碳包覆MnFe_2O_4(MnFe_2O_4@C)纳米球的制备及其对重金属离子[Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)]的去除

以FeCl_3·6H_2O与Mn(CH_3COO)_2·4H_2O为原材料,用乙二醇作为溶剂,通过简易的水热方法制备出MnFe_2O_4纳米球;然后以葡萄糖作为碳源制备出MnFe_2O_4@C复合材料。所制备材料的形貌和微观结构经过SEM和TEM表征,其表征结果显示MnFe_2O_4@C复合材料的形貌是直径约为200~300 nm的微球,且一层厚度约为3~5 nm的碳层均匀的包覆在MnFe_2O_4微球的表面。同时还探究了MnFe_2O_4@C复合材料对水溶液中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附性能。实验结果表明,当溶液pH为8时,MnFe_2O_4@C磁性吸附剂对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的去除效率分别达到了93.9%和98.2%;此外,MnFe_2O_4@C磁性吸附剂的再生性能研究结果显示,在循环使用三次以后,MnFe_2O_4@C吸附剂对Cu(Ⅱ),Pb(Ⅱ)的去除效率仍然可以达到80%和90%以上,相比于首次使用,其去除效率只有轻微的降低。     

磷基改性生物炭的制备及对重金属Pb(Ⅱ)的吸附

水体重金属污染对自然环境和人体健康造成了极大的危害,开发新型污染治理材料具有重大意义。本研究以玉米秸秆、牛粪粉末、小麦秆和麦穗为原料,以羟基磷灰石(HAP)和磷酸二氢钾(KH_2PO_4)为改性剂,采用浸渍-热解法制备生物炭,并探讨了生物炭对水中Pb(Ⅱ)的吸附效果。结果表明,磷基改性生物炭相比未改性生物炭对铅的吸附容量显著提高,KH_2PO_4改性玉米秸秆-牛粪生物炭对铅的吸附量较未改性增加了394.6 mg/g,提高了478.0%;HAP改性麦穗生物炭对铅的吸附量较未改性增加了507.9 mg/g,提高了997.7%;玉米生物炭原料中添加牛粪可显著提高改性生物炭对铅的吸附能力,相对于未添加,HAP和KH_2PO_4改性玉米秸秆-牛粪生物炭的铅吸附量分别增加了210.6,177.1 mg/g,提高了140.0%和59.1%。本研究制备的KH_2PO_4改性玉米秸秆-牛粪生物炭和HAP改性小麦生物炭对铅均表现出较强的吸附效果。     

生物炭对废水中铜离子吸附的研究进展：改性方法与吸附机制

废水中的重金属铜离子(Cu(Ⅱ))会污染水体生态环境，并会通过食物链对人体健康造成潜在危害。生物炭可作为废水中Cu(Ⅱ)去除的有效吸附剂。然而，原状生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附量有限，需要对生物炭进行定向改性以提升其去除效果。以废水中的Cu(Ⅱ)为对象，重点论述生物炭的改性方法和吸附机制。结果表明，生物炭的主要改性方法包括化学改性(酸、碱、高分子聚合物改性)、物理改性(球磨和气体活化)、金属改性(铁、锰改性)、矿物质改性和高分子聚合物改性等。改性方法对Cu(Ⅱ)去除效果的次序是：纳米羟基磷灰石改性>含氨基有机酸改性>锰改性>铁改性>碱改性。生物炭吸附Cu(Ⅱ)的主要机制包括孔隙扩散、静电作用、沉淀作用、配位作用、阳离子-π机制、离子交换和还原作用，具体的主导机制取决于生物炭的物化性质和溶液的性质。将来的研究方向包括：采取更为有效的改性方法提高对废水中痕量Cu(Ⅱ)的去除效果；利用先进的仪器和模型计算揭示微观机制；开展动态吸附柱或固定床试验。     

铁改性生物炭去除重金属研究进展

目前土壤和水环境中重金属污染仍然较为严重,寻找合适的去除剂成为了环境研究者们的重要任务。生物炭作为新型吸附剂由于对水环境以及土壤中重金属离子如Cu、Fe、Pb、Cr等具有良好的吸附效果因而得到了环境领域的广泛关注。然而仅用生物炭去除重金属仍然有着吸附效率不够高,吸附性能不够稳定等缺陷,本文通过整理各类铁改性生物炭的研究,总结归纳了铁改性生物炭的制备及其去除机理,并与目前常规生物炭做了对比,指出铁改性生物炭对重金属污染的去除可行性和广阔前景。     

