各类吸附剂的机理及其研究进展
《复合型钾基CO2吸附剂的制备及其吸附机理研究》
《复合型钾基CO2吸附剂的制备及其吸附机理研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展和人类活动的大量增加,CO2的排放已成为全球性的环境问题。
面对这一问题,人们提出了各种有效的解决方法,而其中之一就是利用吸附剂来捕获和储存CO2。
钾基吸附剂因其高吸附性能和低成本的特性,在CO2的吸附和储存中具有重要地位。
本文旨在研究复合型钾基CO2吸附剂的制备方法及其吸附机理,以期为CO2的减排和储存提供新的思路和方法。
二、复合型钾基CO2吸附剂的制备制备复合型钾基CO2吸附剂,我们首先需要选择合适的原料。
一般来说,这种吸附剂的原料主要包括钾化合物(如KOH、K2CO3等)和载体(如活性炭、硅胶等)。
这些原料经过混合、研磨、成型、干燥和煅烧等步骤,最终形成复合型钾基CO2吸附剂。
具体步骤如下:1. 原料准备:根据实验需求,准确称量所需的钾化合物和载体。
2. 混合研磨:将称量好的原料混合后,进行研磨,使各组分均匀混合。
3. 成型:将研磨后的混合物放入模具中,通过压力使其成型。
4. 干燥:将成型的吸附剂放入干燥箱中,在一定的温度下进行干燥。
5. 煅烧:将干燥后的吸附剂放入马弗炉中,在一定的温度下进行煅烧,使钾化合物与载体充分反应,形成复合型钾基CO2吸附剂。
三、吸附机理研究对于复合型钾基CO2吸附剂的吸附机理,我们主要从化学吸附和物理吸附两个方面进行研究。
1. 化学吸附:钾基吸附剂通过与CO2发生化学反应,生成碳酸盐等化合物,从而实现对CO2的吸附。
这种吸附方式具有较高的吸附能力和较长的使用寿命。
2. 物理吸附:除了化学吸附外,复合型钾基CO2吸附剂还具有物理吸附的能力。
这种吸附方式主要依靠吸附剂表面的孔隙结构和表面能,实现对CO2的吸附。
物理吸附的优点是吸附速度快,但吸附能力相对较低。
四、实验结果与讨论通过实验,我们得到了复合型钾基CO2吸附剂的制备工艺参数和吸附性能数据。
实验结果表明,通过优化原料配比、成型压力、干燥和煅烧温度等参数,可以制备出具有高吸附性能的复合型钾基CO2吸附剂。
活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用
活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用概述:活性炭是一种具有高度多孔结构和巨大比表面积的吸附剂,广泛用于水处理领域。
本文将介绍活性炭的吸附机理,并详细讨论其在水处理方面的应用。
第一部分:吸附机理1. 活性炭的结构和性质活性炭是一种碳质材料,其独特的结构和性质使其具有良好的吸附能力。
活性炭通常由煤炭、木材等原料经过活化制得,具有高度多孔结构和巨大比表面积。
这些孔道和表面可提供大量的吸附位点,能够将溶质从水中去除。
2. 吸附机理活性炭的吸附机理涉及物理吸附和化学吸附两个过程。
物理吸附是通过静电力、范德华力和亲疏水性等力,将溶质吸附在活性炭表面或孔道上。
化学吸附则是通过活性炭表面的化学反应,使溶质与活性炭形成化学键。
这两种吸附机制共同作用,使得活性炭对多种污染物具有高效的吸附能力。
第二部分:活性炭在水处理中的应用1. 活性炭对有机物的吸附活性炭对有机物的吸附能力较强,可用于去除水中的有机污染物。
有机物分子往往含有芳香环、功能团等结构,这些结构与活性炭表面产生相互作用力,使有机物分子与活性炭形成吸附层,从而有效去除水中的有机污染物。
2. 活性炭对重金属的吸附活性炭对重金属离子的吸附也较为有效,可用于去除水中的重金属污染物。
重金属离子常呈阳离子形式存在于水中,而活性炭具有一定的负电性,能够与重金属离子发生静电吸附。
此外,活性炭中的表面官能团也能与重金属形成化学键,进一步增强吸附能力。
3. 活性炭对微污染物的吸附活性炭对水中的微污染物,如农药残留、药物和个人护理产品中的物质等,也有良好的吸附能力。
这些微污染物由于其量低浓度高和稳定性差的特点,对水质构成了较大的威胁。
活性炭的高比表面积和多孔结构为吸附这些微污染物提供了良好的条件。
第三部分:活性炭水处理技术的发展和挑战1. 发展趋势随着水污染问题日益严重,活性炭在水处理领域的应用得到了广泛关注和应用。
新型活性炭材料的开发,如改性活性炭、纳米活性炭等,将进一步提高吸附效率和性能。
吸附法去除水中六价铬的研究进展
本次演示旨在探讨玉米秸秆的改性及其对六价铬离子吸附性能的影响。近年 来,随着环境污染问题的日益严重,寻找高效、环保的污染治理材料已成为研究 热点。玉米秸秆作为一种丰富的生物资源,具有很好的应用前景。本次演示将介 绍玉米秸秆的改性方法及其对六价铬离子吸附性能的影响,为环境保护和污染治 理提供新的思路。
三、研究进展
近年来,研究人员针对皮革中六价铬的测定方法进行了大量研究。在样品处 理技术方面,研究者们探索了各种样品预处理方法,如超声波辅助萃取、加速溶 剂萃取、微波辅助萃取等,以提高样品的提取效率和测定准确性。在测定方法与 标准方面,分光光度法、电化学法、色谱法、原子吸收光谱法等都有应用报道, 但各方法之间的准确性和重复性存在差异。
