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.     

纳米二氧化锆吸附Pb~(2+)的研究

采用沉淀法合成了纳米级二氧化锆,利用SEM、XRD技术,对纳米ZrO_2进行微观形貌和粒径分析,探讨了吸附时间、吸附温度、pH值以及Pb~(2+)初始浓度对吸附的影响,分析了吸附热力学性质和动力学特性,初步探讨了吸附机理。研究结果表明:在吸附温度为40℃,Pb~(2+)初始浓度为10 mg/L,pH为4.5时,吸附反应40 min后,最大吸附量为17.8 mg/g;纳米ZrO_2对Pb~(2+)吸附等温线符合Langmuir模型,其吸附动力学过程以准二级动力学方程拟合效果最好;温度在303~323 K时,纳米ZrO_2吸附Pb~(2+)的吉布斯自由能ΔG~o<0、焓变ΔH~o<0、熵变ΔS~o<0,表明纳米ZrO_2对Pb~(2+)的吸附是一个自发放热过程。     

限氧裂解法粟米秸秆生物炭对固液体系中Pb~(2+)的吸附特性与机理研究

为探讨固液体系中限氧裂解法制备粟米秸秆生物炭对Pb~(2+)的吸附特性与机理,通过静态批量试验研究了pH、初始离子浓度、吸附剂投加量、吸附时间对粟米秸秆炭吸附Pb~(2+)特性的影响,并通过热力学分析其吸附作用机理。结果表明,粟米秸秆炭对Pb~(2+)吸附在pH为5.5～6.0范围内效果最好,其吸附能力与温度和离子浓度正相关,与吸附剂投加量负相关。粟米秸秆炭对Pb~(2+)吸附反应满足Lagergren准二级动力学模型,Langmuir模型拟合等温吸附过程结果较好。扫描电镜和傅里叶红外光谱对材料吸附前后分析表明,粟米秸秆在炭化和吸附Pb~(2+)后的表面形态发生改变,羟基和羧基等表面活性基团在该吸附过程中起主要作用。     

镁-钙羟基磷灰石吸附剂对水中Pb2+的去除

选择Mg2+为掺杂离子,通过溶胶-凝胶法制备了不同比例的镁-钙羟基磷灰石吸附剂,研究其对水溶液中Pb~(2+)的去除特性和过程机制.结果表明,吸附剂表面以羟基磷铅矿化合物[Pb10(PO4)6(OH)2]为主,其晶体结构由短棒状转变为针状结构;在温度25℃,p H为5时,镁-钙羟基磷灰石吸附Pb~(2+)在720 min内达到平衡,吸附剂的最佳投加量为0. 6 g·L-1,最大吸附量为813. 17 mg·g-1;热力学实验结果:ΔGθ0、ΔSθ 0和ΔHθ 0,表明镁-钙羟基磷灰石吸附Pb~(2+)的过程是自发的吸热、熵增的过程,升温有利于吸附;吸附过程符合伪二级动力学方程,Langmuir吸附模型能更好地描述等温吸附行为;材料表征与吸附实验分析表明,表面络合与溶解-沉淀是镁-钙羟基磷灰石去除Pb~(2+)的主要机制.     

改性粉煤灰去除水中磺胺抗生素吸附条件优化及热力学研究

采用Box-Behnken响应面分析法对改性粉煤灰去除水中磺胺的影响因素(初始pH值、温度、吸附剂用量)进行优化,建立影响因素与磺胺去除率之间的二次多项式预测模型,并进行热力学分析。结果表明,改性粉煤灰吸附磺胺的最佳条件为:初始pH值2.53、温度35.1℃及吸附剂用量1.76 g/L,在此优化条件下,磺胺的去除率可达78.63%,模型预测值为80.26%,实际值与模型预测值仅偏差1.63%;用Langmuir和Freundlich方程对吸附等温线进行拟合,Langmuir方程拟合结果更好,其最大吸附量为4.1 mg/g,表明改性粉煤灰对磺胺的吸附属于单分子层吸附;改性粉煤灰吸附水中磺胺抗生素的热力学状态函数ΔG、ΔH及ΔS分别为-22.38~-23.89 kJ/mol、7.89 kJ/mol和0.105 kJ/(mol·K),即吸附过程是一个自发、吸热的反应,是熵增加的过程。     

