高岭石、针铁矿及其二元体对胡敏酸的吸附特性

研究了高岭石、针铁矿及其混合物(KGM)和复合物(KGC)的表面性质及吸附胡敏酸的特性.结果表明,4种物质的比表面积(SSA)表现为针铁矿KGCKGM高岭石,KGM的SSA接近两种纯物质的平均值,而KGC的SSA明显升高.高岭石、针铁矿、KGM和KGC的等电点(IEP)分别为3.2、7.9、6.1和6.7;初始p H=5.0时,其表面Zeta电位分别为-13.9、38.2、14.3和19.7 m V.4种样品对胡敏酸的动力学吸附过程适合用准二级动力学模型描述,表明化学吸附是主要作用机制.一、二位Langmuir模型可较好地拟合等温吸附数据(R~2为0.962~0.993),其中二位Langmuir模型对KGM和KGC吸附数据的拟合度R~2分别为0.989和0.993;Freundlich模型对等温吸附数据的拟合度较低,但两种二元体的拟合度高于两种纯物质.初始p H=5.0时,高岭石、针铁矿、KGM和KGC对胡敏酸的吸附容量(q_(max))分别为6.02、61.83、35.13和42.10 mg·g~(-1);两种二元体的q_(max)都高于两种纯物质q_(max)的平均值,其中KGC的q_(max)明显升高.热力学参数表明,4种样品对胡敏酸的吸附均属于吸热反应,其中高岭石的吸附为非自发过程,其余样品的吸附为自发过程.     

富里酸-膨润土复合体对氟的吸附特性

采用共沉淀法制备了富里酸-膨润土复合体(FA-BENT),研究了FA-BENT的基本性质及其在不同环境条件下对氟的吸附特性.XRD分析显示,FA-BENT中蒙脱石的(001)面衍射峰强度有所减弱,但其层间距没有明显变化,表明FA-BENT中富里酸主要包被在膨润土外表面.FTIR结果表明,FA-BENT膨润土的矿物组分主要与富里酸表面C=O、—OH等官能团结合,配位体交换、表面络合作用是其主要作用机制.低p H范围内,升高反应体系的初始p H有利于FA-BENT对氟的吸附;当初始p H上升至4.50以后,吸附量随p H升高而降低;FA-BENT对氟的吸附也受离子强度的影响,其主要原因可能是"极性"效应;FA-BENT对氟的动力学吸附过程遵循拟二级动力学机制,受化学过程控制(R~2=0.999 2);与Freundlich模型相比,Langmuir模型对氟在FA-BENT上的吸附数据具有较高的拟合优度(R~20.994 9).热力学参数表明,FA-BENT对氟的吸附属于熵驱动的自发吸热反应过程[ΔH为32.57 k J·mol~(-1),ΔS为112.31 J·(mol·K)~(-1),ΔG为-0.65~-1.76 k J·mol~(-1)].     

腐殖酸对针铁矿吸附磷的影响机理

通过添加HA(Humic acid,腐殖酸),研究不同环境条件下HA对针铁矿吸附磷的影响. 结果显示,加入HA能显著降低磷吸附量,pH为4.5时分别加入100和40 mg/L HA,磷的最大吸附量分别降低了26.6%和25.6%;pH为7.0时分别加入100和40 mg/L HA,磷的最大吸附量分别降低了26.8%和23.1%. 不同添加顺序试验结果表明:针铁矿对磷的吸附量大小顺序为后添加HA>同时添加HA和磷>先添加HA;无论是否添加HA,针铁矿对磷的吸附量都随着pH的升高而降低,相应的吸附等温线也都符合Langmuir吸附等温方程;总有机碳和红外光谱特征表明,HA和磷在针铁矿表面吸附点位形成竞争吸附,并且针铁矿表面的羟基在吸附磷和HA的过程中起到了一定的作用.      

针铁矿吸附诺氟沙星特征的研究

根据OECD Guideline 106批平衡实验.分别研究了pH值对针铁矿吸附诺氟沙星的动力学特征和吸附量的影响以及诺氟沙星的吸附热力学特征,并探讨了其可能吸附机理.结果表明,不同pH值(3.5,5.0,5.6和6.2)时,诺氟沙星在经历了约6h的快速吸附阶段后,均进入缓慢吸附阶段,吸附平衡时间为48h.伪二级动力学方程能够较好地描述不同pH值条件下诺氟沙星针铁矿上的吸附动力学特征. 影响吸附量大小的pH值依次为5.6>5.0>6.2>3.5,主要决定于诺氟沙星和针铁矿的不同形态间的乘积之和,针铁矿表面的吸附作用主要以诺氟沙星的兼性离子为主.吸附等温线较好地符合Freundlich方程,温度从15℃升高到35℃时,拟合系数1/n从0.43升至0.61,表明温度升高减弱了针铁矿对诺氟沙星的非线性吸附.ΔH0=-39.45kJ/mol和ΔG0<0表明吸附是自发进行的放热过程,且以离子交换为主,同时可能存在着偶极间作用力和氢键力等作用.ΔS0<0表明吸附过程中熵在减小.     

