海泡石改性及吸附Zn2+研究

金属离子型无机抗菌剂具有安全性好、抗菌广谱、时效长和耐热等许多优良性能,在许多领域有广泛的应用价值。金属离子型无机抗菌剂由金属抗菌离子和无机载体材料组成,其抗菌性能与载体材料对抗菌金属离子的吸附量有关。本文初步研究了对海泡石进行酸改性及用海泡石载抗菌锌离子(Zn2+)的两种工艺方式对海泡石结构及载Zn2+量的影响。通过原子吸收发射光谱、X射线衍射、扫描能谱电子显微镜及傅立叶变换红外光谱等技术的分析表明,用体积浓度为5%的HCL,在70℃温度下对海泡石进行酸处理,在提高海泡石纯度,分散海泡石纤维束、使海泡石结构中孔隙扩大,进而达到更多载入Zn2+目的等方面都是十分必要和有效的方法;采用干湿循环方式将Zn2+载于海泡石能提高海泡石的载Zn2+量,但干湿循环方式操作更复杂,能耗更大,应视具体情况酌情选择使用。     

微塑料对水中甲基橙的吸附特征分析

以甲基橙(MO)为目标污染物,微塑料为载体,通过吸附动力学和等温吸附实验,比较通用塑料聚丙烯(PP)、通用工程塑料尼龙(PA)、聚甲醛(POM)和特种工程塑料聚四氟乙烯(PTFE)4种典型材质吸附MO的能力,并采用扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)、显微拉曼光谱(Raman)、Zeta电位及傅立叶变换全反射衰减红外光谱(ATR-FTIR)技术手段对吸附前后PA进行表征,考察微塑料材质和PA粒径对MO吸附的影响,从而探究其可能存在的吸附机理。结果表明不同材质微塑料对MO的吸附能力具有明显差异性。其中,PA对MO的吸附量最大,可达7.39 mg/g,PA吸附MO的动力学过程包括起始的快速反应阶段和随后的慢速反应阶段,吸附过程符合二级动力学方程;等温吸附实验结果表明MO在PA上属于非均质化学吸附。静电作用及氢键的形成是造成不同材质微塑料吸附能力差异的主要原因,微塑料粒径大小与其对MO的吸附量呈显著负相关关系(R2=0.995, P<0.05),这与微塑料可提供的有效吸附位点息息相关。本研究可以为科学评价微塑料复杂的环境行为以及作为载体协同迁移污染物的能力提供依据。     

斜发沸石对模拟核素Sr2+的吸附/解吸动力学研究

以Sr（NO3）2为核素源、新疆富蕴县所产斜发沸石为吸附剂,研究斜发沸石对Sr2＋的动力吸附/解吸效果。探讨吸附时间、Sr2＋初始浓度与吸附量的关系以及吸附机理。用pH=6的水溶液对饱和吸附了Sr2＋的斜发沸石进行解吸。结果表明：斜发沸石对Sr2＋的吸附在4 h能达到最大吸附率的99%,Freundlich吸附等温式能对吸附曲线进行很好的描述,单位质量沸石对Sr2＋的最大吸附量为38.34 mg/g,以阳离子交换吸附为主。4.5 h后解吸率为1.78%,解吸速率远小于吸附速率,解吸量与解吸时间的自然对数呈现明显的线性关系,用Elovich方程对解吸曲线进行拟合,R=0.9994,拟合方程为：qt=0.03375＋0.11916lnt。理论上将5%的Sr2＋解吸出来约需5044 d。该斜发沸石固Sr2＋能力很强,对于处理含Sr2＋放射性废液具有重要的意义。     

13X沸石对Ni2+吸附性能的实验研究

在静态条件下，实验研究了13X沸石的用量、温度、时间、溶液pH值、初始Ni^2 质量浓度对Ni^2 吸附性能的。结果表明：在室温下，13X沸石对Ni^2 的吸附平衡时间为15min，对Ni^2 的最大吸附量为49.7mg/g沸石；静态等温吸附过程符合Langmiur吸附等温方程式；13X沸石对Ni^2 的吸附机理为离子交换吸附和表面络合吸附。     