磁性石墨烯吸附水中Cr(Ⅵ)研究

以氧化石墨和铁盐为原料,采用化学沉淀法制备出磁性石墨烯复合材料,运用静态吸附实验研究了吸附动力学、热力学、等温吸附模型以及不同因素如p H、温度、时间对Cr(Ⅵ)吸附的影响.结果表明,吸附动力学符合假二级动力学模型;与Freundlich模型相比,Langmuir模型更适合描述吸附过程.热力学参数为:ΔHθ=33.89 k J·mol-1,ΔSθ=120.15 J·(mol·K)-1,ΔGθ=-2.51 k J·mol-1(303 K),这表明吸附过程是吸热并且自发的.实验最佳p H值为2,升高温度和延长时间均有利于吸附的进行.初始Cr(Ⅵ)浓度为5 mg·L-1时,重复利用3次后吸附量由3.9 mg·g-1下降到2.1 mg·g-1.在磁铁存在的条件下吸附剂可轻易从溶液中分离出来,利用Na OH可使其再生,因此可作为去除Cr(Ⅵ)的良好吸附剂.     

酸化赤泥吸附环丙沙星的特征、机理及过程优化

为提高赤泥的资源化利用及抗生素有机废水的深度处理,以酸化赤泥为吸附剂、环丙沙星为目标污染物,研究了酸化赤泥吸附环丙沙星的条件、特征和机理.采用响应面法中Box-Behnken设计方法,以吸附温度、溶液pH值、环丙沙星初始浓度、酸化赤泥投加量为自变量,吸附量为响应值建立4因素3水平优化模型,确定了最佳吸附条件,并对吸附过程的动力学模型、等温线模型、热力学特性及吸附机理进行了研究.结果表明,溶液pH值、环丙沙星初始浓度、酸化赤泥投加量为影响吸附量的显著因素.酸化赤泥吸附环丙沙星的最佳条件为：温度45℃、pH=3.04、环丙沙星初始浓度29.20mg/L,酸化赤泥投加量3.40g/L,预测最大吸附量为7.30mg/g.酸化赤泥吸附环丙沙星的过程遵循伪二级反应动力学模型及Langmuir-Freundilich吸附等温线模型,经过拟合最大吸附量分别为7.90和7.35mg/g.根据Van Tehoff公式计算吸附热力学状态函数ΔG⁰为-82.13~-94.37kJ/mol、ΔS⁰为0.61J/（mol·K）、ΔH⁰为100.25KJ/mol,吸附为自发进行的吸热反应.FTIR表明环丙沙星分子中-COO与酸化赤泥的Al-O键发生络合反应,C=O与Fe-O键发生微弱的静电或内球面键合作用.研究表明,酸化赤泥是一种极具潜力的廉价吸附剂,可用于处理抗生素污染废水.     

磁性羟基磷灰石/生物炭复合材料的制备及对Pb2+的吸附性能

制备了一种磁性羟基磷灰石/生物炭复合材料(HAP/γ-Fe_2O_3/BC)并对其吸附Pb~(2+)的动力学及热力学特性和固液分离回收性能进行了研究.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)等对复合前后的材料进行微观结构表征与分析,利用振动样品磁强计(VSM)研究样品的磁化性能.通过参数计算获得吸附方程与热力学性质.结果表明:羟基磷灰石和γ-Fe_2O_3微粒均负载到生物炭上.相对于BC,复合后的HAP/γ-Fe_2O_3/BC对Pb~(2+)的吸附性能明显提高,并具有良好的磁分离能力.pH值对Pb~(2+)的吸附影响较大,最佳pH值为4.0～5.0.当吸附剂投加量为1 g·L~(-1)、pH值为5、Pb~(2+)的初始浓度为100 mg·L~(-1)时,HAP/γ-Fe_2O_3/BC对Pb~(2+)的去除率达到99%.吸附等温方程和动力学方程的拟合结果分别符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,热力学参数△G0、△H0,是自发吸热的单分子层化学吸附过程.吸附机制主要包括溶解-沉淀作用、离子交换及复合材料表面含氧官能团的络合作用.HAP/γ-Fe_2O_3/BC复合材料在外加磁场的作用下具有良好的分离回收和循环利用性能,是一种潜在的Pb~(2+)高效吸附材料.     

