树脂基纳米复合材料吸附水中As(Ⅲ)的性能比较研究

分别将水合氧化铁/锆/铈3种纳米颗粒负载到强碱性阴离子交换树脂D201上,制备得到3种树脂基纳米复合材料HFO-201、HZO-201和HCO-201。3种纳米复合材料的比表面积、孔道结构等特征参数通过氮气吸附仪进行测定,并根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)和Barrett-Joyner-Halenda(BJH)模型进行计算。通过静态吸附实验考察了各种材料对水中As(Ⅲ)的吸附性能,结果表明,与HFO-201和HZO-201相比较,载铈复合材料HCO-201除As(Ⅲ)表现出更高的吸附容量、更快的吸附速率及更好的吸附选择性;模拟实际污水除砷工艺,开展固定床动态吸附研究,HCO-201的有效处理体积可达2900BV,高于HFO-201和HZO-201的有效处理体积(300BV、1150BV),吸附饱和后的HCO-201纳米复合材料可以通过NaOH-NaCl混合溶液实现完全再生。通过X射线光电子能谱(XPS)初步分析,HCO-201除砷机理可能是负载的Ce先氧化As(Ⅲ)成As(V),再进行吸附,从而实现As(Ⅲ)的强化去除。     

新型树脂基水合氧化铁对水体中微量砷的吸附性能研究

将水合氧化铁固载于凝胶型强碱阴离子树脂N201上并合成出新型除砷吸附剂N201-Fe.研究了不同实验条件下N201-Fe对去除水溶液As(V)的影响.实验结果表明,N201-Fe对砷的吸附受pH值的影响较小;N201-Fe对As(V)具有很高选择性,在Cl-、HCO3-、SO42-等竞争离子共存时,N201对As(V)的去除率不到2%,而N201-Fe却高达90%.N201-Fe对As(V)的高选择性归因于N201-Fe中水合氧化铁与As(V)之间的络合配位能力及树脂表面的Donnan膜效应.静态吸附实验表明N201-Fe吸附As(V)的等温线符合Freundlich模型,热力学结果显示,该吸附过程为吸热过程.动态穿透实验表明,模拟水中的As(V)经N201-Fe处理后可达到中国和美国的饮用水标准,且N201-Fe的吸附处理量较N201提高30多倍.     

As(Ⅴ)离子印迹有机-无机杂化材料的制备及其对As(Ⅴ)的选择性吸附

采用水热辅助表面印迹技术,制备了氨基功能化As(V)离子印迹有机-无机杂化材料,利用红外光谱和扫描电镜表征了其形貌和表面官能团,采用平衡吸附法研究了印迹杂化材料对As(V)的吸附行为及机理,计算了等温吸附模型和吸附动力学的参数。结果表明,水热辅助表面印迹法可以显著提高印迹杂化材料的吸附容量,在20℃时,吸附量达到47. 5mg/g,吸附平衡时间为30min;在pH 4～9范围内,pH对吸附容量没有显著性影响;离子印迹杂化材料显示出优异的选择性,其再生5次后,As(V)的吸附容量没有大幅降低;As(V)离子在离子印迹杂化材料的吸附过程符合Langmuir和准二级动力学模型。     

As(Ⅴ)离子印迹有机-无机杂化材料的制备及其对As(Ⅴ)的选择性吸附

采用水热辅助表面印迹技术,制备了氨基功能化As(V)离子印迹有机-无机杂化材料,利用红外光谱和扫描电镜表征了其形貌和表面官能团,采用平衡吸附法研究了印迹杂化材料对As(V)的吸附行为及机理,计算了等温吸附模型和吸附动力学的参数。研究结果表明：水热辅助表面印迹法可以显著提高印迹杂化材料的吸附容量,在20 °C时,吸附量达到47.5 mg?g-1;在20 °C条件下,吸附平衡时间为30 min;在pH值4-9范围内,pH值对吸附容量没有显著性影响;离子印迹杂化材料显示出优异的选择性;离子印迹杂化材料再生五次后, As(V)的吸附容量没有大幅降低;As(V)离子在离子印迹杂化材料的吸附过程符合 Langmuir和准二级动力学模型。     