甲萘威在蒙脱石和高岭石表面的吸附行为研究

研究了甲萘威在蒙脱石和高岭石两种粘土矿物表面的吸附行为,考察了时间、pH值和农药浓度对吸附的影响,并用FTIR探讨了其吸附机理。结果表明,蒙脱石和高岭石对甲萘威的吸附是一个先快后慢的过程,10h吸附可基本达到平衡。用动力学方程对甲萘威的吸附过程进行拟合,发现Elovich方程为最佳模型(R20.93,p0.05,n=12),其次是一级动力学方程和双常数方程;甲萘威在蒙脱石和高岭石表面的等温吸附均很好地符合Langmuir方程(R20.99,p0.05,n=6),其最大吸附量分别为3.651mg/g和1.688mg/g;蒙脱石对甲萘威的吸附强度大于高岭石;在实验pH范围内,甲萘威在两种矿物表面的吸附量均随体系初始pH的升高而减小;红外光谱分析结果表明,甲萘威分子可能通过氢键与蒙脱石和高岭石发生结合。     

十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在合成针铁矿表面的吸附特征

为了探究十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在水合针铁矿(α-FeOOH)表面的吸附过程和机理,在不同pH值、离子强度以及温度下采用批处理法研究了针铁矿对BS-12的吸附特征;并对BS-12在针铁矿表面的吸附机制进行了探讨.研究结果表明:针铁矿对BS-12的吸附平衡时间约为8 h,吸附过程符合伪二级动力学模型,吸附速率受化学吸附机理控制.Freundlich等温吸附模型能较好地描述针铁矿对BS-12的吸附,pH值对针铁矿吸附BS-12影响显著,主要取决于针铁矿的电荷零点和BS-12的等电点;离子强度的增加对BS-12的吸附有促进作用;温度的升高促进BS-12的吸附.热力学参数结果表明,针铁矿对BS-12的吸附是一个具有熵增和焓增特征的自发性吸热过程.BS-12在针铁矿表面的吸附是一个较慢发生的吸热的化学吸附的过程,主要吸附机制为化学键作用和疏水结合模式.     

生物矿化针铁矿吸附废水中铬的实验研究

在静态条件下,利用生物矿化针铁矿对含铬模拟废水进行吸附实验研究.结果表明,生物矿化针铁矿对质量浓度在5 mg/L以下的含Cr2O72-,Cr3+模拟废水均具有较好的去除效果,平均去除率达94%,出水达到"污水综合排放标准"(GB 8978-1996);其吸附符合Langmuir与Freundlich模型.      

胡敏酸-针铁矿复合胶体对Pb2+的吸附特征

采用批平衡试验法,研究了胡敏酸-针铁矿复合胶体对Pb2+的等温吸附特征及pH值、离子强度、温度及共存Cd2+对复合胶体吸附Pb2+的影响.结果表明:在相同离子强度和温度条件下,pH值升高,最大吸附量(Smax)和吸附平衡常数(k)均增大,有利于吸附反应的进行.等温吸附方程以Langmuir方程拟合效果最好.当Pb2+平衡浓度为124.7mg/L时,吸附量增幅最大,达35mg/g.复合胶体对Pb2+的吸附动力学方程以Elovich方程拟合效果最好.pH值增大,平衡吸附速率提高.在相同pH值和离子强度条件下,温度升高,最大吸附量、吸附平衡常数、自由能变△G°的绝对值均增加,表明升高温度有利于吸附反应的进行.在相同温度和pH值条件下,复合胶体对Pb2+的吸附量随着离子强度的增加而增加.当存在Cd2+时,复合胶体对Pb2+的吸附量有所降低,但Cd2+对Pb2+竞争吸附影响不大.     