综上所述,玉米秸秆的改性及其对六价铬离子吸附性能的研究具有重要的理 论和实践意义。通过改性处理,可以提高玉米秸秆对六价铬离子的吸附能力,从 而有效治理环境污染。然而,仍需进一步研究以完善改性条件和评估其在实际环 境中的应用效果。
一、引言
随着工业和农业的快速发展,水体中重金属离子污染的问题日益严重。这些 重金属离子,如铅、汞、镉等,对环境和人类健康构成严重威胁。因此,开发有 效的重金属离子去除技术成为当前研究的热点。海藻酸钠基吸附材料由于其独特 的物理化学性质,如高吸附容量、快速吸附等,在水体重金属离子去除领域具有 广阔的应用前景。本次演示将综述海藻酸钠基吸附材料去除水中重金属离子的最 新研究进展。
最后,在实际应用中,如何实现高效、环保的六价铬去除仍需考虑许多实际 问题。例如,如何实现大批量生产高品质的吸附剂;如何在保证去除效果的同时 降低运行成本;如何合理规划设计水处理流程等问题都需要在实际应用中进行深 入研究和探讨。
总结:
本次演示介绍了吸附法去除水中六价铬的基本原理和影响因素,并展望了未 来的研究方向。尽管该领域已经取得了一定的进展,但仍有许多问题需要进一步 研究和探讨。希望通过不断的研究和实践探索,进一步推动该领域的发展并提高 实际应用中的处理效果和效率。
吸附剂-吸附质相互作用机理
吸附剂-吸附质相互作用机理
1、物理吸附
物理吸附可归因于分子间引力,即范德华力或色散力。
对于多孔吸附剂而言,物理吸附主要取决于其比表面积和孔结构。
微孔结构因为可以提供主要的吸附位点成为影响吸附剂物理吸附行为的关键因素。
在大多数情况下,只有大孔直接暴露在多孔吸附剂的外表面。
中孔是大孔(类似于人体的血管组织)的分支,为VoCS分子进入微孔提供运输通道。
从宏观上看,多孔材料的物理吸附过程由比表面积、孔结构、表面性质和吸附质性质决定。
从微观上看,主要由范德华力、微孔填充和毛细凝聚作用决定。
物理吸附过程由多因素共同控制。
2、化学吸附
化学吸附是指吸附剂表面官能团与吸附质分子之间的化学反应。
多孔材料的表面官能团对VOCS的化学吸附起重要作用。
常见的表面官能团中,含氧基团和含氮基团被认为是最重要的化学吸附基团。
含氧基团是多孔材料中最丰富的种类,可分为酸性官能团、中性官能团和碱性官能团三种类型。
含氮基团是由钱、硝酸和含氮化合物处理引起的,由于含氮基团的吸附剂在小孔中具有较高的分散性,含氮基团的吸附剂的吸附性能优于碱浸渍吸附剂。
3、竞争吸附
由于工业有机废气中的挥发性有机化合物至少由两种混合气体组成,混合气体系统中各组分的亲和力不同,在吸附动态平衡过程中,吸附亲和力强的VOCS蒸气浓度达到一定程度时,会形成竞争吸附,取代吸附亲和力较弱的VoCS蒸气。
在一些实际工况中,水分
子可以通过表面氧官能团反应、氢键和毛细管冷凝三种方式竞争占据吸附剂的吸附位。
除竞争吸附外,在一定条件下存在水与亲水或水相混相VOCS的协同吸附。
吸附剂及其作用机理研究与探讨
吸附剂及其作用机理研究与探讨王丁明〔河北理工大学市政工程系〕摘要:本文全面表达与探讨了吸附剂的作用机理和物理性质,并对几种常见的吸附剂给予了介绍。
关键词:吸附剂作用机理活性炭1 前言任何一对原子〔或分子〕间均有相互吸引的作用。
如果一对原子有一方是固体外表原子,另一方是气体分子,那它们相互作用的结果是将气体束缚于固体外表或使被束缚分子与气体体相内的分子成某种动态平衡。
这种气体分子在固体外表上发生的滞留现象称为气体在固体外表的吸附作用。
换言之,气体在固体上的的吸附作用是发生在两相界面上的行为,使气相中的某种组分在此界面上浓集。
吸附作用使固体外表能降低,因而吸附过程是自发过程。
在工农业生产活动和日常生活中,吸附现象是普遍存在的。
为了研究方便,通常将被吸附的物质称为吸附质,能有效地吸附吸附质的物质称为吸附剂。
吸附质可以是气体、蒸气和液体,吸附剂大多为多孔性大比外表积的固体。
本文将全面表达与探讨吸附剂的作用机理和物理性质,并对几种常见的吸附剂予以介绍。
2 吸附剂的作用机理吸附是一种建立在分子扩散根底上的物质外表现象。
以固体外表和吸附分子间作用力的性质区分,吸附作用大致可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。
2.1 物理吸附有关物理吸附的许多实验结果说明,物理吸附具有吸附热较小、吸附速度快、吸附无选择性、吸附可以是多层的等特点。
因此人们认为引起物理吸附的力是普遍存在于各种原子和分子之间的范德华力。
范德华力来源于原子与分子间的取向力、诱导力和色散力三种作用。
极性分子可视作偶极子,其极性用偶极矩μ=qd来衡量,即正或负电荷电量(q)与电荷中心间距d的乘积。
μ=0的分子为非极性分子,μ越大,分子极性越大。
测定分子偶极矩是确定分子构造的一种实验方法。
德拜因创立此方法而荣获1936年诺贝尔化学奖。
极性分子相互靠近时,因分子的固有偶极之间同极相斥异极相吸,使分子在空间按一定取向排列,使体系处于更稳定状态。
这种极性分子之间靠永久偶极与永久偶极作用称为取向力,其实质是静电力。
