纺丝制得的吸附材料壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)纳米纤维膜进行表征,并通过对模拟重金属离子废水的吸附实验,系统考察了溶液pH、重金属离子(Cu2+、Ni2+及Cd2+)初始浓度和反应温度对吸附的影响.结果表明,在外加电压25kV、接触距离15.0 cm、纺丝速度0.15 m L·h-1的条件下,可制得CS/PVA质量比为20/80的连续无缺陷的平均直径76.31 nm、比表面积219.4m2·g-1的纤维膜.CS/PVA纳米纤维膜对重金属离子的吸附在2 h内达到平衡,其吸附容量随着温度的升高而升高,随着初始浓度的增大而增大,随着pH值的升高而提高,在pH=5.5时达到最大.在25℃和pH=5.5的条件下,用CS/PVA纳米纤维膜吸附浓度100 mg·L-1的Cu2+、Ni2+和Cd2+溶液,吸附容量分别为98.65、116.89和124.23 mg·g-1,且对重金属吸附无选择性.吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,吸附动力学同时匹配准一级动力学模型和准二级动力学模型.热力学参数(ΔG、ΔH和ΔS)计算结果表明,CS/PVA纳米纤维膜对重金属离子的吸附是自发的吸热反应.     

Mn2+、Mo6+和Zn2+对活性污泥内胞外聚合物组分的影响

通过测定不同浓度的金属离子对活性污泥比耗氧率的影响, 确定了Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度, 并研究了在各自促进浓度范围内3种金属离子对活性污泥内胞外聚合物(EPS)组分(蛋白质、糖类和核酸)含量变化的影响.结果发现, Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度均为1mg·L^-1. Mn²⁺和Zn²⁺对EPS各组分的影响较大, 而Mo⁶⁺基本没有产生影响. 试验同时发现, 经低温贮存的污泥, 其EPS含量下降, 其中多糖含量下降最为明显.     

Cu2+和Cd2+对斑马鱼胚胎早期发育的联合毒性

采用斑马鱼胚胎早期发育技术,测定Cu2+和Cd2+ 2种重金属对胚胎发育的毒性效应. 以24 h致死和72 h胚胎孵化抑制为毒性终点,2种重金属的剂量-效应曲线可用Weibull函数或Logit函数有效描述,由最佳拟合函数计算得出半数致死浓度(LC₅₀)或半数效应浓度(EC₅₀)为毒性效应的评价标准,2个毒性终点的重金属毒性大小顺序均为Cu2+>Cd2+. 应用浓度加和(CA)与独立作用(IA)2种模型,对72 h孵化抑制率的无观测效应浓度(NOEC)配比混合物的联合毒性作用进行了预测,通过混合物试验观测数据的95%置信区间与CA模型和IA模型预测的剂量-效应曲线进行比较分析表明,2种模型都可以有效预测斑马鱼胚胎孵化的联合毒性.      

小麦秸杆对水中Pb（2＋）和Cd（2＋）的吸附特性

以农业废弃物小麦秸杆为吸附材料,探讨了小麦秸杆对Pb2＋、Cd2＋的吸附特性,重点研究了吸附时间、离子浓度、溶液pH值等对小麦秸杆吸附Pb2＋、Cd2＋的影响.结果表明,溶液pH值对吸附的影响大,在pH 2.0～6.0范围内,吸附量随溶液初始pH值的升高而升高.小麦秸杆吸附Pb2＋、Cd2＋的速度快,吸附动力学过程可以...     

壳聚糖/聚乙二醇/丙烯酸吸附剂对Cu2+、Co2+和Ni2+的吸附选择性和重复利用性

采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对辉光放电电解等离子体(GDEP)技术引发制备的壳聚糖/聚乙二醇/丙烯酸(CS/PEG/AA)聚合物吸附剂的形貌和结构进行了表征.研究了该吸附剂对Cu~(2+)、Co~(2+)和Ni~(2+)的吸附选择性、重复利用性和解吸动力学行为,同时结合X射线光电子能谱(XPS)探讨了可能的吸附机理.结果表明,CS、PEG和AA发生接枝共聚形成聚合物,其表面呈现疏松、多孔的三维网络结构;吸附最佳pH为4.8;在含有Cu~(2+)、Co~(2+)和Ni~(2+)的混合溶液中,CS/PEG/AA对Cu~(2+)有较好的吸附选择性;在EDTA-4Na洗脱液中CS/PEG/AA具有优异的再生和重复利用性,解吸动力学符合解吸准二级模型;Cu~(2+)在CS/PEG/AA上的吸附是由离子交换、配位螯合等共同作用的复杂的物理化学过程.     

重金属螯合捕集剂NBMIPA的合成及其捕集Cu2+、Zn2+性能

以间苯二甲酰氯(IPC)和巯基乙胺盐酸盐(CHC)为原料,采用一步法合成重金属螯合捕集剂N,N’-双(2-巯基乙基)—1,3-苯二甲酰胺(NBMIPA),重点研究了物质的量比(n(CHC):n(IPC))和反应温度对NBMlPA产率的影响,并研究了NBMIPA投加量和pH对Cu2+、Zn2+捕集性能的影响.结果表明:重金属螯合捕集剂NBMIPA的最佳合成工艺为n(CHC):n(IPC) =2.8、反应温度-5℃,此时NBMIPA的最高产率为78.64％;NBMIPA对Cu2+和Zn2+的捕集性能优良,NBMIPA投加量越大,捕集性能越高;NBMIPA对pH具有较宽的适应性.当NBMIPA投加量分别为45 mL和30 mL时,NBMIPA对Cu2+和Zn2+的捕集效果最佳,Cu2+的去除率达到99.33％,残余Cu2+浓度为0.46 mg·L-1,Zn2+的去除率达到97.49％,残余Zn2+浓度为1.84 mg·L-1.