高岭土和蒙脱石的混合土对Cu2+的吸附特性研究

本文主要研究了高岭土、蒙脱石和同时包含上述两种矿物的混合土对水溶液中Cu2+的等温吸附特性,重点考察了初始浓度和矿物配比等因素的影响。通过平衡吸附试验得到单种矿物以及混合矿物对Cu2+的平衡吸附量qe,分析并比较混合前后两种矿物吸附性能的变化情况。结果表明,高岭土与蒙脱石对Cu2+等温吸附曲线分别属于“C型”和“H型”;混合矿物对Cu2+的吸附性能由蒙脱石主导;混合矿物的平衡吸附量qe随高岭土占比的增加而线性减小,与单独矿物吸附相比,矿物混合会造成“吸附量损失”混合偏差系数Km<1,且为关于高岭土(或蒙脱石)含量的多项式函数。     

吸附剂浓度效应下高岭土对Cu~(2+)的吸附特性

选取重金属Cu~(2+)为吸附质,土壤中典型的黏土矿物高岭土为吸附剂,研究了吸附剂浓度效应对重金属Cu~(2+)在高岭土上吸附特性的影响,通过平衡吸附试验对几种经典等温吸附模型以及吸附剂浓度效应模型进行了验证.试验结果表明,吸附等温线以及平衡吸附量qe随着吸附剂浓度CS的增大而降低;在三种经典的等温吸附模型中,Freundlich模型最适于描述重金属Cu~(2+)在高岭土上的吸附规律,但仍无法解释吸附剂浓度效应;高岭土吸附Cu~(2+)以物理吸附为主,反应极易进行且几乎不具有可逆性;在三种吸附剂浓度效应模型中,幂函数模型的拟合效果较为理想.     

多组分重金属复合体系在高岭土中的吸附差异

重金属环境污染问题日趋严重。针对利用黏土矿物高岭土治理多组分重金属环境污染的问题,本文研究了三种重金属离子镉(Cd~(2+))、铅(Pb~(2+))和铜(Cu~(2+))在土壤中广泛存在的高岭土于不同理化条件下(包括吸附时间、pH值、离子强度、重金属离子初始浓度)的吸附行为特性,以及两相与三相多组分重金属之间的竞争吸附行为。研究结果表明:在恒温条件下吸附达平衡后,高岭土对Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)的吸附率均大于70%;当反应体系pH7.0时,高岭土对这三种离子的吸附率可达90%以上;而当离子强度大于0.05 mol/L时,吸附率降低近一半。在复合体系中,不同重金属离子在高岭土表面的竞争吸附作用使高岭土对各重金属离子的吸附量小于单一组分,其中,高岭土对三种重金属离子的吸附能力大小为Cu~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+)。研究结果表明,高岭土对Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)都具有良好的吸附能力,其吸附量受pH值、离子强度和竞争吸附作用的影响较大。     

Cu2+在高岭土土柱中运移时的吸附特性研究

通过土柱实验对比,研究了Cu~(2+)在高岭土中单一离子运移、两种离子同时运移、两种离子顺序运移时Cu~(2+)的吸附特性,并与Batch试验的结果进行对比分析,结果表明,在初始浓度、pH相同的条件下,各土柱深度土样对Cu~(2+)的吸附量均比Batch试验小;运移试验中Cu~(2+)的单层饱和吸附量Q会随着土层深度的增大而逐渐减小;竞争运移会使高岭土对Cu~(2+)的吸附量减少;先用Pb2+后用Cu~(2+)进行顺序运移时,Cu~(2+)的吸附量显著减少,顺序运移同时运移单一离子运移.综合分析不同情况下运移时的Cu~(2+)在高岭土中吸附特性.     

凹凸棒土颗粒吸附剂制备优化及对铅、铜吸附研究

以凹凸棒土为基材,采取混匀、搅拌、造粒和热处理的工艺,制备颗粒状吸附剂。重点研究物料配比和焙烧温度对吸附剂去除Pb~(2+)和Cu~(2+)的影响。通过静态吸附实验研究颗粒吸附剂对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附特性。结果表明随着膨润土和海藻酸钠添加剂量增大,颗粒吸附剂对Pb~(2+)和Cu~(2+)去除率增大。随着焙烧温度的提高,Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附去除率不断降低。凹凸棒土颗粒吸附剂对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附过程遵循准一级反应动力学模型;Langmuir吸附等温式和Freundlieh吸附等温式均可较好地描述颗粒吸附剂对Pb~(2+)和Cu~(2+)的等温吸附特性。颗粒吸附剂的最佳制备条件为物料配比凹凸棒土:海藻酸钠:膨润土=100:7:8(以质量计),焙烧温度500℃。     

