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。     

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。     

氨基化硅藻基As(Ⅴ)印迹复合材料的制备与性能

采用硅藻作为材料载体、选取氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)作为功能单体、As(Ⅴ)为模板离子、环氧氯丙烷(ECH)为交联剂通过表面印迹组合,制备了砷离子印迹复合材料,并将其应用于二元体系中对砷离子的选择吸附。采用扫描电镜、X射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱及N_2吸附-脱附实验对材料进行表征,探究了硅藻基表面印迹法的搭接方式:氨基丙基三甲氧基硅烷首先通过缩合反应脱去甲氧基,与硅藻表面的活性羟基形成了(Si-O)_3≡Si-R结构,在硅藻表面形成有效接枝,通过环氧氯丙烷与APS中的氨基交联形成印迹结合位点,从而在硅藻表面形成了具有As(Ⅴ)选择性的复合印迹孔穴。采用选择性系数法,得出离子印迹复合材料对砷离子(As(Ⅴ))的去除率为98%,相对选择性系数(k′)均大于1.5。     

表面印迹法制备钴(Ⅱ)离子印迹硅胶及性能

采用表面印迹技术, 以Co(Ⅱ)离子作为印迹离子, 二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷为功能分子, 硅胶为支撑物, 环氧氯丙烷为交联剂, 在硅胶表面制备Co(Ⅱ)离子印迹硅胶材料, 利用红外光谱仪、扫描电镜和热重分析仪等进行了表征, 采用平衡吸附法研究了印迹硅胶材料的吸附性能和选择识别能力. 结果表明, 印迹硅胶材料和非印迹硅胶材料的最大吸附量分别为35.2和6.5 mg/g; 印迹硅胶材料对Co(Ⅱ)离子的吸附行为符合Langmuir模型; 20 min即可达到吸附平衡; 当pH=3.9~7.8时, 印迹硅胶材料保持了较好的吸附容量; 印迹硅胶材料对Co(Ⅱ)离子具有较强的选择性识别能力; 重复使用时性能稳定.     

“一锅法”制备氨基官能化介孔二氧化硅用于吸附As(V)EI北大核心CSCD

采用3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷(AAAPTS)为单体,通过“一锅法”制备了一种氨基官能化介孔二氧化硅吸附材料用于吸附As(V)。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附-脱附分析对材料进行表征,并对吸附条件进行优化。结果表明,氨基官能化介孔二氧化硅在吸附环境为pH 3,温度25℃,吸附时间30 min时达到最佳吸附效果,其饱和吸附量为93.74 mg/g。动力学吸附、等温吸附实验结果表明,合成的材料符合伪二阶动力学模型且属于单层吸附的化学结合过程。本研究为去除环境水样品中的As(V)提供了潜在吸附材料。     

基于响应面法优化的La(OH)3吸附水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)特性对比

以La(OH)_3为原材料,探究其对水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能,并考察吸附剂投加量、p H值、初始浓度及温度对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)吸附效果的影响。在单因素初步实验基础上,采用响应面法对La(OH)_3吸附水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)过程进行优化,并研究等温吸附及吸附动力学、热力学特性。结果表明,水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳去除条件分别为:投加量为0.437g和0.469g,p H值为4.365和3.672,初始浓度为106.716mg/L和108.65mg/L,该条件下As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达71.68%和99%以上,且相同条件下As(Ⅴ)的去除效果要优于As(Ⅲ)。等温吸附及动力学拟合结果表明,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附等温线均符合Freundlich模型,相同条件下As(Ⅴ)优于As(Ⅲ)的吸附效果,As(Ⅴ)在200mg/L时的吸附量是As(Ⅲ)的1.43倍,吸附过程均遵循准二级动力学模型,吸附过程为吸热且非自发反应过程。     

树脂预分离氢化物-原子荧光光谱法测定水中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

建立了As(Ⅲ)、As(V)的树脂分离 氢化物 原子荧光光谱分析方法。利用717阴离子交换树脂选择性的吸附水中的As(Ⅴ),从而实现了对水样中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的分离。考察了溶液的pH和流速以及洗脱剂浓度等条件对分离效果的影响,同时研究了仪器的工作条件、KBH4质量浓度和介质浓度对砷原子荧光强度的影响,并对测定砷时共存离子的干扰和消除进行了探讨。在最佳工作条件下,砷的检出限为0.096μg L,相对标准偏差为2.1%,将该方法应用于水样分析,其回收率为94.7%～107.9%。     

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.     

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.     

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.     

乙二胺改性木屑对As(V)的吸附研究

以乙二胺对木屑进行改性作为重金属离子的吸附剂,研究了其对水溶液中砷离子[As(Ⅴ)]的吸附行为。采用红外光谱(FT-IR)对改性木屑进行了表征。研究表明,乙二胺改性木屑对As(Ⅴ)的吸附符合Freundlich等温吸附模型,在p H值为6.5、温度为298.15K、投加量为2g/L、As(Ⅴ)溶液初始浓度为500mg/L时,改性木屑对As(Ⅴ)的吸附量为148.76mg/g。动态吸附实验表明,乙二胺改性木屑对As(Ⅴ)的吸附动力学可以用准二级动力学方程描述,说明它的吸附机理是一个物理与化学吸附相结合的过程。     