解磷菌改性生物炭去除水中U(Ⅵ)的效能与机理

采用解磷菌(PSB)对猪粪生物炭(PMBC)改性制得改性生物炭(PMBC+PSB)，探讨了其对水中U(Ⅵ)的去除效果与作用机制。研究结果表明， PMBC改性24 h制得生物炭(PMBC+PSB24)的除U(Ⅵ)效果最佳，改性后生物炭内壁孔洞明显增多，BET结果测定PMBC+PSB24比表面积和总孔体积相较改性前分别增加了88.1%和39.7% 。当温度为30 ℃，pH值为4， U(Ⅵ)初始质量浓度10.00 mg/L，PMBC+PSB24投加量0.20 g/L时，其对水中U(Ⅵ)去除率达99.46%。PMBC+PSB24对水中U(Ⅵ)最大吸附容量达555.19 mg/g，相较未改性的提升24.44%，吸附过程符合Freundlich 等温模型与拟二级动力学模型。SEM、TEM表征结果显示，PMBC+PSB24表面和菌体内部均出现放射状晶体，XRD结果表明该晶体为变钾铀云母[K(UO2)(PO4)·3H2O]。FTIR、XPS结果表明，PMBC+PSB24表面官能团丰度提高，参与吸附的主要为羟基和磷酸基团。改性生物炭主要的除U(Ⅵ) 机理为表面络合和矿化沉淀。经过5次吸附-解吸循环后改性生物炭的吸附量仅下降9.4%，具有良好的再生性能。     

造纸污泥活性生物质炭的制备及表征

以造纸污泥为原料,采用热解法制备生物炭,并对所制的生物炭进行活化改性,以水相中Pb(II)为吸附目标,确定了最佳制备条件,并对制备的活性生物质炭进行了结构表征。研究结果表明:利用造纸污泥制取生物质炭是可行的,活化改性后其对水相Pb(II)的吸附容量大大增加,最佳的制备条件为选用3 mol·L-1的硫酸在550℃下活化30 min,最大吸附容量为533 mg·g-1;活化后生物炭其表面增加了-OH、-COOH、-NH2基团,制备的活性生物炭的比表面积为159 m2·g-1,平均孔径为20?。本研究为造纸污泥的应用提供一种新的方向。     

污泥-玉米秸秆热解制生物炭及其对Pb~(2+)的吸附特性

开展了脱水污泥单独热解及其与玉米秸秆共热解(泥秆质量分别为9∶1,8∶2,5∶5)制备生物炭吸附剂的研究。采用元素分析、扫描电镜和比表面积仪对4种生物炭的理化特性及微观形貌进行了全面分析。结果表明,在相同热解温度下,随着玉米秸秆掺杂量的增加,生物炭产率及灰分含量降低,全碳含量增加,pH值略有下降,生物炭比表面积和总孔体积增大,棒状残焦分布量增多,孔结构更加发达。生物炭对Pb⁽²⁺⁾的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程分为快反应和慢反应两个阶段,吸附实验前10 min的吸附量达到饱和吸附量的80%以上。Dubinin-A模型较好地描述了生物炭对Pb⁽²⁺⁾的等温吸附行为,4种生物炭对Pb(2+)的等温吸附行为,4种生物炭对Pb⁽²⁺⁾的饱和吸附量大小依次为:SSMT50%(44. 8 mg/g)> SS-MT20%(38. 1 mg/g)> SS-MT10%(30. 7 mg/g)> SS(21. 7 mg/g),表明污泥-玉米秸秆生物炭有作为重金属Pb吸附剂的潜力。     

生物炭对重金属离子Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附作用研究

以新疆棉杆为原料经热解制备了一种生物炭材料,用于工业废水中的重金属Pb2+和Cd2+的吸附去除,考察了时间和pH值对吸附性能的影响。采用扫面电镜(SEM)、N2物理低温吸附和X射线衍射技术(XRD)技术对材料的结构进行了表征,发现经硝酸处理后得到的生物炭材料为典型的介孔结构。当pH大于5.0时,Pb2+和Cd2+的去除率可以达到100%。     