吸附理论与吸附分离技术的进展
参考内容
页岩气作为一种清洁、高效的能源形式,日益受到全球。页岩气吸附与解吸 附机理的研究对提高页岩气开采效率、优化能源利用具有重要意义。本次演示将 综述页岩气吸附与解吸附机理的研究现状、基本原理及研究方法,并探讨未来研 究方向。
一、研究现状
页岩气吸附与解吸附机理的研究经历了多个阶段,研究者们提出了不同的模 型和理论。目前,广泛应用的主要有基于物理吸附的Langmuir模型和基于化学吸 附的BET模型等。然而,这些模型在解释页岩气吸附与解吸附现象时均存在一定 局限性。
大孔吸附树脂分离纯化技术的应 用
1、药物分离
大孔吸附树脂在药物分离领域具有广泛的应用,尤其在中药有效成分的提取 和分离方面独具优势。通过选择合适的树脂材料和工艺条件,实现对中药中多糖、 黄酮、生物碱等有效成分的高效分离,为中药现代化提供了有力支持。
2、食品净化
大孔吸附树脂在食品净化领域也有着广泛的应用,主要表现在果蔬汁的除杂、 豆制品中蛋白质的提取和纯化等方面。通过树脂的吸附作用,可以去除果蔬汁中 的杂质,提高产品的品质和口感;同时,树脂还可以用于蛋白质的提取和纯化, 为食品加工提供更多优质原料。
总之,页岩气吸附与解吸附机理的研究仍有待深入探索,未来的研究方向应 注重完善模型、引入新技术、综合考虑多因素以及探索应用前景等方面,以推动 页岩气产业的可持续发展。
大孔吸附树脂分离纯化技术及其 应用
大孔吸附树脂分离纯化技术是一种具有广泛应用价值的分离技术,其原理基 于物理吸附作用,通过选择合适的树脂材料和工艺条件,实现对混合物中各组分 的有效分离。该技术在药物分离、食品净化、环保等领域发挥着重要作用,为工 业生产和日常生活带来了诸多便利。
2、引入新技术:例如,利用先进的原位光谱技术、纳米技术等,更加深入 地研究页岩气吸附与解吸附机理,提供更加丰富和精准的数据支持。
五种吸附剂的原理和应用
五种吸附剂的原理和应用引言吸附剂是广泛应用于化工、环保、制药等领域的一种重要材料。
它们通过吸附固定目标物质,起到分离、净化和催化等作用。
本文将介绍五种常见的吸附剂,包括活性炭、分子筛、纳米材料、环氧树脂和离子交换剂。
将重点探讨它们的原理和应用。
1. 活性炭活性炭是一种具有大量微孔的多孔材料,具有较高的吸附性能。
其原理是通过物质在活性炭表面的吸附作用实现目标物质的分离。
活性炭广泛应用于水处理、空气净化、脱色和脱臭等领域。
•活性炭的吸附原理是通过表面微孔和宏孔提供的大表面积,吸附目标物质,并去除水中的有机污染物。
•活性炭广泛应用于水处理领域,如城市自来水厂的水处理、工业废水处理等。
•在空气净化方面,活性炭常用于吸附室内有害气体,提高室内空气质量。
•另外,活性炭还能用于食品工业中的脱色和脱臭,以及药物和化妆品工业中的净化过程。
2. 分子筛分子筛是一种孔径较小的多孔材料,其吸附原理是通过目标分子与分子筛孔道之间的相互作用来实现分离。
分子筛具有高效的分离性能和选择性,被广泛应用于石油化工、制药和化学等领域。
•分子筛的吸附原理是通过目标分子与分子筛中孔道吸附剂表面的相互作用(如吸附力、排斥力和交互作用力)实现分离。
•在石油化工领域,分子筛常用于提取和分离石油化工生产中的目标化合物,如乙烯和丙烯的分离。
•在制药领域,分子筛被用于提纯药物和去除杂质,达到分离和纯化的目的。
•在化学领域,分子筛可用于气相吸附和液相吸附,以分离和纯化目标物质。
3. 纳米材料纳米材料是具有纳米级尺寸的材料,其吸附原理是通过纳米材料表面的大面积和活性位点与目标物质之间的相互作用来实现吸附和分离。
纳米材料具有高比表面积、优异的吸附性能和催化性能等特点,在环境保护和生物医学等领域有广泛应用。
•纳米材料的吸附原理是通过纳米尺寸下的表面活性位点与目标物质之间的相互作用实现吸附和分离。
•纳米材料广泛应用于环境保护领域,如对有害气体和重金属的吸附和处理,以净化环境。
木质素基吸附剂制备及应用研究进展
木质素基吸附剂制备及应用研究进展木质素基吸附剂制备及应用研究进展摘要:随着环境污染问题的加剧,吸附技术在废水处理中得到了广泛应用。
木质素基吸附剂作为一种新型的环境友好材料,以其优异的吸附性能备受研究者的关注。
本文从木质素基吸附剂的制备方法及其在废水处理、气体吸附以及重金属去除等领域的应用进行了综述。
1. 引言随着工业化进程的加快,环境问题日益突出,废水中的有机污染物、重金属离子和废气中的有害气体对环境和人类健康造成威胁。
传统的废水处理方法往往存在效率低、设备大、耗能高等问题。
因此,研究新型吸附材料用于废水处理成为一种重要的研究方向。
2. 木质素基吸附剂的制备方法木质素基吸附剂由天然的木质素材料经过一系列化学改性或物理处理制备而成。
常用的制备方法包括酸处理、碱处理、接枝改性和混杂改性等。
这些方法可以改变木质素结构和表面性质,提高其吸附性能。
3. 木质素基吸附剂在废水处理中的应用木质素基吸附剂在废水处理中具有很高的吸附能力和选择性,可以有效去除废水中的有机物和重金属离子。
研究发现,木质素基吸附剂可以通过吸附、离子交换和膜分离等机制实现对污染物的去除。