新型载锆树脂除As(V)的研究

通过研究4种不同树脂负载锆后去除As(V)的性能,筛选出最佳锆载体为强碱性阴离子交换树脂D201。通过正交实验对载锆树脂制备工艺进行优化,获得最佳载锆条件为:Zr OCl2加入量10g,HCl-Na Cl摩尔比为0.3:0.3(共0.6mol),温度为30℃。研究了不同条件下D201-Zr对As(V)的吸附性能,结果表明,D201-Zr吸附As(V)的最佳p H值为7.0;最大吸附量为83.24mg/g;其对砷酸盐的吸附平衡时间很短,在60min之内基本可以达到吸附平衡;吸附动力学可以用拟二级动力学方程表达;吸附等温线符合Langmuir单分子层吸附模型;C1-、SO42-等对D201-Zr吸附砷酸盐的影响较小,而PO43-的影响较大。柱实验表明,D201-Zr对砷酸钠不仅有很好的去除效果,而且处理量很大。模拟水样经处理后As(V)浓度低于10μg/L,可以满足中国饮用水标准的规定。吸附后的D201-Zr可用Na OH-Na Cl(质量分数均为5%)混合液进行洗脱再生,反复使用多次后吸附能力未下降。     

Cu~(2+)负载疏松多孔型羟胺改性聚丙烯腈对As(V)的吸附性能

采用高内相比乳液模板法合成出疏松多孔型聚丙烯腈(PAN),对其进行羟胺改性后再与Cu~(2+)配位,得到Cu~(2+)负载疏松多孔型羟胺改性聚丙烯腈(AO-PAN/Cu~(2+))。对所合成的AO-PAN/Cu~(2+)吸附剂进行了红外光谱、扫描电镜、热重分析等表征,并研究了其对As(V)的吸附性能。该吸附剂对As(V)的最大吸附量为0.22mg/g,吸附过程符合拟二级动力学方程。在竞争离子存在下,AO-PAN/Cu~(2+)对As(V)具有较高的吸附选择性。固定床实验结果表明,AO-PAN/Cu~(2+)对含量为400μg/L的含砷模拟废水中的As(V)具有良好的分离性能,穿透体积达到110BV。     

载铁-锆复合树脂对水中锑的吸附效能研究

为探讨新型金属氧化物负载型树脂对水中Sb(V)的吸附效能,以D201树脂为载体,制备得到一种铁-锆水合金属氧化物负载型树脂吸附剂,通过静态、动态吸附试验,考察了该吸附剂对水中Sb(V)的吸附效能。研究结果表明,通过化学负载处理,在D201树脂载体上负载有均匀、致密的铁-锆水合金属氧化物吸附层。载铁-锆复合树脂对Sb(V)的最大饱和吸附容量为73.75mg/g。在反应时间为90min内,该吸附剂对水中Sb(V)的吸附快速达到吸附平衡状态。最佳的反应pH值范围为2.82~4.30。水中共存的SO_4~(2-)对该吸附剂的Sb(V)吸附量的影响较为显著,而Cl~-、NO_3~-的影响相对较小。该吸附剂对废水中Sb(V)的去除率达98.9%,出水中残余锑浓度满足《锡、锑、汞工业污染排放标准(GB30770-2014)》中锑的排放浓度限值。     

氨基功能化纳米Fe3O4磁性高分子吸附剂对废水中Cr(VI)的吸附研究

采用分散聚合法通过共聚、开环反应, 对纳米Fe3O4进行表面功能化修饰, 得到富含NH2官能团的纳米磁性高分子复合材料. 通过透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、热重差热分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)等对其进行表征, 着重研究了其作为吸附剂对Cr(VI)的吸附性能. 结果表明: 该吸附剂对Cr(VI)的吸附能在10 min内达到平衡; 废水溶液pH值能显著影响吸附剂对Cr(VI)的吸附效果, pH为2.5时效果最佳. 废水中Cr(VI)的初始浓度、吸附时间、温度等因素对吸附效果均有不同程度的影响. 结合相应pH值下Cr(VI)的形态分布, 探讨了这种新型材料对Cr(VI)的吸附机理. 结果表明: 其吸附机理及吸附容量与废水中Cr(VI)的离子形式有关; 吸附过程以离子交换与静电引力为主. 等温吸附数据符合Langmuir模型, T＝308 K, pH＝2.5, V＝40 mL时, 吸附剂的饱和吸附容量qm＝25.58 mg/g. 吸附为吸热过程, 焓变ΔH＝8.64 kJ/mol.     