磁性生物炭对铅镉离子的吸附动力学

采用水热合成法制备磁性生物炭,利用XRD、FTIR和BET分析磁性生物炭的结构、官能团种类和比表面积,并研究磁性生物炭对Pb⁽²⁺⁾、Cd(2+)、Cd⁽²⁺⁾的吸附机理。结果表明,磁性生物炭含有丰富的含氧官能团和芳香结构,磁性物质为Fe_3O_4颗粒。Pb(2+)的吸附机理。结果表明,磁性生物炭含有丰富的含氧官能团和芳香结构,磁性物质为Fe_3O_4颗粒。Pb⁽²⁺⁾、Cd(2+)、Cd⁽²⁺⁾在磁性生物炭上的吸附是一个高温自发、吸热且熵增的过程,其吸附过程符合准二级动力学方程,表明化学吸附占据优势,吸附过程是由液膜扩散和颗粒内扩散共同控制。Pb(2+)在磁性生物炭上的吸附是一个高温自发、吸热且熵增的过程,其吸附过程符合准二级动力学方程,表明化学吸附占据优势,吸附过程是由液膜扩散和颗粒内扩散共同控制。Pb⁽²⁺⁾在磁性生物炭的吸附机制,主要与含氧官能团(—COOH、—OH、C—O—C)的络合作用和π电子的配位作用有关,还存在氧化还原反应。磁性生物炭吸附Cd(2+)在磁性生物炭的吸附机制,主要与含氧官能团(—COOH、—OH、C—O—C)的络合作用和π电子的配位作用有关,还存在氧化还原反应。磁性生物炭吸附Cd⁽²⁺⁾的机制,主要与—COOH、—OH和π电子的络合作用有关,C—O—C和氧化还原反应不参与磁性生物炭对Cd(2+)的机制,主要与—COOH、—OH和π电子的络合作用有关,C—O—C和氧化还原反应不参与磁性生物炭对Cd⁽²⁺⁾的吸附。     

生物炭的制备及其对水相中阿司匹林的吸附性能研究

研究以花生壳、核桃壳、玉米秸秆为原料,经化学试剂活化及高温炭化制备出3种生物来源的生物炭,即花生壳生物炭(PSB)、核桃壳生物炭(WSB)和玉米秸秆生物炭(CSB)。对制备出的3种生物活性炭和商业活性炭进行酸碱改性处理,并以其作为吸附剂来去除水相中的阿司匹林(ASP),研究了活性炭种类、污染物初始浓度、活性炭投加量和改性pH对活性炭吸附性能的影响。结果表明,废弃的花生壳、玉米秸秆、核桃壳可以制备出孔隙结构发达的生物炭。向15.0 mL质量浓度200.0 mg/L的溶液中加入3.0 mg花生壳生物炭,对水相中阿司匹林的去除率可达72.61%;经过合理的改性处理,生物炭与商业活性炭的吸附性能均会有所提高;随着溶液中ASP初始浓度的增加,吸附率逐渐减小,且变化趋势基本保持一致。     

石灰石改性粉煤灰和Fenton氧化处理焦化废水的试验

常规焦化废水处理过程对难生物降解有机物及NH_3-N的去除效果较差,难以满足处理要求.本文以COD和NH_3-N去除率为指标,研究了石灰石改性粉煤灰吸附处理模拟焦化废水的吸附工艺,将改性粉煤灰吸附、Fenton氧化处理和生物处理组合,寻找简便而有效的焦化废水处理的组合工艺.研究表明,15%石灰石与粉煤灰混合并在900℃煅烧2h得改性粉煤灰,在改性粉煤灰用量为2%、pH值为5～7条件下吸附2 h,可使模拟焦化废水的COD和NH_3-N去除率分别达16%和50%左右.在"改性粉煤灰一次吸附-Fenton氧化-好氧生物过程-改性粉煤灰二次吸附"的组合工艺中,改性粉煤灰不但具有较好的预处理效果,而且还有较好的后处理能力;Fenton氧化所用试剂量少、操作简单(H_2O_2为40 mmol/kg,n(Fe~(2+))/n(H_2O_2)为1:10,pH 3,0.5 h);好氧生物过程是常规生物处理过程,易操作控制.经过组合工艺处理后,可使模拟焦化废水(COD为1450 mg/L,NH_3-N为110 mg/L)的COD和NH_3-N分别下降至45 mg/L和4 mg/L,达国家废水综合排放一级标准(GB8978-1996).     