此外,木质素基吸附剂具有较好的再生性能,可以重复使用。
4. 木质素基吸附剂在气体吸附中的应用木质素基吸附剂不仅可用于废水处理,还可以应用于气体吸附领域。
木质素基吸附剂对有害气体如二氧化硫、甲醛和苯等具有很高的吸附能力。
此外,木质素基吸附剂还可以用于室内空气净化,能够有效去除可挥发性有机化合物和异味物质。
5. 木质素基吸附剂在重金属去除中的应用重金属污染是当前环境问题的重点之一。
木质素基吸附剂由于其特殊的结构和吸附性能,可以有效地去除废水中的重金属离子。
研究表明,木质素基吸附剂的吸附性能受到pH值、温度、离子强度等因素的影响。
通过调节反应条件可以优化吸附效果。
6. 结论木质素基吸附剂以其优异的吸附性能在废水处理、气体吸附和重金属去除等领域得到了广泛应用。
然而,目前的研究还面临着制备方法简化、吸附效果提高以及再生利用等问题。
《2024年新型除氟聚合铝基吸附剂特性及机理研究》范文
《新型除氟聚合铝基吸附剂特性及机理研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展,水体中氟离子污染问题日益突出,严重影响着人类健康和生活质量。
为了有效去除水中的氟离子,研究者们不断探索新型高效的除氟技术。
其中,基于聚合铝基的吸附剂因其良好的吸附性能和较低的成本,受到了广泛关注。
本文将重点研究新型除氟聚合铝基吸附剂的特性和去除机理,为实际水处理提供理论支持。
二、新型除氟聚合铝基吸附剂特性新型除氟聚合铝基吸附剂具有以下特性:1. 良好的吸附性能:该吸附剂具有较高的比表面积和丰富的活性位点,能够有效地吸附水中的氟离子。
2. 较强的稳定性:该吸附剂具有良好的化学稳定性,能够在不同水质条件下保持较高的吸附性能。
3. 易于再生:通过适当的再生处理,该吸附剂可以重复使用,降低处理成本。
4. 环境友好:该吸附剂制备过程中无有害物质产生,符合绿色化学的要求。
三、除氟机理研究除氟机理主要包括物理吸附和化学沉淀两种作用。
具体过程如下:1. 物理吸附:新型除氟聚合铝基吸附剂具有较大的比表面积和丰富的活性位点,通过范德华力、静电作用等物理作用力,将水中的氟离子吸附到吸附剂表面。
2. 化学沉淀:在一定的pH值条件下,吸附剂中的铝离子与氟离子发生化学反应,生成难溶的氟化物沉淀,从而实现对氟离子的去除。
四、实验方法与结果分析1. 材料与方法:选取合适的新型除氟聚合铝基吸附剂,设置不同实验条件(如pH值、吸附时间、吸附剂量等),进行除氟实验。
采用分光光度法、扫描电镜、X射线衍射等技术手段对吸附剂性能进行表征和分析。
2. 结果与讨论:(1)pH值对除氟效果的影响:实验结果表明,在一定的pH 值范围内,新型除氟聚合铝基吸附剂的除氟效果随着pH值的增加而提高。
当pH值达到一定值时,除氟效果达到最佳。
这主要是由于在该pH值条件下,吸附剂表面的活性位点与氟离子之间的相互作用达到最佳状态。
(2)吸附时间对除氟效果的影响:随着吸附时间的延长,新型除氟聚合铝基吸附剂的除氟效果逐渐提高。
吸附剂及其作用机理研究与探讨
吸附剂及其作用机理研究与探讨吸附剂是指一类可以吸附其他物质的材料,常用于处理废水、废气和固体表面的污染物去除等领域。
吸附剂的作用机理包括物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是指吸附剂表面对目标物质的吸附力来自于物理力,如静电力、范德华力、氢键等。
物理吸附主要适用于表面积较大的吸附剂,如活性炭。
其特点是吸附反应速度较快,吸附容量较大,但吸附后往往需要进行再生,工艺相对较复杂。
化学吸附是指吸附剂表面对目标物质的吸附力来自于化学键形成,如物质之间的化学反应。
化学吸附主要适用于特定的吸附剂,如活性氧化铁。
其特点是吸附强度较大,吸附效果稳定,但吸附反应速度相对较慢,往往需要较长的接触时间。
吸附剂的研究与探讨主要从以下几个方面展开:1.吸附剂的种类和性能:吸附剂种类繁多,根据吸附剂的化学成分和形态特点,可以分为活性炭、分子筛、树脂、活性氧化铁等。
每种吸附剂的吸附性能和适用范围不同,需要针对具体的污染物选择合适的吸附剂。
2.吸附剂的表面性质:吸附剂的表面特性直接影响其吸附能力和吸附速度。
表面性质主要包括表面活性位点、孔结构、比表面积、孔隙度等。
研究吸附剂的表面性质,可以指导吸附剂的合成和改性,提高吸附性能。
3.吸附剂的制备与改性:制备和改性是提高吸附剂性能的关键环节。
制备方法包括物理法、化学法、生物法等多种途径,根据不同的需求和目标选择合适的方法。
改性方法包括物理改性、化学改性和生物改性等,通过改变吸附剂的表面结构和性质,提高其吸附性能。
4.吸附机理的研究:吸附机理的研究有助于了解吸附剂与目标物质之间的相互作用和反应过程。
通过实验和理论模拟,可以揭示吸附剂的吸附机制,为吸附过程的优化和改进提供理论指导。
5.吸附剂的应用研究:吸附剂广泛应用于废水处理、废气处理、固体废物处理等方面。
吸附剂的应用研究主要包括吸附动力学、吸附热力学等方面。
通过对吸附过程的研究,可以优化吸附工艺,提高吸附效率和经济性。
总之,吸附剂及其作用机理的研究与探讨具有重要的理论和应用价值。