坡缕石粘土对Cu2+的吸附热力学

将坡缕石粘土分离提纯后作为吸附剂,通过对水中Cu2+的静态吸附实验,考察了时间及介质pH值对吸附效果的影响,并对吸附平衡和吸附热力学特征进行了探讨。结果表明:在实验条件下坡缕石粘土对水中的Cu2+离子具有较强的吸附作用,吸附平衡时间约为60 min,pH值对吸附效果有显著的影响,吸附量随pH值的升高而增加,当平衡溶液pH>7时吸附率超过99%;吸附平衡与Langmuir方程的符合程度优于D-R方程和Freundlich方程,由Langmuir方程拟合饱和吸附量为33.0～34.0 mg/g,由D-R方程得平均吸附能Es为13 kJ/mol,吸附过程为离子交换反应;吸附过程吸热,吸附焓为16.97 kJ/mol,吸附Gibbs函数在-27～-24 kJ/mol之间,吸附熵大于零,吸附过程可自发进行。     

羟基磷灰石对水溶液中Fe3+的吸附动力学及热力学研究

研究了羟基磷灰石(HAP)对水溶液中Fe3+的吸附动力学及热力学。研究表明,HAP对水溶液中Fe3+的吸附符合Langmiur等温吸附,ct/q=0.006 4 ct+0.018 3;该吸附反应符合一级反应动力学方程,ln CR=-0.043 5 t+4.324 4;吸附反应活化能为Ea=36.26 k J/mol;标准摩尔反应焓为正值表明反应过程吸热;当温度大于285.7 K时,吉布斯自由能小于0,反应可自发进行。     

天然斜发沸石吸附去除水中氨氮机理研究

采用天然斜发沸石吸附去除水中氨氮,利用X射线衍射(XRD)和X荧光光谱(XRF)分析沸石的物相组成和化学成分。通过批试验考察p H、氨氮初始浓度和温度对沸石吸附氨氮的影响,通过吸附等温线、吸附热力学和吸附动力学的研究探讨天然斜发沸石吸附氨氮的机理。溶液p H=8时沸石对氨氮的吸附效果最佳。Freundlich吸附等温线较Langmuir能更准确描述天然斜发沸石吸附氨氮的过程,该吸附过程属优惠吸附。对吸附热力学参数计算得到吉布斯自由能变ΔG~00,熵变ΔH~00,说明天然斜发沸石吸附氨氮是自发的吸热过程;熵变ΔS~00说明氨氮在沸石上的分布较在水溶液中的分布倾向无序。吸附动力学符合准二级动力学方程,且随着氨氮初始浓度的增大,吸附反应的优惠程度降低。运用颗粒内扩散模型对实验数据的拟合结果表明吸附过程分为两个阶段:前30分钟主要是外表面吸附,30分钟后主要是颗粒内扩散。     

13X沸石分子筛对水中Hg2+吸附性能的实验研究

13X沸石分子筛吸附水中Hg2+的实验研究表明,13X沸石在pH值为5~6、时间为20 min、温度为20~30 ℃条件下对Hg2+ 的吸附效果最佳。在13X沸石的用量为4 g/L的条件下对原始浓度为0.2 ~100mg/L的Hg2+进行吸附,吸附量由0.035 6 mg/g增加到21.87 mg/g。13X沸石可使原始浓度为0.01 mg/L的Hg2+降至0.002 mg/L以下。饱和NaCl溶液对吸附Hg2+后的13X沸石解吸效果良好,解吸后的13X沸石循环使用4次,对Hg2+的吸附率仍未降低,表明13X沸石的重复利用效果良好。通过在洗脱Hg2+ 的解吸液中加入Na2S·9H2O,可使Hg2+形成HgS沉淀进行回收,回收率可达90%以上。实验表明,13X沸石适用于对水中低浓度Hg2+的深度净化处理。     