氨基功能化纳米Fe3O4磁性高分子吸附剂对废水中Cr(Ⅵ)的吸附研究

采用分散聚合法通过共聚、开环反应,对纳米Fe3O4进行表面功能化修饰,得到富含NH2官能团的纳米磁性高分子复合材料.通过透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、热重差热分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)等对其进行表征,着重研究了其作为吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附性能.结果表明:该吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附能在10 min内达到平衡;废水溶液pH值能显著影响吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附效果,pH为2.5时效果最佳.废水中Cr(VI)的初始浓度、吸附时间、温度等因素对吸附效果均有不同程度的影响.结合相应pH值下Cr(Ⅵ)的形态分布,探讨了这种新型材料对Cr(Ⅵ)的吸附机理.结果表明:其吸附机理及吸附容量与废水中Cr(Ⅵ)的离子形式有关;吸附过程以离子交换与静电引力为主.等温吸附数据符合Langmuir模型,T=308 K pH=2.5,V=40 mL时,吸附剂的饱和吸附容量qm=25.58 mg/g.吸附为吸热过程,焓变△H=8.64 kJ/mol.     

TiO2@MWNTs纳米复合材料的制备及其储锂性能

以TiOSO4为钛源,多壁碳纳米管(MWNTs)为载体,溶剂热法制备了多壁碳纳米管/二氧化钛纳米复合材料(TiO2@MWNTs),并利用XRD,SEM,TEM,N2吸附-脱附和TG-DSC等测试手段对合成产物的结构和形貌进行表征,用恒流充放电测试研究TiO2@MWNTs纳米复合材料的储锂性能.N2吸附-脱附曲线和孔径分布曲线证实TiO2@MWNTs存在多级孔道结构以及较大的比表面积.电化学测试结果表明,与纯TiO2颗粒相比,TiO2@MWNTs纳米复合材料具有更好的容量保持率和倍率性能.在1 C倍率下,复合材料的可逆容量为200 mAh?g-1,循环100圈后容量仍达182 mAh?g-1,即使在10 C大倍率下,容量约为100 mAh?g-1左右.     

Fe_3O_4@还原氧化石墨烯纳米复合材料及其对四环素类抗生素的吸附研究

金霉素、四环素和土霉素等是常用兽用抗生素,随着家畜排泄物堆肥的使用,3种抗生素进入到环境中成为新兴的污染物。本文采用一锅法,以葡萄糖为还原剂,制备了自组装的Fe_3O_4纳米颗粒与还原氧化石墨烯的纳米复合材料(Fe_3O_4@rGO),采用平衡吸附法研究了Fe_3O_4@rGO对3种抗生素的吸附性能和行为。表征结果显示,Fe_3O_4@rGO具有两种前驱体的特征,Fe_3O_4纳米颗粒均匀分散在rGO表面上。吸附结果表明,Fe_3O_4@rGO对3种抗生素的吸附速率很快,20min基本达到吸附平衡;当溶液pH值在4～8时,pH值对3种抗生素的吸附容量没有显著性的影响;Fe_3O_4@rGO对3种抗生素的吸附容量均大于单纯的Fe_3O_4和rGO;Fe_3O_4@rGO对金霉素(189.2mg/g)和四环素(199.7mg/g)有较高的吸附容量,而对土霉素(112.5mg/g)的吸附容量相对较低,这是由于土霉素与Fe_3O_4和rGO的结合力均相对较弱造成的;3种抗生素在Fe_3O_4@rGO上的吸附过程可用Langmuir等温吸附模型和准二级动力学方程来描述。     

D201×4树脂对铼(Ⅶ)的交换性能研究

研究了D201×4树脂对铼(Ⅶ)的吸附性能,实验结果表明,在pH=2.7的HAc-NaAc缓冲体系中,静态饱和交换容量为634mg/g树脂;用4.0mol/LNaOH作为解吸剂,一次解吸率达93.5%;等温吸附服从Freundlich经验式;反应开始阶段的表观吸附速率常数k298K=9.58×10-5s-1;反应的△H=-12.10kJ/mol;吸附物中树脂功能基与Re(Ⅶ)的摩尔比约为1:1,并用红外光谱初步探讨了树脂吸附铼的反应机理。     