核桃青皮生物炭对重金属铅、铜的吸附特性研究

采用500℃限氧裂解法将农林废弃物核桃青皮制成核桃青皮生物炭,进行了核桃青皮生物炭对铅、铜的批量吸附实验.同时,利用扫描电镜、FTIR红外等方法探讨了核桃青皮炭吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)的特性,探究了吸附时间、溶液初始浓度、吸附温度、吸附剂投加量、溶液初始pH等因素对核桃青皮生物炭吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)作用的影响,讨论了吸附动力学特性及吸附等温特性.结果表明:温度298.15 K、pH为3~6条件下,核桃青皮生物炭吸附Pb~(2+)和Cu~(2+)在20 min内即可达到吸附平衡,核桃青皮炭最佳投加量分别为0.8、1.5 g·L~(-1),最大吸附量分别为476.190、153.846 mg·g~(-1);吸附过程符合准二级动力学方程,等温吸附曲线符合Langmuir方程,说明其吸附过程主要是近似单分子层的化学吸附.     

废酵母菌吸附水中铜离子热力学及动力学研究

研究了应用低成本吸附剂废酵母菌经微波改性后去除溶液中的重金属铜离子.并研究了在pH值、温度、初始浓度、酵母菌吸附量等因素的影响下,废酵母菌对水中铜离子的吸附效率.研究结果表明,在pH为7.0、温度为328 K、Cu2+初始浓度为40 mg/L时,微波改性酵母菌的最大吸附容量为41.84 mg/g.吸附过程符合Langmuir吸附等温模式.吸附过程的热力学常数△G0、△H0和△S0分别为-3.512 54 kJ/mol,3.290 96 kJ/mol和20.181 46 J/(mol·K).表明废酵母菌对Cu2+的吸附是自发的、吸热反应.微波改性废酵母菌对Cu2+的吸附动力学模型能够较好地符合准二级动力学方程.     

一株低温真菌的筛选及其对重金属离子的吸附研究

从排污口废水中筛选到一株能耐受一定浓度Pb~(2+)和Zn~(2+)的低温真菌,将其作为吸附剂,研究了其吸附动力学及吸附方式、温度和pH值对其吸附Pb~(2+)和Zn~(2+)的影响,绘制、拟合吸附等温线,并在模拟废水环境中进行逐级吸附试验。结果表明:Pb~(2+)和Zn~(2+)初始浓度接近100 mg/L时,可在20℃吸附15 min时达到平衡,吸附曲线符合Langmuir等温吸附模型,静态吸附的吸附量偏高。当pH值为4~6,温度在4~15℃时吸附量最大,这正是低温真菌的优势所在。人工配制了含Pb~(2+)和Zn~(2+)的模拟废水,分别经过5级和6级吸附后,出水可达到GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》要求。     

三聚磷酸二氢铝对水中铜离子的吸附动力学

采用离子交换吸附法研究三聚磷酸二氢铝吸附水中铜离子的动力学行为和吸附活化状态热力学参数分析。结果表明:三聚磷酸二氢铝对水溶液中铜离子的化学吸附是二级反应,吸附速率常数k与温度T之间的关系符合阿仑尼乌斯式,吸附的活化能为Ea=56.35kJ/mol,吸附的频率因子A=2.5×106L/(mg·min),ln(k/T)与1/T之间的关系符合Eyring公式,其活化焓ΔH=53.21kJ/mol,活化熵ΔS=-153.36J/(mol·K),同时k与铜离子初始浓度呈负相关性,与三聚磷酸二氢铝用量呈正相关性,介质pH=5时有利于吸附。     

絮凝快速分离水处理技术简介及发展趋势

从排污口废水中筛选到一株能耐受一定浓度Pb~(2+)和Zn~(2+)的低温真菌,将其作为吸附剂,研究了其吸附动力学及吸附方式、温度和pH值对其吸附Pb~(2+)和Zn~(2+)的影响,绘制、拟合吸附等温线,并在模拟废水环境中进行逐级吸附试验。结果表明:Pb~(2+)和Zn~(2+)初始浓度接近100 mg/L时,可在20℃吸附15 min时达到平衡,吸附曲线符合Langmuir等温吸附模型,静态吸附的吸附量偏高。当pH值为4~6,温度在4~15℃时吸附量最大,这正是低温真菌的优势所在。人工配制了含Pb~(2+)和Zn~(2+)的模拟废水,分别经过5级和6级吸附后,出水可达到GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》要求。     