VOCs吸附剂及其吸附机理研究进展
檼檼檼檼檼殥
第33卷 第3期 2019年3月
檼檼檼檼檼殥 综 述
檼殥
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
犞犗犆狊吸附剂及其吸附机理研究进展
Vol.33,No.3 Mar.,2019
王满曼,温变英 ,樊保民
(北京工商大学材料与机械工程学院,北京 100048)
摘 要:挥发性有机物(VOCs)已经成为继颗粒物、二氧化硫之后的又一大气体污染物,开发有效治理 VOCs的方法是 目前普遍关注的研究热点。具有吸附能力的多孔物质在治理 VOCs方面的功效被日益重视。本文从制备方法、化学组 成、结构特征、吸附性能及对应机理等方面对多孔吸附剂进行重点介绍,概述了吸附剂在聚合物加工中净化 VOCs的应 用,并对吸附材料的发展前景进行了展望。 关 键 词:挥发性有机物;多孔吸附剂;吸附机理;应用 中图分类号:TQ320 文献标识码:A 文章编号:10019278(2019)03011307 犇犗犐:10.19491/j.issn.10019278.2019.03.021
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VOCs吸附剂及其吸附机理研究进展
研究与及吸附机理 1.1.1 碳基吸附剂及其吸附机理
(1)活性炭(AC) 活性炭(Activatedcarbon)是一种常用吸附剂,结 构呈螺旋形排列。由于具有强烈交联能力的碳微晶, 活性炭表面 孔 隙 率 极 大,且 多 为 微 孔。 利 用 孔 隙 内 外 VOCs的浓度差,可产生较强的吸附作用。 活性炭的 吸 附 机 理 主 要 为 孔 填 充。 自 身 物 性、吸 附质物性及吸附环境条件构成影响活性炭对 VOCs吸 附效果的3 个 主 要 因 素。 活 性 炭 表 面 官 能 团、孔 容 及 孔分布是影 响 吸 附 效 果 的 最 核 心 因 素:它 们 作 为 活 性 中心支配了 活 性 炭 的 表 面 理 化 性 质,直 接 从 热 力 学 上 决定吸附过 程 是 否 发 生。 此 外,碳 基 吸 附 剂 本 身 结 构 中含 C—C 单键,属非极性吸附剂,易于吸附非极性吸 附质;但经过表面改性后,可获得表面呈酸或碱性的含 氧官能 团,从 而 改 变 活 性 炭 对 不 同 吸 附 质 的 吸 附 能 力[10]。汤进华 等[11]研 究 了 不 同 比 表 面 积 和 孔 结 构 的 活性炭对甲 醛 的 吸 附 效 果,并 对 比 了 化 学 改 性 活 性 炭 前后的吸附性能,结果表明,微孔比表面积大的活性炭 吸附效果更显著,经强氧化性的 HNO3、H2O2处理后 的活性炭吸 附 效 果 优 于 氨 基 改 性 的 活 性 炭;原 因 在 于 经 HNO3改性后,活性炭表面含氧官能团数量增加,极 性增强,有利于甲醛等极性分子的吸附。 (2)活性炭纤维(ACF) 活性炭纤维(Activatedcarbonfiber)是20世纪70 年代发 展 起 来 的 继 活 性 炭 之 后 的 一 种 新 型 吸 附 剂。 ACF 以 有 机 纤 维 作 前 驱 体,经 过 特 定 程 序 的 炭 化 活 化 而成,因此具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,较 活性炭有更大的吸附容量[12]。ACF呈现多孔纤维状,
各类吸附剂的机理及其研究进展
各类吸附剂的机理及其研究进展吸附剂是一种在固体表面起到吸附物质的化学或物理作用的物质。
吸附剂广泛应用于水处理、环境保护、化学工业等领域,并且其性能的提升对于解决相关问题具有重要意义。
各类吸附剂根据机理的不同可分为物理吸附剂和化学吸附剂。
物理吸附剂的主要机理是基于物理吸附原理,即通过降低系统自由能来吸附物质。
物理吸附剂的吸附性能主要受孔隙结构和表面性质的影响。
常见的物理吸附剂包括活性炭、硅胶和分子筛等。
活性炭是一种常见的物理吸附剂,其吸附机理是通过孔隙结构和表面活性来吸附物质。
活性炭具有大量的孔隙,能够提供大的比表面积,通过物理上的吸附和解吸来去除目标物质。
活性炭具有广泛的应用领域,如水处理和空气净化等。
硅胶是一种有机无机复合材料,具有稳定的结构和大的比表面积。
硅胶的吸附机理是通过静电作用、表面活性和空间效应来吸附目标物质。
硅胶广泛应用于水处理、柴油脱硫等领域。
分子筛是一种具有规则孔道结构的多孔材料,其吸附机理是通过孔隙结构和分子之间的作用力来吸附目标物质。
分子筛通常具有选择性吸附的特点,通过调整孔径和化学组成可以实现对不同物质的选择性吸附。
分子筛广泛应用于气体分离、催化和吸附等领域。
化学吸附剂的主要机理是通过化学反应来吸附物质。
化学吸附剂通常具有活性位点,能够与目标物质发生化学反应,形成化学键或物理键。
常见的化学吸附剂包括离子交换树脂、金属有机框架材料等。
离子交换树脂是一种树脂材料,其表面含有大量的活性基团,能够与目标物质中的离子发生离子交换反应。
离子交换树脂广泛应用于水处理、离子分离等领域。