白果壳遗态结构Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料对水中As(Ⅴ)的吸附性能研究

以白果壳为结构模板,通过铁改性制备获取一种白果壳遗态结构Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料(Fe/C-G)为吸附剂,系统探讨了Fe/C-G对水中As(Ⅴ)的吸附特征和机制。结果表明,改性后的Fe/C-G吸附剂活性官能团和吸附位点显著增加;pH值为3时,Fe/C-G吸附剂对As(Ⅴ)的吸附效果最佳;投加量为0.2g时,在保证去除率的同时也使吸附剂用量最优化;较高的初始浓度不利于Fe/C-G吸附As(Ⅴ)。Fe/C-G吸附As(Ⅴ)的过程存在多个控速的步骤;吸附过程以化学吸附为主,物理吸附为辅,升高温度对吸附有益,吸附过程是自发、熵增的吸热反应过程,反应热值为15.653kJ/mol;XPS对吸附前后材料表征分析结果可知,Fe/C-G对As(Ⅴ)的吸附过程中还原作用占主导地位。     

载Fe活性炭纤维除As(Ⅴ)的动力学及机理

研究了铁改性活性炭纤维(Fe-ACF)吸附地表水中砷离子的吸附特性。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积和孔径变化等探讨了Fe-ACF表面物质形貌、组成和吸附机理,考察了不同pH值和吸附剂投加量对As(Ⅴ)去除效果的影响,讨论了303K、313K、323K等条件下的吸附动力学及热力学。实验结果表明,Fe-ACF表面生成的氧化物为Fe2O3和Fe3O4,改性前后比表面积和孔容显著减小,吸附机理为Fe(OH)3(s)絮凝除As(Ⅴ)和活性炭纤维吸附除As(Ⅴ)。当pH=7,吸附剂投加量为2.0g/L时,出水As(Ⅴ)浓度可以达到国家地表水环境质量标准(<0.05mg/L)。Fe-ACF对As(Ⅴ)的吸附动力学及等温吸附的实验结果与准二级动力学模型及Langmuir等温吸附模型相吻合;吸附速率及吸附容量都随着温度的增加而增加;吸附速率k2从0.0372g/mg min增加到0.0434g/mg min,由Langmuir等温吸附拟合得到的吸附容量从11.31mg/g增加到18.34mg/g。根据标准吉布斯自由能变ΔG0<0、标准反应焓变ΔH0>0判断,Fe-ACF对As(Ⅴ)的吸附为自发的吸热过程。     

载铁(β-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂去除地下水砷(Ⅲ)的研究

制备了一种载铁(β-FeOOH)球形棉纤维素吸附剂,并用于地下水中As(Ⅲ)的去除.吸附剂对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)在吸附容量、选择性和速率等方面都具有良好的性能,无需预氧化As(Ⅲ),其适用pH范围宽,不必调节原水的pH.吸附剂孔隙度大,机械强度好,活性成分铁的载入量高,吸附As(Ⅲ)的活性好.Langmuir和Freundlich方程能较好地描述吸附平衡方程,其吸附动力学符合Lagergren准二级方程.吸附As(Ⅲ)的最佳pH范围为6-9.SO42-和Cl-等干扰离子均不影响As(Ⅲ)的去除.柱吸附实验表明,即使在较高流速和As(Ⅲ)进水浓度下,吸附剂对As(Ⅲ)的去除依然具有很高的穿透容量和饱和容量.吸附剂可以用NaOH溶液再生,洗脱和再生效率较高.活性成分β-FeOOH形态稳定,柱实验和再生时铁均无泄漏.     

As(V)在TiO2表面的吸附机理

用延展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱和密度泛函理论(DFT)研究了As(V)-TiO2体系的吸附机理. 离子强度变化对As(V)-TiO2体系吸附无显著影响, 表明吸附后形成了内层络合物. EXAFS结果表明, As(V)原子主要通过—AsO4上的O原子结合到TiO2表面上, 平均As-O原子间距(R)在吸附前后无明显变化, 保持在(0.169±0.001) nm. As-Ti层的EXAFS分析结果与DFT计算的吸附构型的As-Ti原子间距对照表明, 体系存在两种主要亚稳平衡吸附(MEA)结构, 即对应于R1=(0.321±0.002) nm 的双角(DC)强吸附构型和R2=(0.360±0.002) nm的单角(SC)弱吸附构型. 而且随着吸附量由9.79 mg·g-1增加至28.0 mg·g-1, 吸附样品中双角构型配位数与单角构型配位数的比值(CN1/CN2)从3.3降低到1.6, 说明双角亚稳平衡吸附结构在低覆盖度时占优势, 而在高表面覆盖度时单角亚稳平衡吸附结构占优势, 即在表面覆盖度较大时, As(V)在TiO2表面上倾向于形成单角构型.     