活性与非活性克雷伯氏菌对水中Pb2+的吸附性能

针对从云南某矿山废水中分离出的1株克雷伯氏菌(Klebsiella sp.),研究其活性菌体(AK)和非活性菌体(IK)对水溶液中Pb~(2+)的吸附性能。研究了pH、吸附剂用量、反应时间和初始Pb~(2+)浓度、背景阴离子和共存阳离子对AK和IK吸附Pb~(2+)的影响,采用Zeta电位和FTIR分析进一步阐述2种吸附剂吸附Pb~(2+)的差异。在不同的实验条件下,AK对Pb~(2+)的吸附量均高于IK。AK和IK的吸附动力学均符合伪二级动力学模型,吸附等温线都能更好地使用Langmuir模型拟合。背景阴离子NO32-、Cl-和SO42-对AK和IK去除Pb~(2+)影响不大。Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+)3种重金属离子共存时,AK和IK对Pb~(2+)的吸附具有选择性。Zeta电位和FTIR分析表明,AK比IK具有更强的结合Pb~(2+)的能力,参与反应的基团主要是羟基、氨基和羧基。     

Fe-NH_4Cl改性南荻生物炭对Pb~(2+)吸附性能研究

以南荻秸秆生物炭为实验原料,利用Fe-NH4Cl进行改性,研究其对Pb2+的吸附效果。通过考察生物炭用量、溶液初始p H值、吸附时间及溶液初始浓度对吸附的影响,并对吸附前后生物炭样品进行傅里叶变换红外光谱分析(FITR)、比表面积(BET)、X-射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)表征。结果表明在pH=5、溶液浓度为50 mg/L、温度为30℃、吸附时间为180 min、吸附剂用量在1.4 g/L、改性生物炭对Pb~(2+)吸附量达35.4 mg/g,与未改性生物炭相比吸附量提高20倍左右。生物炭对Pb~(2+)的吸附机理主要为表面羟基(—OH)和羰基(C=O)与Pb2+表面发生络合化学反应作用。     

基于响应面优化条件下改性海藻吸附剂对Cu~(2+)的吸附

为近岸带大型海藻废弃物得到有效利用,减少资源浪费和环境污染,运用改性海藻制备生物吸附剂去除废水中Cu~(2+)。采用Design-Expert软件对影响Cu~(2+)吸附率的吸附剂投加量、Cu~(2+)初始浓度、pH值3个条件进行设计优化,经响应面优化分析得到吸附率的二阶模型,确定Cu~(2+)吸附实验的最优操作条件:吸附剂投加量8.09 g/L,溶液初始浓度为40.92 mg/L,pH值6.34,预测最优值为94.5816%,实测吸附率达到94.36%。研究结果表明,大型海藻是一种很具潜力的环保型廉价吸附剂。     

碱法提取的混合海洋硅藻粗多糖对铅离子的吸附特性研究

采用浓碱法(40 mg·mL~(-1)NaOH)辅助冻融、加热方法提取混合海洋硅藻粗多糖,通过比较粗多糖得率、总糖、蛋白质及硫酸基含量筛选提取方法,并利用最佳方法提取的粗多糖作为生物吸附剂对Pb~(2+)进行吸附.提取实验结果表明,最优的提取方法为浓碱(40 mg·mL~(-1)NaOH)-冻融法,其粗多糖得率为33.14%,总糖含量为31.65%(480 nm)和27.27%(490 nm),蛋白质含量为6.44%、硫酸基含量为3.23%.吸附结果表明,该粗多糖对Pb~(2+)的吸附在2 h左右达到平衡,在180 r·min-1、25℃、pH=4~6时吸附效果最佳;在初始浓度为600 mg·L-1混合重金属溶液条件下,粗多糖对Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)和Ni~(2+)的吸附容量大小顺序为:Ni~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+)(以物质的量浓度为单位进行评价);粗多糖中含有的小分子糖类杂质对Pb~(2+)吸附的贡献远远大于蛋白质杂质.吸附动力学拟合结果表明,此硅藻粗多糖对Pb~(2+)的吸附过程更符合伪二级动力学模型,且Langmuir方程拟合的可决系数R2大于0.9,说明粗多糖对Pb~(2+)的吸附为单层吸附.     