改性沸石对重金属离子竞争吸附特性研究

以钠型改性沸石为吸附剂,以含有单一的镉、锌、铅溶液以及镉、锌、铅的混合溶液为吸附质,开展了改性沸石中重金属离子的竞争吸附及其影响因素等实验研究。结果表明,当溶液中有多种二价重金属离子存在时,各离子之间存在竞争吸附,竞争能力为Pb2+>Cd2+>Zn2+;Zn2+-Cd2+表现出显著的协同吸附效应,而Zn2+-Pb2+、Cd2+-Pb2+表现出拮抗吸附。     

斜发沸石和丝光沸石的吸水性能

用离子交换、酸和碱处理斜发沸石来提高它的吸水能力没有取得明显效果。测得的斜发沸石、丝光沸石吸附水的等温线具有非线性特征,但25℃的等温线在水蒸气分压高于2400Pa 时,斜发沸石、丝光沸石和有粘合剂的合成分子筛的吸水量随着分压的升高而增加。这是由于样品中含有粘土矿物产生水蒸气的毛细凝聚作用而引起的。根据沸石的吸附热和水的蒸发热,用沸石作为吸附剂和水作为工质能建立一个高效的沸石太阳能利用体系。     

淡水中丝状绿藻对重金属Pb2+的吸附

通过淡水中绿藻门的一些丝状种类,如毛枝藻(Stigeoclonium)、刚毛藻(Cladophora)、水绵(Spirogyra)对铅的吸附实验,研究淡水藻类与铅的吸附关系及影响因素。结果表明,淡水中丝状绿藻对铅有较强的吸附能力, 当pH值和温度以及包埋藻类的量控制在一定条件下,即pH值约为4,温度为28℃左右,按照2 g藻类处理20 mL 质量浓度为100 mg/L Pb²⁺溶液原则包埋藻类,就可以使单位藻类吸附效率达到40％。     

不同环境条件对固定化细菌吸附低浓度Cd2+规律的影响

采用固定化技术将吸附重金属能力较强的优势细菌固定,然后将其对Cd²⁺进行吸附规律研究。结果表明：固定化细菌对Cd²⁺吸附是动态过程,120 min达到吸附平衡;随着重金属Cd²⁺浓度的增加,固定化细菌对其吸附量呈线性增加,而随着离子强度的增加,固定化细菌对其吸附量呈线性降低;当吸附体系pH=6时吸附量最大;环境温度对固定化细菌吸附影响不显著;共存Pb²⁺降低了固定化细菌对Cd²⁺的吸附量。     

粉煤灰、粘土、膨润土等对Zn2+的吸附试验研究

研究了粉煤灰、粘土、膨润土等从溶液中去除有毒金属离子Zn2+的吸附过程。动态试验显示吸附过程是快速的。吸附试验结果表明,粉煤灰、膨润土对Zn2+的吸附能力相当,但远大于粘土、粉质粘土。平衡吸附模型充分说明,在高浓度下Zn2+在粉煤灰、粘土、粉质粘土上的吸附符合Langmuir等温线。试验结果亦表明,随着吸附剂中Zn2+含量的增加,粉煤灰等吸附剂对Zn2+吸附的百分率均呈减小的趋势。     

天然闪锌矿可见光催化还原甲基橙的实验研究

本文研究了可见光下天然闪锌矿的光催化还原能力,通过可见光下天然闪锌矿对甲基橙的光催化降解实验讨论了天然闪锌矿晶格中的杂质缺陷、导带能级位置、光生空穴捕获剂和溶液pH值对可见光催化降解效率的影响。结果表明,在抗坏血酸做空穴捕获剂的条件下,经2 h的可见光催化实验,甲基橙能被天然闪锌矿完全还原降解。天然闪锌矿晶格中丰富的杂质缺陷在禁带中形成杂质能级,可将闪锌矿对光的响应拓展到可见光的波长范围。与天然金红石相比,闪锌矿对甲基橙的较强光催化还原降解效果与其导带电子更负的氧化还原电势有关。此外,空穴捕获剂和pH值的选择都是影响催化效果的关键因素。天然闪锌矿在可见光催化降解污染物领域颇有应用前景。     