胺基改性磁性纳米石墨片复合材料的制备与表征

以纳米石墨片(GNS)为载体,FeCl_3·6H_2O为前驱体,乙二胺为改性剂和还原剂,乙二醇为表面活性剂和还原剂,无水乙酸钠为稳定剂,通过溶剂热法一步制备了胺基改性磁性GNS(NH_2-GNS/Fe_3O_4)纳米复合材料.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和振动样品磁强计(VSM)对样品进行了表征,并研究了其对水溶液中Ag(Ⅰ)的吸附性能.结果表明,NH_2-GNS/Fe_3O_4纳米复合材料的磁性能可以满足固液相分离的要求.NH_2-GNS/Fe_3O_4纳米复合材料对Ag(Ⅰ)具有吸附性能,且在对Ag(Ⅰ)的吸附过程中将Ag(Ⅰ)还原为单质银,该吸附过程为发生在均质表面的单层吸附.     

基于Donnan膜效应的树脂基水合氧化铁的制备及对砷的吸附性能研究

以大孔强碱性离子交换树脂D201为载体, 利用FeCl₃-HCl-NaCl溶液特有的性质制备出一种基于Donnan膜效应的新型树脂基水合氧化铁D201-HFO. 研究结果表明, D201-HFO对砷的吸附容量较美国同类专利产品ArsenX有较大提高, 同时该材料表现出对砷良好的吸附选择性和吸附动力学性能. 固定床吸附结果表明, 通过D201-HFO的吸附处理, 受污染水体中砷的含量可降至10 μg/L(我国生活饮用水新标准GB5749-2006)以下, 吸附后的D201- HFO可被NaOH-NaCl溶液彻底再生. 稳定性实验表明, HFO在D201树脂孔道内较为稳定, D201-HFO是一种性能优良、具有广泛应用前景的除砷吸附剂.     

水热-溶胶-凝胶法合成多壁碳纳米管-Na_3V_2(PO_4)_3复合物及其作为锂离子电池正极材料的性能（英文）

采用水热和溶胶-凝胶相结合的方法,制备了具有良好电化学性能的新型多壁碳纳米管-Na3V2(PO4)3(MWCNT-NVP)复合材料(MWCNT的质量分数为8.74%).通过场发射扫描电子显微镜表征可知,MWCNT分散在NVP纳米颗粒之间,并起到"电子导电线"的作用.与纯Na3V2(PO4)3相比,MWCNT-NVP具有更高的比容量和更优异的循环性能.在0.2C(35.2 mA·g-1)的电流密度下,3.0-4.5 V的电压范围内,MWCNT-NVP的初始比容量为82.2 mAh·g-1.循环100次以后,比容量为72.3 mAh·g-1.在1.0-3.0 V充放电时,MWCNT-NVP的初始容量为100.6 mAh·g-1.100次循环以后,其容量保持率高达90%.同时,交流阻抗测试表明,由于MWCNT的存在,MWCNT-NVP的导电性有了显著的提高.以上结果表明,MWCNT-NVP是一种良好的锂离子电池电极材料.     

桉树遗态Fe/C复合材料对水中磷的动态吸附研究

以桉树遗态Fe/C复合材料为吸附剂,溶液初始p H值、吸附剂粒径、流速、含P(V)模拟废水初始浓度、吸附剂投加量和温度为影响因素,开展了对P(V)的动态吸附行为研究。研究表明,吸附剂粒径(20~40mesh到100mesh)和吸附剂投加量(1~4g)越大、流速(3.43~15.41m L/min)和初始浓度(5~30mg/L)越小,桉树遗态Fe/C复合材料对目标污染物的吸附效果越好;溶液的p H值为3时吸附效果最佳;温度对吸附效果的影响不大。桉树遗态Fe/C复合材料吸附初始浓度为10mg/L的P(V)溶液所得到的平衡吸附量为6.61mg/g。Thomas模型和Yoon-Nelson模型均能很好地描述桉树遗态Fe/C复合材料对P(V)的动态吸附行为,获得的拟合值和实验值基本吻合。