茶树菇废菌体对水中Cr(Ⅵ)吸附的响应面优化及机理研究

采用响应面优化(Box-Behnkendesign,BBD)法对茶树菇废菌体吸附水中Cr(Ⅵ)的过程进行了优化,并设定pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应时间、摇床转速和吸附剂用量为5个影响因子,Cr(Ⅵ)吸附率为响应值,对吸附过程的热力学特征及吸附机理进行了研究.结果表明,对废菌体吸附Cr(Ⅵ)有显著影响的因素是pH值、Cr(Ⅵ)初始浓度和吸附剂用量;废菌体对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件为pH=1.19,Cr(Ⅵ)初始浓度为148.58mg·mL-1,反应时间为89.02min,摇床转速为180.12r.min-1,吸附剂用量为10.90g.L-1,在此条件下,实测Cr(Ⅵ)的吸附率达96%以上.用Langmuir、Freundlich及Dubinin-Raduskevich吸附等温模型对吸附过程进行拟合发现,Langmuir模型可以很好地反映茶树菇废菌体对Cr(Ⅵ)的吸附特性,在298K时最大吸附量为46.95mg·g-1.对表观热力学参数ΔG、ΔS及ΔH的计算表明,废菌体对Cr(Ⅵ)吸附为吸热的自发过程,并且吸附过程增加了体系的混乱度.最后结合FTIR图对吸附机理进行了探讨,结果表明,废菌体对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,可用于处理含铬废水,达到以废治废的目的.     

腐植酸对重金属铅镉的吸附特征

为了揭示腐植酸对单一Pb、单一Cd和Pb、Cd复合污染物的吸附特征,笔者通过吸附模拟实验分析了pH、温度、反应时间和初始浓度等因素变化对风化煤腐植酸吸附重金属离子Pb~(2+)和Cd~(2+)的影响.结果表明,腐植酸对Pb~(2+)的吸附受pH值变化的影响很小,但对Cd~(2+)的吸附随着pH增加而增加;腐植酸对Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附饱和的时间均为240 min;对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附量均随温度的增加而增加;Langmuir吸附模型对腐植酸吸附单一Pb~(2+)、单一Cd~(2+)和铅镉复合态中Pb~(2+)的拟合较好,Freundlich吸附模型则对腐植酸吸附铅镉复合态中Cd~(2+)的拟合较好;准二级动力学模型能较好地拟合腐植酸吸附Pb~(2+)和Cd~(2+)的过程,说明腐植酸对铅镉的吸附为物理吸附和化学吸附的复合吸附过程;铅镉复合态下Pb~(2+)和Cd~(2+)存在竞争吸附,单一Pb~(2+)溶液中加入Cd~(2+)对腐植酸吸附Pb~(2+)基本无影响,但单一Cd~(2+)溶液中加入Pb~(2+)时,Pb~(2+)会与Cd~(2+)产生竞争吸附,从而降低Cd~(2+)的吸附量.本研究结果可为利用腐植酸稳定土壤中Pb~(2+)、Cd~(2+)等重金属离子的技术开发提供参考.     

桉树遗态结构HAP/C复合材料对水中Cu (Ⅱ)的吸附特征

采用自制桉树遗态羟基磷灰石/碳复合材料(PBGC-HAP/C)为吸附剂,溶液体系pH值、Cu(Ⅱ)初始浓度和材料粒径为影响因素,研究了PBGC-HAP/C吸附Cu(Ⅱ)的具体特征与机制.结果表明,当溶液为弱酸性时(pH=5),吸附效果最佳;增大反应体系初始浓度不利于吸附效果的提升;减小吸附剂粒径对吸附有促进作用.准二级动力学可准确描述该吸附过程,计算获取的吸附容量0.99、1.93和4.03 mg·g-1与实验值0.99、1.93和4.05 mg·g~(-1)高度接近;Langmuir模型很好地拟合了吸附过程,表明吸附是单层吸附,温度升高有利于吸附进行;热力学实验结果ΔGθ0、ΔSθ0和ΔHθ0,显示该吸附过程是自发、熵增的吸热过程.SEM、EDS、XRD和FTIR对吸附前后材料表征分析可知PBGC-HAP/C表面的含氧官能团与Cu(Ⅱ)发生的化学络合反应为主要净化机制,同时伴随着物理吸附、静电吸附和离子交换作用.