金属有机框架材料是一种由金属离子和有机配体组成的多孔材料,其具有高度可调性和选择性吸附的特点。
金属有机框架材料的吸附机理是通过与目标分子之间的化学作用来实现吸附。
金属有机框架材料在气体吸附、分离和储存等方面具有重要的应用价值。
近年来,吸附剂的研究进展主要集中在提高吸附性能和探索新型吸附材料。
通过改变吸附剂的孔隙结构、表面性质和化学组成,可以实现吸附性能的提升。
吸附剂及其研究现状
待于进一步研究,但由于其具有操作方便且效率高,能耗低,处理
对象所受局限性较小,若处理工艺完善,可避免二次污染等优点, 是一种发展潜力较大的方法。
• 中科院山西煤化所在活性炭上担载金属制备出双功能吸附--催化剂,使得所
吸附的有机物在较低温度下便能被氧化分解,且氧化速率显著加快。活性炭 吸附--原位催化芳香化合物不仅使有机物的去除耗能较少,而且还可以有效 的减少活性炭在高温时的烧蚀和异地氧化时频繁装卸造成的损耗,有望在该 领域成为一种经济有效的再生散在水介质中,在较温和的条件下就具有较高的反应性能,可以用比
较简单的方法将其改性和转化;淀粉还极易被酸或酶部分或全部水解成低聚 糖或单糖,这些水解产物又可进一步衍生成更多的有机化合物。 而且淀粉资 源丰富、 价格低廉,因此世界各国都十分重视对淀粉的研究、开发和利用。 淀粉衍生物在水处理中的应用主要是作为重金属离子、CrO42-以及酚类物质的 吸附剂,此外还可作为染料废液处理剂。
4 、改性纤维素类吸附剂
•
纤维素是地球上最丰富的、可以恢复的天然资源, 具有价廉、 可降解并对环境不产生污染等优点,纤维 素的化学改性研究大致可归结为三个主要方向: (1)利用一般酯化和醚化的方法; (2)利用有机化学改性的方法; (3)利用接枝共聚的方法。 目前改性纤维素类吸附剂主要用于去除水体中的 Cu2+、Mn2+、 Co2+、 Fe3+、 Pb2+、 Hg2+、 Cd2+等重金属 离子以及印染废液中的直接染料、酸性染料等阴离子型染料,并均取得很好地处理效果,而且容易脱附再 生。 但是,纤维素吸附剂多为粉状或微粒状,孔结构不理想,限制了其使用。而球形纤维素吸附剂不仅具有疏 松和亲水性网络结构的基体,可以控制孔度、粒度,并具有比表面积大、通透性好和水力学性能好等优点, 易于处理并适合柱上操作,已引起了国内外很多科研工作者的兴趣。
生物科技-生物吸附剂及其吸附性能研究进展 精品
生物吸附剂及其吸附性能研究进展黄娜(华南师范大学化学与环境学院环境科学专业,广州 510006)摘要:用微生物体来吸附水中的重金属是一项新兴的废水生物处理技术。
藻类、细菌、真菌等是生物吸附剂的来源,它们对多种重金属都有较好的吸附去除效果。
文章从细胞壁的结构特性概述了藻类、细菌、真菌等对重金属吸附的机理,介绍了它们的吸附性能。
关键词:微生物生物吸附剂重金属废水处理现代工业的发展会产生大量含重金属废水,重金属进入生态环境后,不像有机物那样能被降解,而是通过食物链进一步富集,对环境和人体健康造成危害,如震惊世界的水俣病、骨痛病事件。
人们处理废水中的重金属一般采用物理化学方法(沉淀、离子交换、吸附、电解、膜分离、氧化还原等),当水中的重金属浓度较低时,不仅去除率不高,还存在运行费用高的问题[1]。
目前新兴的去除技术———生物吸附技术,愈来愈受到人们的关注。
生物吸附是利用生物体及其衍生物来吸附水中重金属的过程。
重金属离子对生物体有很强的毒害作用,超过一定的浓度就会抑制生物生长或使生物体死亡,有的微生物如某些藻类、细菌、真菌,本身或是经过驯化以后对重金属有一定的耐受性,能够除去水中的重金属离子。
与传统的处理方法相比,生物吸附具有以下优点[2]:(1)在低浓度下,金属可以被选择性的去除;(2)节能、处理效率高;(3)操作时的pH值和温度条件范围宽;(4)易于分离回收重金属;(5)吸附剂易再生利用。
1 藻类生物吸附剂1.1来源。
全球已知的藻类约4万种,在自然界中分布甚广,绝大多数为水生或生长在阴暗的岩石、墙角、树杆和土壤等表面,是最容易观察到的一种微生物,常常用来指示水体、生态系统及营养条件的变化。
研究发现,藻类细胞具有吸附重金属的能力。
因此,可选择吸附性能良好的藻类作为吸附剂的生产原料,如海藻,其数量大,容易收集,有一些地方还可人工培养,尤其在沿海地区,来源十分丰富。
1.2细胞壁结构特性。
当微生物体暴露在金属溶液中时,金属离子直接接触的是细胞壁,微生物细胞壁的化学组成和结构决定着金属与它的相互作用特性。
有机阳离子吸附剂的原理
有机阳离子吸附剂的原理有机阳离子吸附剂是一种广泛应用于水处理、环境修复和废水处理等领域的材料。
它们可以有效地去除水中的有机阳离子污染物,其原理主要包括吸附机理、表面官能团和溶液性质等方面。
有机阳离子吸附剂的主要吸附机理有三种:静电吸附、π-π作用和氢键作用。
静电吸附是指有机阳离子与吸附剂表面带电离子或官能团之间的静电引力作用。
吸附剂通常带有正电荷,有机阳离子负电荷部分(如羧基、氨基等)与吸附剂表面带正电的离子或官能团之间会发生静电相互作用。
π-π作用是指吸附剂表面具有大量的芳香环结构,而有机阳离子离子中也存在芳香环结构。