花生壳生物炭对水中重金属Cr6+、Cu2+的吸附研究

生物碳因其来源广泛、低廉及良好的表面理化性能,作为吸附材料在处理水中有机及重金属污染方面具有较大的潜力。研究利用花生壳制得生物炭,用于处理含~(6+)和Cu~(2+)的模拟废水。探讨了接触时间、p H值、生物炭投加量及温度等对吸附效果的影响。结果表明,生物碳吸附~(6+)和Cu~(2+)时间在120 min达到平衡。在酸性条件下(p H=2~5),生物炭投加量为4g/L,温度为30℃时生物炭对~(6+)的吸附效果较好;在偏碱性条件下(p H≥5),生物炭投加量为10 g/L,温度为40℃时生物炭对Cu~(2+)有较好的吸附效果。通过Langmuir和Frenudlich吸附等温方程拟合,表明生物炭对~(6+)和Cu~(2+)的吸附过程更符合Frendlich模型,吸附过程可以用假二级动力学模型描述,说明吸附主要是表面化学吸附。     

基于Langmuir理论的平衡吸附量预测模型

为了实现对吸附反应的平衡吸附量的预测,建立了平衡吸附量预测模型.以高岭土、蒙脱土这两种黏土矿物吸附Ca2+为例,验证其等温吸附曲线符合Langmuir吸附方程.在Langmuir吸附等温式的基础上,建立了平衡吸附量预测模型,该模型应用于单组分吸附反应的平衡吸附量的预测.通过实验对该模型进行了验证,模型的计算结果与实验结果可以较好地吻合,证明该模型的可靠性较高.     

基于聚丙烯酸甲酯的胺基羧酸树脂的合成及对Cu~(2+)的吸附性能

以大孔交联聚丙烯酸甲酯为原料,经乙二胺胺解和羧甲基化反应,合成了一种以亲水性聚丙烯酰胺为骨架的胺基羧酸螯合树脂。通过胺解树脂和羧甲基化树脂的交换量测定,推测合成的胺基羧酸树脂是以具有半EDTA型结构的亚胺二乙酸为主要功能基的螯合树脂。测定了该树脂对Cu~(2+)的静态和动态吸附性能,结果表明:该树脂对Cu~(2+)的吸附过程为熵变驱动的自发过程,吸附量可高达2 mmol/g以上,且可用稀硫酸完全脱附,树脂重复使用时对Cu~(2+)的吸附量基本保持不变。测定了该树脂对葛根素水溶液中Cu~(2+)的吸附性能,结果表明:该树脂不仅对葛根素水溶液中Cu~(2+)吸附百分率高达95%,而且对葛根素基本不吸附,说明该树脂可用于某些植物提取物中Cu~(2+)等重金属离子的去除。     

Cu~(2+)、Pb~(2+)在高岭土中的顺序竞争吸附动力学

以吸附动力学实验为基础,结合动力学模型对典型的重金属Cu~(2+)、Pb~(2+)在高岭土中的顺序竞争吸附动力学特性进行了深入研究,重点考察了离子的初始浓度、两种重金属离子进入土壤的先后顺序及时间节点对吸附过程和结果的影响。结果表明:高岭土中存在两种类型的吸附位点;高岭土对同时竞争时两种重金属的吸附总量大于顺序竞争时的吸附总量,且进入高岭土的时间点对吸附结果也有很大的影响;此外伪一级动力学方程仅适用于反应的初始阶段,而伪二级动力学方程则可以较好地拟合整个竞争吸附过程;竞争性强的Pb~(2+)的分配系数与吸附反应时间不能够呈现出良好的LOGISTIC曲线关系。     

海藻酸对水溶液中Cu2+的吸附动力学研究

制备了交联海藻酸,从静态吸附方面研究了海藻酸交联前后对Cu~(2+)的吸附性能。用三种动力学模型(准一级动力学方程,准二级动力学方程,粒子扩散方程)对不同Cu~(2+)浓度、不同吸附时间的吸附曲线进行分析,探讨了吸附剂的吸附机理。结果表明准二级动力学模型的拟合度较好,海藻酸吸附Cu~(2+)是一个复杂的非均相扩散的化学吸附过程,表面络合和吸附剂内部扩散共同控制着吸附速率。交联后吸附的平衡时间延长,吸附量增大。交联后的海藻酸是一种价格低廉,绿色环保的吸附剂。     

有机质对河流沉积物吸附重金属的影响研究

研究了去除有机质前后河流沉积物(CK、QC)对重金属Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)的吸附行为影响.结果表明,沉积物对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)的吸附量均随着加入重金属浓度的增加而增加;去除有机质后,河流沉积物对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)的理论最大吸附量较原河流沉积物理论最大吸附量分别降低了36.60%、16.58%和25.52%;沉积物对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)的吸附过程适用Langmuir方程和Freundlich方程描述(P0.001);有机质的去除,可导致沉积物对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)的吸附率下降;伪二级动力学方程可适合用来描述Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)在沉积物上的吸附过程(P0.01),表明以化学吸附为主.原沉积物CK对重金属离子的吸附能力为Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),去除有机质后沉积物对重金属的吸附能力降低.     