小粒咖啡果壳生物炭对水中磺胺噻唑吸附性能研究

针对水体中存在的抗生素污染现象，以小粒咖啡果壳为原料，采用限氧裂解法在500℃下制备了生物炭MCS-1，随后分别用KOH和H₂SO₄改性MCS-1，制得改性生物炭MCS-2和MCS-3，研究了3种生物炭对磺胺噻唑(ST)的吸附特性和吸附机理。实验结果表明：3种生物炭均具有多层级孔隙结构，与未改性生物炭MCS-1相比，MCS-2和MCS-3具有更发达的孔道结构和比表面积。3种生物炭对ST的吸附均符合准二级动力学模型和Freundlich模型，表明吸附过程主要为物理化学作用，且吸附速率主要受薄膜扩散控制。等温吸附和吸附热力学表明3种生物炭对ST的吸附是自发进行的多层吸附。在298 K时，MCS-1、MCS-2、MCS-3对ST的最大吸附量分别为0.77、1.12、0.47 mg/g;pH为2时，3种生物炭对ST的吸附量均达到最大，表明对ST的吸附适合在酸性环境下进行。碱改性后的咖啡果壳生物炭(MCS-2)对ST吸附效果较未改性的MCS-1和酸改性的MCS-3生物炭强。     

改性玉米芯生物炭对废水中铜和氨氮的吸附

用KMnO_4改性玉米芯生物炭,并用改性生物炭吸附水中的Cu~(2+)和氨氮。结果表明:改性后,生物炭中的—OH基团数量增多且其表面有新生态MnO_2生成,吸附能力增强;生物炭吸附Cu~(2+)、氨氮的最佳pH为7;共存Na~+不影响生物炭对Cu~(2+)的吸附,但显著影响对氨氮的吸附。生物炭对Cu~(2+)、氨氮的吸附分别遵循准二级、一级动力学模型。Freundlich模型能更好地模拟生物炭对Cu~(2+)的吸附行为,Langmuir模型能更好地模拟生物炭对氨氮的吸附行为。     

牛粪生物炭的活化及其吸附铅的研究

以Na OH活化牛粪生物炭,分析了活化对牛粪生物炭理化性质的影响,并以生物炭吸附溶液中Pb2+(以0.01 mol/L为背景电解质)。结果表明活化处理能提高生物炭对Pb2+的吸附效果,吸附容量达到192.2 mg/g,相比未活化牛粪生物炭(50.4 mg/g)提高了约4倍。     

钴改性秸秆生物炭对尼泊金乙酯的吸附研究

以小麦秸秆为原料，通过浸渍法制备改性生物炭，对其采用XRD、SEM进行表征分析，研究钴改性生物炭对尼泊金乙酯(EP)的吸附性能。讨论了改性生物炭的用量、尼泊金乙酯的初始浓度，反应时间及反应温度对EP溶液的吸附影响。实验结果表明：改性生物炭对EP的吸附主要以化学吸附为主；在一定范围内，改性生物炭对EP的吸附效率随生物炭用量的增加而增加；反应温度对改性生物炭吸附EP的影响较大，在EP浓度为30 mg/L、生物炭添加量为5 g/L、温度为45℃条件下吸附4 h时EP最大去除率为95.5%。     