流动搅动法研究针铁矿对亚砷酸盐的吸附特征

采用流动搅动法,在溶液p H、浓度和温度影响条件下,研究针铁矿对亚砷酸盐吸附的特征.结果表明,在不同条件下,亚砷酸盐的吸附过程分为快反应和慢反应这2个阶段.随溶液p H的升高,砷的吸附量逐渐降低,表观吸附速率常数(k')逐渐增大,半反应时间(t1/2)也就越小,砷的吸附反应达到平衡时间就越短,且砷的扩散速率常数b值也逐渐降低.溶液p H 3.0和p H7.0时,砷最大吸附量分别为246.9 mg·kg~(-1)和99.8 mg·kg~(-1).随着砷浓度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数(k')逐渐增大;砷浓度为0.10 mg·L~(-1)和1.00 mg·L~(-1)时,砷的最大吸附量分别为96.5 mg·kg~(-1)和249.1 mg·kg~(-1).Freundlich方程中吸附常数Kf值随着时间的延长逐渐降低,其吸附能力是逐渐减弱的.Langmuir方程分配因子RL在0~1之间,表现为针铁矿上砷的吸附为优惠吸附.随着温度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数k'值也逐渐升高.温度为298K和313 K时,砷最大吸附量分别为241.1 mg·kg~(-1)和315.6 mg·kg~(-1).用抛物线扩散方程b值来计算扩散过程的伪热力学常数,砷吸附反应的活化能(E*a)为14.60 k J·mol~(-1).砷扩散活化焓变(ΔHθ)随着温度的升高有所降低,ΔHθ均为正值,扩散过程为吸热反应,升高温度有利于砷的吸附;活化自由能变(ΔGθ)随着温度的上升而升高,升高温度有利于加快扩散过程;ΔSθ值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加.     

针铁矿改性生物炭对砷吸附性能

为了提高生物炭(BC)对砷的吸附能力,本研究选取小麦秸秆作为原料,采用共沉淀方法制备了针铁矿(Goethite)改性生物炭材料(Goethite@BC).比较了BC、Goethite和Goethite@BC对As(Ⅲ)的吸附特性,同时使用SEM-EDS、BET、FT-IR、XRD和XPS等技术对改性吸附剂的理化性质和吸附机制进行表征.结果表明,扫描电子显微镜分析显示有纳米级针铁矿附着在生物炭表面,可有效提高生物炭的比表面积和总孔容; 3种吸附剂对As(Ⅲ)的吸附符合伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,Goethite@BC对As(Ⅲ)的最大吸附量为65. 20 mg·g~(-1),与BC相比吸附量提高了62. 10倍. Goethite@BC吸附机制包括非特异性吸附(静电引力)和特异性吸附(配位、络合、离子交换等),纳米针铁矿颗粒在Goethite@BC表面对污染物的吸附起到重要作用. Goethite@BC在污染物修复领域具有很好地应用前景.     

Characteristics and model studies for fluoride and arsenic adsorption on goethite

Fluoride and arsenic are major anionic elements of concern in drinking water treatment. The effects of contact time, pH, surface loading and ionic strength on adsorption of fluoride and As(V) were investigated using batch methods. Adsorption of fluoride and As(V) onto goethite obeyed a pseudo second-order rate law. Through experimental data and adsorption kinetic analysis, the affinity of As(V) onto goethite was stronger than fluoride. Fluoride and As(V) uptake by goethite all decreased with pH increasing at the same surface loading; however, ionic strength had slight influence on their adsorption. A surface sites-species model was used to quantify the adsorption of fluoride and As(V) onto goethite as function of pH and surface loading. This model can satisfactorily predict their adsorption characteristics with several adsorption constants.     

Competitive and cooperative adsorption of arsenate and citrate on goethite

The fate of arsenic in natural environments is influenced by adsorption onto metal (hydr)oxides. The extent of arsenic adsorption is strongly a ected by coexisting dissolved natural organic acids. Recently, some studies reported that there existed competitive adsorption between arsenate and citrate on goethite. Humic acid is known to interact strongly with arsenate by forming complexes in aqueous solution, hence it is necessary to undertake a comprehensive study of the adsorption of arsenate/citrate onto goethite in the presence of one another. The results showed that at the arsenate concentrations used in this study (0.006–0.27 mmol/L), citrate decreased arsenate adsorption at acidic pH but no e ect was observed at alkaline pH. In comparison, citrate adsorption was inhibited at acidic pH, but enhanced at alkaline pH by arsenate. This was probably due to the formation of complex between arsenate and citrate like the case of arsenate with humic acid. These results implied that the mechanism of the adsorption of arsenate and citrate onto goethite in the presence of one another involved not only competition for binding sites, but the cooperation between the two species at the watergoethite interface as well.     