NaOH改性珍珠岩对重金属离子的吸附研究

以珍珠岩为吸附剂,经NaOH溶液改性后,进行Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附实验,研究吸附剂碱改性对重金属离子的吸附性能.结果表明,碱改性后珍珠岩对Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附去除率明显高于未改性的珍珠岩.在重金属离子溶液初始质量浓度为100 mg/L时,改性珍珠岩对Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附率分别为54.15%,96.34%和48.69%;未改性珍珠岩对Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附率分别为18.41%、29.31%和15.98%.碱改性吸附剂对3种重金属离子的吸附,以对Cu~(2+)的去除最佳,吸附去除容量大小为Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+).     

胶质芽孢杆菌对重金属离子Pb~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)和Cr~(3+)的吸附与解吸特征

采用微生物絮凝方法高效净化重金属废水并回收重金属离子以便循环利用的研究正受到业界的广泛关注.本文研究胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)K02菌株制得的微生物吸附剂对重金属离子Pb~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)和Cr~(3+)的吸附与解吸作用.采用原子吸收法测定不同处理条件下各重金属离子的浓度,发现该吸附剂对单一金属离子的吸附可在2 h内达到平衡,10 min即可达到吸附平衡时吸附量的60%;对5种金属离子的吸附率均随吸附剂用量增加而呈现不同程度的升高趋势;对Zn~(2+)的吸附率在p H值4~7的范围内均较高,但对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)和Cr~(3+)的吸附率受酸性影响较大;设置的起始离子浓度会显著影响吸附率.在对混合金属离子的吸附中,该吸附剂能同时吸附上述5种金属离子,并显示出对Pb~(2+)较强的选择性,吸附率能达到90%以上.采用草酸、草酸铵、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)和硝酸钠对吸附后的吸附剂进行解吸,发现草酸对Cu~(2+)解吸效果最好,解吸率能达到42.238%;EDTA-2Na对Pb~(2+)解吸率能达到64%以上.试验结果为该菌在处理重金属污染废水中的实际应用提供了基础资料.     

纯黏土矿物甲烷吸附研究及吸附模型评价

黏土矿物在页岩储层无机矿物中占有重要的比例,其是页岩气吸附的重要场所。由于不同页岩储层成藏条件不同,黏土矿物相对含量存在较大差异,因此也影响页岩气的吸附能力。以X射线衍射(XRD)、低压氮气吸附实验及甲烷等温吸附实验为主要研究手段,XRD结果表明:4种样品(伊利石,蒙脱石,绿泥石,高岭石)纯度较高,均大于94%。低压氮气吸附结果表明:蒙脱石以微孔与中孔为主,孔隙形态主要为四边都开口的平行板状、狭缝状等,含有墨水瓶状的孔;伊利石主要发育有中孔与大孔,绿泥石主要发育有微孔和大孔,高岭石主要发育有中孔和大孔,其的孔隙形态同样都平行板状、狭缝状等为主;比表面积与孔隙体积的依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,且两者呈正相关。在61℃,压力为0～25 MPa条件下进行5组甲烷等温吸附试验,包括4组纯黏土矿物及1组由4种纯矿物等质量混合的矿物。纯黏土矿物甲烷吸附量依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,黏土矿物的比表面积越大,其甲烷吸附量也越大。对等温吸附实验数据进行拟合发现:Langmuir、Toth及Langmuir-Freundlich吸附模型对于不同矿物总体拟合效果都极好,对黏土矿物吸附模型精确选择具有一定意义。     

4种非金属矿物质吸附水中硫化物的热力学分析

用Freundlich方程对4种天然非金属矿物(硅藻土、膨润土、高岭土和珍珠岩)吸附水中硫化物进行了热力学拟和.结果表明,随着硫化物溶液浓度的增大,4种矿物吸附量随着增大,但增大幅度不同.4种矿物吸附特征均符合Freundlich吸附规律,吸附量与溶液浓度的对数关系为线性,符合Freundlich吸附等温式.4种非金属矿物可作为硫化物的吸附剂,吸附硫化物的难易度为:硅藻土膨润土高岭土珍珠岩.     