改性γ-聚谷氨酸去除重金属Pb2+性能研究

研究了不同改性水平的γ-聚谷氨酸(以下简写为γ-PGA)吸附去除水体中重金属离子Pb2+的性能影响。研究结果表明,交联改性后的γ-PGA与未改性的γ-PGA相比,具有更好的Pb2+吸附性能,在将改性γ-PGA加入到含有Pb2+的水体中并均匀混合之后,随着交联度的提高,改性γ-PGA吸附Pb2+的性能逐渐增加,但在吸附最终结束时,不同改性的γ-PGA对Pb2+吸附去除率均在99%以上。在吸附去除Pb2+影响因素分析中发现Pb2+初始质量浓度和溶液pH对不同改性的γ-PGA吸附去除Pb2+性能的影响较大。随着Pb2+质量浓度的增加,不同改性水平γ-PGA对Pb2+的去除率均略有一定程度的下降。当溶液的pH控制在中性或者偏碱性时,25%改性γ-PGA对Pb2+的去除率能够保持在99%以上,当pH降至4.5和3时,Pb2+去除率分别降为90.76%和78.46%。     

饱和活性炭催化双氧水氧化处理染料废水生化出水

分别采用Fe~(2+)/H_2O_2、活性炭(AC)/H_2O_2、AC/H_2O_2/Fe~(2+)和再生AC四种体系对染料废水生化出水进行处理,分别考察了不同体系中,H_2O_2的投加浓度、n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))、pH和反应时间及再生炭对废水处理效果的影响,并对处理效果进行对比。结果表明AC/H_2O_2/Fe~(2+)体系对废水COD的去除效果最好,去除率为64%,再生AC对废水色度去除率最高为94%。     

生物炭基好氧反硝化细菌固定及去除水中硝态氮

为探明生物炭基好氧反硝化细菌对水中硝态氮的去除效果,筛选鉴定了好氧反硝化细菌Pseudomonas aeruginosa Strain-I,以NaOH~+Mg~(2+)改性前后的稻壳生物炭为载体,分别用吸附法和包埋法制备微生物固定化体(MIB),进行其NO_3~--N去除动力学与细菌生长动力学研究。结果表明,初始NO3--N的质量浓度为69.25 mg/L时,Pseudomonas aeruginosa Strain-I对NO_3~--N和TN的72 h去除率分别达100%和53.92%。NaOH~+Mg~(2+)改性使生物炭pH和pHpzc分别增大1.42和2.36,比表面积和总孔容分别增至改性前的3.56和3.20倍,表面吸附的微生物量比改性前增加309.1nmol/g。NaOH~+Mg~(2+)改性提高了生物炭或以生物炭为载体制得MIB对NO_3~--N的去除率,且吸附法制得固定化体优于包埋法。与包埋法相比,吸附法制得MIB更有利于微生物生长。     

改性广西柑橘皮生物吸附剂对水溶液中重金属Pb~(2+)吸附工艺研究

以广西柑橘皮(OP)为原料,经乙醇、氢氧化钠皂化处理,得改性柑橘皮生物吸附剂(SOP),经乙醇、氢氧化钠、氯化镁皂化交联处理,得改性柑橘皮生物吸附剂(MgOP)。研究OP、SOP、MgOP对水溶液中Pb2+的吸附性能,并考察pH、温度、吸附时间、固液比4种因素对水溶液中Pb2+吸附率的影响。在此基础上,利用正交实验研究了MgOP对水溶液中Pb2+的最优吸附工艺条件。结果表明,MgOP对水溶液中Pb2+的最优吸附工艺条件为:pH 6,温度20℃,吸附时间60 min,固液比8 g/L。在此条件下,MgOP对水溶液中Pb2+的吸附率为97.4%。     

改性椰壳生物炭对水体苯酚吸附效应研究

采用酸碱、MgCl_2/FeCl_3混合溶液两种方法对椰壳生物炭进行改性,设置不同盐度、温度、pH、腐殖酸、反应时间等理化条件,研究改性椰壳生物炭吸附苯酚的效应,并进行吸附动力学研究。结果表明,两种改性椰壳生物炭对水体中苯酚的吸附效果均比未改性好,吸附速率更快。盐度和温度升高均可促进生物炭对水体中苯酚的吸附;pH在2～11范围内变化,生物炭对苯酚的吸附量先增后降;腐殖酸对吸附影响不大。改性生物炭吸附苯酚废水的最佳理化条件为:盐度5%,温度30℃,pH为酸性或中性。吸附动力学分析结果表明伪二级动力学模型能更好拟合改性椰壳生物炭对苯酚的吸附。