这两者之间通过π-π电子云的相互作用,产生吸引力,从而发生吸附。
氢键作用是有机阳离子中含有羟基、醛基、酮基、氨基等带有氢键供体或受体的官能团。
吸附剂表面可与这些官能团通过氢键相互作用,实现吸附。
除了吸附机理外,吸附剂的表面官能团也是影响有机阳离子吸附的重要因素。
常见的表面官能团包括胺基、羧基、酚基、硫醇基等。
这些官能团能够与有机阳离子的官能团通过化学键或氢键形成稳定的吸附结构。
此外,溶液性质也会影响有机阳离子的吸附效果。
溶液中的pH值、离子强度、离子种类、温度等因素都会对吸附产生影响。
通常来说,当溶液的pH值与吸附剂的等电点相近时,吸附效果最好。
有机阳离子吸附剂的应用还受到其物理和化学性质的影响。
物理性质包括比表面积、孔径结构和热稳定性等。
化学性质则取决于吸附剂的功能基团种类和含量。
选择适合的有机阳离子吸附剂,能够提高吸附效果,降低处理成本。
当前,有机阳离子吸附剂的研究重点主要集中在提高吸附剂的吸附容量、选择性和重复使用性能等方面。
新型的有机阳离子吸附剂不仅具有高效去除有机阳离子污染物的能力,还能够实现资源的再利用和循环经济的发展。
总之,有机阳离子吸附剂的原理主要包括吸附机理、表面官能团和溶液性质等方面。
通过研究吸附机理,探索表面官能团和溶液性质对吸附的影响,能够更好地设计和制备高效的有机阳离子吸附剂,为水处理和环境修复提供重要技术支持。
以玉米芯为基础的新型活性吸附剂研究
以玉米芯为基础的新型活性吸附剂研究玉米芯是生物质资源的一种,其含有丰富的纤维素、半纤维素、淀粉等生物大分子化合物,是一种高附值的废弃物。
利用其提取有用成分或制备新材料已成为一个新的研究方向。
其中,玉米芯还可以作为活性吸附剂的基础材料,具有高效、环保的特点。
一、玉米芯的表面修饰玉米芯的活性吸附性能取决于其表面化学性质,因此表面修饰是提高活性吸附剂性能的重要途径。
表面修饰可通过物理或化学方法实现。
1. 物理方法:包括高温炭化、红外辐射等。
高温炭化是将玉米芯在高温环境下热解产生孔隙结构,利用其孔隙结构增加吸附活性剂的表面积,提高吸附性能。
红外辐射是通过外加电磁场辐射改变玉米芯表面电荷密度,增加其表面亲和力,提高吸附效率。
2. 化学方法:包括酸碱处理、改性剂质等。
酸碱处理是将玉米芯表面经过酸碱处理后改变其表面电荷密度和官能团结构,增加其吸附能力。
改性剂质是通过引入功能基团或半导体材料修饰玉米芯表面,提高吸附性质。
二、玉米芯的吸附机理玉米芯的吸附机理涉及物理吸附与化学吸附两种形式。
物理吸附是指有机物或无机物分子在表面凝聚形成“吸附层”,属于范德瓦尔斯力与静电作用,然后通过热解或脱附等复原再度利用。
化学吸附则是指不同于物理吸附的化学反应,有机物或无机物分子在表面发生化学反应生产物质或吸附在表面,无法通过脱附等方式再度利用。
三、玉米芯的应用玉米芯作为基础材料制备的活性吸附剂在废水处理、洁净能源生产、环境保护等方面都有广泛应用。
例如,降低重金属浓度的活性吸附剂:研究人员以玉米芯为基础制备芳香性吸附材料,有效去除了废水中的铅离子、镉离子等重金属离子。
又如,制备能量储存材料:玉米芯经过酸碱处理后,利用其孔隙结构和表面官能团,在超级电容器、电池等领域获得了广泛应用。
总之,玉米芯作为一种常规的农产品废弃物,利用其资源价值生产吸附剂成为了行业的研究热点。
虽然在应用造型上还有待进一步的完善,但相信随着研究的不断深入,玉米芯活性吸附剂将在实际应用中显现出更多的优点。
新型吸附材料的研究及应用探究
新型吸附材料的研究及应用探究近年来,随着人类活动的增加和环境污染的加剧,大气污染、水污染等环境问题也跟着变得日益严重。
而新型吸附材料的研究和应用,为环境保护工作带来了新的希望。
本文将就新型吸附材料的研究及应用进行深入探讨。
一、新型吸附材料的研究背景随着近年来环境污染问题越来越受到人们的关注,新型吸附材料的研究成为环保领域的热门议题之一。
新型吸附材料是指相对传统吸附材料而言,具有更优异性能、更高的吸附能力和更广泛的适应性的材料。
与传统吸附材料相比,新型吸附材料不但吸附速度快,而且在吸附质与吸附剂之间的作用力更强,从而能够更有效地去除污染物。
二、新型吸附材料的研究进展目前,针对环境污染问题,新型吸附材料研究主要集中于以下几个方面。
1、无机吸附材料研究表明,很多无机吸附材料在去除水中的氯化物、硝酸盐等污染物方面表现突出。
例如,钛酸铁、铁氧化物等都被广泛用于水污染领域。
2、有机吸附材料不同于无机吸附材料,有机吸附材料能具有更广泛的适应性。
研究人员已经成功研制出多种性能优异的有机吸附材料,例如活性炭、聚合物等。
3、纳米吸附材料随着纳米技术的迅猛发展,研究人员开始着眼于纳米吸附材料。
相较于传统吸附材料,纳米吸附材料具有更大的比表面积,能极大地提高吸附性能和效率,因此其在去除环境污染物上具有广阔的应用前景。
三、新型吸附材料的应用探究1、空气污染治理新型吸附材料在空气污染治理中的应用,已经成为环保行业的热点话题。
例如,可将新型吸附材料置于车内空气滤清器中以吸附汽车废气中的有害物质。
此外,在工厂园区等重点地区也可采用吸附材料吸附空气中的有害气体。