生物炭对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的单一及竞争吸附研究

分别以玉米秸秆、牛粪为原料,在500oC氮气保护的无氧气氛下热解生成玉米秸秆生物炭(BC)和牛粪生物炭(DMBC),分别探讨两种生物炭对水溶液中4种二价重金属离子(Cu~(2+),Pb~(2+),Ni~(2+)和Cd~(2+))的单一吸附效果,并进行4种重金属在生物炭上的竞争吸附实验,探讨金属离子间在生物炭上的相互作用关系。结果显示,两种生物质原料具有不同的元素组成,BC具有较大的比表面积,DMBC的平均孔径更大。在单一吸附过程中,BC对金属的吸附动力学过程具有相似性,而DMBC对不同金属的吸附速率差异较大。4种重金属离子在生物炭上的等温吸附过程可以用Langmuir方程较好地拟合,吸附容量的顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)Ni~(2+)。通过金属之间的竞争吸附实验,发现在生物炭上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Ni~(2+)和Cd~(2+)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。     

“微超酸”改性硅藻土对Pb~(2+),Cu~(2+),Cd~(2+)的吸附性能研究

以天然硅藻土为原料,通过微波、超声、酸化制备得到"微超酸"改性硅藻土.探讨了该改性硅藻土对水溶液中Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)3种重金属离子的吸附效果及影响因素.实验结果表明,在一定范围内,提高溶液pH值、延长吸附时间、升高吸附温度、增加吸附剂的用量均可提高3种金属离子的吸附去除效果;"微超酸"改性硅藻土对3种金属离子的等温吸附符合Langmuir方程.     

mSiO_2-IDA对Cu~(2+)、Cd~(2+)金属离子的吸附

在介孔二氧化硅(mSiO_2)的表面接枝了亚氨基二乙酸官能团(IDA)合成了mSiO_2-IDA吸附剂,研究了mSiO_2-IDA对Cu~(2+)、Cd~(2+)两种金属离子的吸附效果。通过元素分析仪(EA)、傅里叶红外型光谱仪(FT-IR)等表征手段表明IDA成功地接枝到mSiO_2的表面,考察了溶液的pH、初始浓度和吸附时间对吸附Cu~(2+)、Cd~(2+)的影响。结果显示,当pH=5,t=30min时,2g/L mSiO_2-IDA对溶液中的Cu~(2+)、Cd~(2+)去除率分别达到97.9%和92.1%。通过吸附动力学数据可知,拟二级动力学方程能更好地描述mSiO_2-IDA对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,它属于Langmuir等温吸附模型;多功能光电子能谱仪(XPS)研究显示mSiO_2-IDA对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附机制并不相同。     

黑土对Cu~(2+)的吸附作用及其影响因素

采用批量平衡法研究了东北地区典型黑土对重金属Cu~(2+)的吸附热力学特征,以及离子强度、温度和DOM对黑土吸附Cu~(2+)的影响.结果表明:Freundlich模型能够较好地描述一般条件及其不同影响因素下黑土对Cu~(2+)的热力学吸附过程(R0.985,P0.01).离子强度的增加抑制了Cu~(2+)在黑土上的吸附,不同离子强度作用下黑土对Cu~(2+)的吸附能力顺序为:0.001 mol/L0.01 mol/L0.1 mol/L.温度的增加促进了Cu~(2+)在黑土上的吸附,不同温度作用下黑土对Cu~(2+)的吸附能力顺序为:35℃25℃15℃.浓度范围在0~400 mg/L的DOM能够抑制黑土对Cu~(2+)的吸附,且抑制作用随着DOM浓度的增加而增大.Cu~(2+)在黑土上的吸附量随着p H值的增加而增加,DOM的抑制作用随着p H值的增加而增大.     

2种核桃果皮炭粉吸附去除Cu~(2+)的动力学研究

以核桃外果皮为原料,制备了未提取水溶性混合物的炭粉(WTQC)和已提取水溶性混合物的炭粉(YTQC)2种吸附剂。通过静态吸附试验,研究了接触时间、投加量、温度以及pH对2种吸附剂吸附去除Cu~(2+)的影响和吸附过程的动力学机理。结果表明,WTQC和YTQC分别在30 min、45 min基本达到吸附平衡,2种吸附剂的最佳吸附pH范围为3~5.7,吸附过程更符合准二级动力学模型,并且在投加量浓度分别为2.5g/L/和2g/L时,WTQC和YTQC对Cu~(2+)的去除率最高,WTQC对Cu~(2+)的去除率显著高于YTQC。试验表明,这两种炭粉对Cu~(2+)的去除率高,吸附效果好,是一种制备工艺简单,廉价易得的吸附剂。