Cu2+和Cd2+在蒙脱石-胡敏酸复合体上的吸附及其竞争

土壤和水体中的腐殖酸常常与粘土矿物紧密结合成为特殊的复合体.这种粘土矿物-腐殖酸复合体对重金属的吸附作用既有别于粘土矿物,更有别于腐殖酸.以蒙脱石和胡敏酸分别作为粘土矿物和腐殖酸的代表,通过一系列实验研究了Cu2+、Cd2+在单一体系和共存体系条件下在蒙脱石-胡敏酸复合体上的吸附作用,同时探讨了二者的竞争特点.实验结果表明,在单一体系条件下,蒙脱石-胡敏酸复合体对Cu2+的吸附量始终明显大于Cd2+,且二者的吸附量均随其初始浓度的增大而呈线性增大;而在Cu2+和Cd2+共存体系条件下,Cu2+的吸附量始终略大于Cd2+的吸附量,即复合体对Cu2+的吸附有较好的选择性.在吸附过程中,复合体中的蒙脱石与Cd2+和Cu2+的阳离子交换作用处于主导地位.无论是在单一体系还是在共存体系中,Cd2+优先替换电价相同而半径略大的Ca2+,而Cu2+则优先替换半径相近、电价低的Na+.因此,Cd2+的存在使Cu2+在复合体上的吸附量明显地减小,而Cu2+的存在对Cd2+的吸附几乎没有影响.这些实验结果将有助于深入探讨重金属离子在土壤、水体等环境中的迁移-固定行为.     

电气石矿物吸附铜离子试验研究

本文研究了电气石的单晶、电气石微粉对Cu2＋的吸附作用,试验表明：电气石单晶体表面存在着以C轴为两极的静电场,该静电场对Cu2＋的吸附作用效果明显。制备的电气石微粒越细,吸附效果越好。电气石的电场效应使得它在治理污水中Cu2＋污染具有广阔的前景。     

多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)吸附Cu2+的实验研究

细菌表面往往存在多种化学基团,能够通过吸附作用影响环境流体中金属元素的活动性,从而与表生条件下的元素富集、矿物成核结晶等地球化学过程密不可分。为了深入认识细菌吸附作用的地球化学意义和环境效应,揭示细菌吸附金属离子的热力学行为,选择了多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)为研究细菌,系统开展了滴定实验和Cu2 吸附实验。通过连续酸滴定方法分析了细菌表面的化学特征,发现多粘芽孢杆菌在pH值为7.54~6.50范围内,表面带负电荷,表现出质子吸附行为;设计开展了Cu2 吸附实验,发现溶液的pH值对Cu2 吸附有一定影响,可能存在Cu2 与细菌表面质子的交换作用;根据Cu2 吸附等温线拟合计算,发现吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附模型,根据Langmuir模型计算得到每个细胞的Cu2 饱和吸附量高达1.69×10-7mg。     