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。     

微孔结构铅(Ⅱ)印迹聚合物的制备及其吸附性能的FAAS法分析

以8-羟基喹啉作为络合剂,Pb(NO_3)_2为模板离子,苯乙烯、EGDMA和AIBN分别为功能单体、交联剂和引发剂,本体聚合技术制备微孔结构Pb~(2+)印迹聚合物,用于从水溶液中快速吸附和选择分离痕量Pb。傅里叶变换红外光谱法和扫描电镜表征Pb-IIPs和NIPs的表面形貌和结构。以FAAS法研究了Pb~(2+)初始质量浓度、溶液pH及吸附时间等因素对聚合物吸附性能的影响。结果表明,Pb~(2+)的最佳吸附条件为:Pb~(2+)初始质量浓度为10mg/L,pH5~6,吸附时间约为4h时,最大吸附容量达到2.86mg/g,是非印迹聚合物吸附容量的3.95倍;印迹聚合物重复使用5次以上,选择分离痕量Pb重复效果较好。     

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。     

As(Ⅲ)和As(Ⅴ)与牛血清白蛋白的结合平衡研究

在模拟动物体生理条件下,研究As(Ⅲ)和As(V)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.用氢化物发生-超低温捕集-原子吸收分光光度法测定平衡透析后As(Ⅲ)或As(V)的浓度,用Scatchard方法分别处理实验数据,确定结合部位和结合常数.发现当As(Ⅲ)浓度(cAs(Ⅲ)∶cBSA≤1∶1)较低时,在BSA中有1.3个强结合部位,结合常数为1.7×106,为强结合;当As(Ⅲ)的浓度(cAs(Ⅲ)∶cBSA≥2∶1)较高时,没有明显的特征结合点,表现为弱结合.而As(V)与BSA无任何结合作用.     

季铵型阴离子交换纤维填充微柱吸附分离As(V)/As(Ⅲ)

借助季铵型阴离子交换纤维在弱酸性介质中对As(V)和As(Ⅲ)吸附效果的差异性,结合紫外分光光度法,建立了一种利用纤维填充微柱分离As(V)和As(Ⅲ)的新方法。考察了样品pH、样品流速、初始浓度等因素对As(Ⅲ)和As(V)分离效果的影响。在最优工艺条件下,吸附柱对砷含量在1.0~12.0mg/L的样品的分离效率在95%以上,微柱可重复使用15次以上,再生性良好。     

戊二醛交联壳聚糖印迹材料对稀土中Cu(Ⅱ)的选择吸附性能研究

采用离子印迹技术,以羧甲基壳聚糖(CMC)为原料、戊二醛(GLA)为交联剂,制得交联印迹材料GLA-Cu-CMC。研究了该材料对模板离子的结合性能与识别选择性。探讨了溶液的pH值、吸附时间等因素对吸附性能的影响。结果表明,材料GLA-Cu-CMC对Cu(II)可产生吸附作用,最大吸附量达到36.5mg/g;在Cu(II)/La(III)二元离子混合溶液下,该印迹材料仅对模板Cu(II)有吸附作用,而对La(III)没有吸附。     

铅离子印迹聚合物的制备、表征及其在水溶液中的吸附行为研究

以Pb2+为模板,壳聚糖为单体,硅胶为载体,γ-(2,3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)为偶联剂,利用表面分子印迹技术和溶胶-凝胶法制备了Pb2+ 印迹聚合物.采用傅立叶变换红外光谱法(FT-IR)、紫外光谱法、扫描电镜对Pb2+ 印迹和非印迹聚合物的表面形貌和结构进行表征;并用电感耦合等离子体原子发射光谱法考察了吸附酸度、吸附剂用量、静置时间等对聚合物吸附性能的影响;研究了印迹聚合物在混合溶液中对Pb2+ 的选择性,比较了印迹和非印迹聚合物的吸附容量;并提出了印迹聚合物的印迹吸附机理.在最佳吸附酸度pH=4.5时,0.3 g 吸附剂吸附5 h达到平衡,Pb2+印迹聚合物对模板离子具有较高的选择性,其饱和吸附容量是非印迹聚合物的2倍.     

碳羟基磷灰石除废水中铬(Ⅵ)吸附动力学和热力学研究

利用废弃蛋壳合成碳羟基磷灰石(CHAP)对含铬(Ⅵ)离子废水进行吸附实验研究,考查了溶液的pH值、吸附时间和温度对吸附平衡的影响,并探讨了吸附动力学和热力学行为.结果表明:常温下,吸附时间为30min、pH=3.0、5g/L CHAP对50mg/L的铬(Ⅵ)离子的吸附率达到98.3%以上,CHAP对铬(Ⅵ)离子的吸附机理符合Langmuir和Freundlich方程;准二级动力学模型比准一级动力学模型能更好地描述CHAP对含铬(Ⅵ)离子吸附动力学行为;不同温度下的吸附热力学的吉布斯自由能以及熵变和焓变显示该吸附过程为自发吸热反应.     

磷酸酯化改性梨渣吸附污水中Cu(Ⅱ)离子的研究

通过批次试验法研究了不同pH值、吸附剂浓度、试验物浓度和吸附时间条件下磷酸酯化改性梨渣对Cu(Ⅱ)离子的吸附.溶液pH=4.5时,Cu(Ⅱ)离子的吸附达到最大值;浓度为100 mg/L的Cu(Ⅱ)离子,15g/L及以上的改性梨渣能吸附62%Cu(Ⅱ)离子.酯化梨渣对Cu(Ⅱ)离子的吸附符合Langmuir等温模型,其最大吸附能力为20.16 mg/g.Cu(Ⅱ)离子达到吸附平衡的时间为loo min,准一级反应动力学方程可描述酯化梨渣对Cu(Ⅱ)离子的吸附过程.