柴油机排气颗粒表面特征与吸附能力分析

利用全自动比表面积与孔隙分析仪和光学接触角测量仪,分别对炭黑和柴油机排气颗粒的比表面积与孔隙以及接触角等表面特征参数进行了测量,并对炭黑和柴油机排气颗粒的分形维数和表面张力进行了计算,对比分析了炭黑和柴油机排气颗粒的吸附能力,探讨了柴油机排气颗粒表面特征参数与吸附能力之间的关系.通过检测与分析,炭黑和柴油机排气颗粒的比表面积分别为78.003和65.408m²/g,平均孔径分别为13.845和14.483nm,分形维数分别为2.5885和2.5515,在0.985s时刻的表面张力分别为51.1和56.6mJ/m²,结果表明炭黑与柴油机排气颗粒的比表面积,孔径分布,分形维数和表面张力均相似.炭黑和柴油机排气颗粒均表现了极强的亲油性,轻微亲水性.柴油机排气颗粒亲水性略强,表面更为光滑,吸附能力略低于炭黑.     

温压条件下不同含水高岭石对NH4+吸附的分子模拟

为研究高岭石对NH₄⁺吸附的微观情况,通过Material Studio软件对高岭石单胞进行收敛性测试后构建了4×2×1不同水化程度高岭石模型,采用量子力学和经典力学方法对模型晶胞进行了理论计算和吸附实验研究.结果显示,在交换关联泛函GGA-PW91,K点4×3×2,截断能600eV条件下,得到了高岭石稳定结构模型（误差<2%）;高岭石对NH₄⁺的吸附受温度影响明显,随温度升高,吸附量逐渐减少,与吸附实验结果一致;动力学结果显示吸附类型主要为物理吸附,吸附作用力为范德华力和库仑力.     

活化处理活性炭纤维的表面特性及其汞吸附性能

选用了3种比表面积不同的粘胶基活性炭纤维(ACF-1、ACF-2和ACF-3),并对样品ACF-1进行了浓硝酸和氨水活化处理,获得样品ACF-N和ACF-NH3,最后对这5种ACF样品进行表面特性表征和单质汞的吸附实验.氮分子吸附(77.4K)实验结果表明,ACF-N和ACF-NH3的微孔容积与ACF-1相比有所减小,各样品的微孔(d2nm)分布有一定差异.ACF含有许多不规则的表面微结构,其X射线光电子能谱(XPS)分析表明,ACF-N的含氧官能团(CO、COOH)和ACF-NH3的含氮官能团含量与ACF-1相比均有明显增加.X射线衍射(XRD)分析结果表明,ACF-2和ACF-3的石墨化程度和晶体化程度较ACF-1有所提高.汞吸附实验表明,由于受到ACF表面微结构的影响,微孔容积与吸附能力之间并非简单的依附关系,增加含氧、含氮基团含量在一定程度上能提高ACF的汞吸附容量.     

针铁矿的非生物还原解离特征及Slogistic模型拟合

以针铁矿为研究对象,分析了电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS对针铁矿非生物还原解离作用的影响.结果表明,在没有氧化还原中介体的参与下,针铁矿的非生物还原作用十分微弱;AQS加入体系后,针铁矿的非生物还原程度在经历一定的反应时间后显著加剧,且还原过程中生成的解离态Fe(ΙΙ)含量随时间的变化趋势符合典型的Slogistic曲线特征.Slogistic拟合结果表明:一定电子供体浓度下,不同浓度针铁矿的非生物还原Slogistic模型拟合的校正R2在0.9887~0.9953之间.当针铁矿浓度维持为一恒定值时,电子供体浓度不足的情况下,针铁矿的非生物还原的Slogistic 曲线特征较弱;当电子供体浓度充足的条件下,Slogistic模型拟合的校正R2系数可高达0.9967.电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS的参与对Slogistic模型拟合参数均有一定的影响.     

低分子量有机酸对几种可变电荷土壤吸附氟的影响

用一次平衡法研究了四种低分子量有机酸对几种可变电荷土壤吸附氟的影响，结果表明，低分子量有机酸可以通过竞争吸附作用抑制土壤对氟的吸附，化学结构相对简单的草酸和丙二酸对氟吸附的抑制作用大于柠檬酸和苹果酸。有机酸对氟吸附的抑制作用随土壤氧化铁含量的增加而增加，并随体系pH的增加而增强。在低pH和氟加入量较高的情况下，有机酸通过与氟竞争可溶性铝而增加土壤对氟的吸附量，这在对铝溶解度较高的酸性土壤中尤为明显。