纳米水钠锰矿可见光光电化学响应与甲基橙降解活性

伴随环境污染问题日益加剧,光能的光电转化在催化及环境领域引起广泛关注。水钠锰矿是地表常见锰矿物之一,本文借助电化学电量控制法快速高效制备了纳米水钠锰矿电极。X射线衍射(XRD)、Raman光谱测试表明物相单一为水钠锰矿;原子力显微镜(AFM)观察电极微观形貌可见表面分布有不规则多边形格子状空隙,测定沉积电量为0.5、1.0、1.5 C水钠锰矿厚度分别约为30、200、450 nm。紫外可见漫反射吸收谱显示电极可显著吸收300~600 nm波长可见光,Tauc方程计算电极间接带隙约0.8~1.3 eV,直接带隙约2.0~2.3 eV,Mott-Schottky曲线计算平带电位约1.15 V,三电极载流子浓度分别为3.26×10~(19)、4.63×10~(19)、2.70×1020 cm~(-3)。光电流密度-时间曲线及线性扫描伏安曲线表明电极有良好光电化学响应活性Evs.SCE=1.0 V(饱和甘汞电极)恒电势光照条件下,150 min后0.5、1.0、1.5 C水钠锰矿电极对5 mg/L甲基橙降解率分别为66.3%,70.0%,67.5%,拟合反应速率常数k分别为0.44 h~(-1)、0.48 h~(-1)、0.46 h~(-1)(R20.996)。综上,本文研究表明纳米水钠锰矿电极能有效可见光光电催化降解甲基橙等有机污染物。     

Electrochemical Evidence for Pentasulfide Complexes with Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ and Zn2+

A series of stable pentasulfide complexes of the common base metals, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn exist in aqueous solutions at ambient temperatures. Pure sodium pentasulfide was prepared and reacted with the divalent cations of Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn in aqueous solution at ambient temperature. The S52- complexes were found to exist as determined by voltammetric methods.Pentasulfide complexes with compositions assigned as [M(1-S5)] and [M2(- S5)]2+ occur for Mn, Fe, Co and Ni where only one terminal S atom in the S52- binds to one metal (1 = mono-dentate ligand or M-S-S-S-S-S, = ligand bridging two metal centers or M-S-S-S-S-S-M). Conditional stability constants are similar for all four metals with log 1 between 5.3 and 5.7 and log 2 between 11.0 and 11.6. The constants for these pentasulfide complexes are similar to the tetrasulfide complexes and are approximately 0.4–0.8 log units higher than for comparable bisulfide complexes [M(SH)]+ as expected based on the higher nucleophilicity of S52- compared to HS-. Voltammetric results indicate that these are labile complexes.As with the bisulfide and tetrasulfide complexes, Zn(II) and Cu(II) are chemically distinct from the other metals. Zn(II) reacts with pentasulfide to form a stable monomeric pentasulfide chelate, [Zn(1-S5)] with log = 8.7. Cu(II) reacts with pentasulfide to form a complex with the probable stoichiometry [Cu(S5)]2 with log estimated to be 20.2. As with the other four metals, these complexes are comparable with the tetrasulfide complexes. Discrete voltammetric peaks are observed for these complexes and indicate they are electrochemically inert to dissociation. Reactions of Zn(II) and Cu(II) also lead to significant breakup of the polysulfide.The relative strength of the complexes is Cu > Zn > Mn, Fe, Co, Ni. Cu displaces Zn from [Zn(1- S5)] and both Cu and Zn displace Mn, Fe, Co and Ni from their pentasulfide complexes.     

面包酵母菌吸附黄铜矿微生物浸出矿液中Cu~(2+)的试验研究

选用面包酵母菌为吸附菌株,研究了菌株吸附黄铜矿微生物浸出矿液中Cu2+的吸附富集过程,探讨了吸附试验中pH值、温度和初始菌体加入量对Cu2+吸附效果的影响。结果表明:在酵母菌吸附Cu2+的过程中,菌体细胞上的蛋白质酰胺和多糖等成分更多地参与了吸附Cu2+的过程,Cu2+与菌体表面的有机基团结合形成颗粒物沉淀附着在细胞壁上。菌株动力学吸附分析中发现,实验用各菌株对Cu2+的动力学吸附过程除了受菌株种属的影响外,还应与菌株的细胞壁形貌、菌株本身的生长状况的等因素相关。在pH=4.5、t=30℃、初始菌体加入量8.0 g/L的条件下,吸附反应14 h后酵母菌的最佳铜吸附率可达66.64%,面包酵母菌可以吸附富集黄铜矿微生物浸出矿液中的Cu2+,可以有效回收低品位黄铜矿中的铜资源。