2、水污染治理新型吸附材料可以有效地去除水中的有害物质,如重金属污染、农药化学品残留等。
此外,吸附材料与其他多种技术结合,如超滤、反渗透等,可以更加高效地去除水中有害物质。
3、化工领域的应用除此之外,新型吸附材料在化工领域也有广泛的应用。
例如,活性炭能够在催化裂解石油等化学反应中发挥很好的催化剂作用,同时也是制备高性能电池电极材料不可或缺的材料之一。
吸附材料的种类及研究进展
吸附材料的种类及研究进展吸附材料的种类及研究进展引言:吸附材料作为一种关键材料,在环境保护、能源开发和医药等领域具有广泛的应用。
本文将介绍吸附材料的种类以及近年来在吸附材料研究领域的进展,旨在为吸附材料的开发和应用提供一定的参考。
一、吸附材料的分类吸附材料主要分为物理吸附材料和化学吸附材料两大类。
1. 物理吸附材料物理吸附材料是指通过分子间的物理作用力将气体、液体或溶液中的特定成分吸附在材料表面上的材料。
常见的物理吸附材料包括活性碳、硅胶、分子筛等。
这些材料具有孔隙结构,孔径大小和形态的差异使它们可以选择性地吸附不同的分子。
2. 化学吸附材料化学吸附材料是指通过化学键的形成和断裂,将特定成分吸附在材料表面上的材料。
典型的化学吸附材料包括活性氧化铝、金属有机骨架材料(MOFs)、共价有机框架材料(COFs)等。
这些材料具有特定的化学官能团,可以与目标分子发生特定的化学反应。
二、吸附材料的研究进展近年来,吸附材料的研究有了长足的进展,并取得了许多重要的成果。
1. 新型吸附材料的开发为了满足不同领域对吸附材料性能的需求,研究人员不断开发出新型吸附材料。
例如,在环境保护领域,针对大气污染物的去除,开发出具有高效吸附能力的化学吸附材料;在能源开发领域,研发出具有高选择性和高吸附容量的物理吸附材料,用于气体分离和储存;在医药领域,利用化学吸附材料制备出高效药物载体,实现药物的控释和靶向输送。
2. 吸附材料的功能化改性为了提升吸附材料的性能,研究人员对吸附材料进行了功能化改性。
例如,通过调控活性氧化铝表面及孔结构的特性修改,提高了其在污水处理中的吸附效能;通过改变分子筛结构和孔径大小,使其适用于不同分子大小的吸附材料需求;通过在MOFs和COFs材料中引入特定的官能团,使其能够高效地吸附目标分子。
3. 吸附材料的性能评价和应用为了更好地应用吸附材料,研究人员对吸附材料的性能进行了深入评价。
例如,对物理吸附材料的孔隙结构进行表征,以确定其吸附容量和选择性;对化学吸附材料的官能团进行定量分析,评估其与目标分子的反应性和亲和力。
活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用
活性炭的吸附机理及其在水处理方面的应用引言:随着人口的增长和工业化的发展,水资源的保护和治理成为了全球范围内的重要议题。
水污染对人类健康和生态环境造成了严重威胁,因此水处理技术的研究和应用变得至关重要。
活性炭作为一种重要的吸附剂,其在水处理中具有广泛的应用。
本文将重点介绍活性炭的吸附机理以及其在水处理方面的应用,以期推动水资源的合理利用和保护。
一、活性炭的吸附机理活性炭是一种多孔材料,其具有巨大的比表面积和多种吸附位点,因此能够有效地吸附有机物、无机物、重金属离子等污染物。
活性炭的吸附机理主要包括物质扩散和化学吸附两个方面。
1.1 物质扩散物质扩散是指污染物在活性炭孔隙中的传质过程。
活性炭的多孔结构提供了大量的吸附位点和通道,使得污染物能够进入活性炭内部并与活性炭表面发生相互作用。
物质扩散过程受到多种因素的影响,包括污染物浓度、活性炭孔隙结构、孔径大小等。
物质扩散过程符合菲克定律,即扩散速率与浓度梯度成正比。
1.2 化学吸附化学吸附是指污染物与活性炭表面发生化学反应的过程。
活性炭的表面具有丰富的吸附位点,如活性位点、羟基等,能够与污染物发生各种化学相互作用,形成化学键。
化学吸附过程受到多种因素的影响,包括污染物的物理性质、活性炭表面化学性质以及环境条件等。
化学吸附过程通常是可逆的,在一定条件下可以进行解吸和再生活性炭。
二、活性炭在水处理中的应用活性炭在水处理中具有广泛的应用,主要包括有机物吸附、重金属离子去除以及水中微污染物的处理等。
2.1 有机物吸附活性炭对于有机物有良好的吸附性能,可以去除水中的有机物污染物,如苯、酚类化合物、农药残留等。
这是因为活性炭的表面具有丰富的芳香环和杂原子,与有机物发生π-π作用、范德华力等相互作用,从而实现有机物的去除。
2.2 重金属离子去除活性炭能够吸附水中的重金属离子,如铅、铬、汞等。
这是因为重金属离子与活性炭的表面官能团发生了化学相互作用,形成了络合物或沉淀,从而使得重金属离子得以去除。
羧基型吸附剂
羧基型吸附剂羧基型吸附剂是一类广泛应用于化学工艺中的重要材料。
它的主要成分是羧基官能团,通过特定的化学反应与待吸附物相互作用,从而实现吸附分离的目的。
羧基型吸附剂在生产工艺中起到了重要的作用,本文将从吸附机理、应用领域和未来发展方向等方面进行介绍。
首先,羧基型吸附剂的吸附机理是其功能的关键。
羧基官能团中的羧基具有强烈的亲丁官能团和亲电子性质,使得其能够与待吸附物发生氢键、范德华力、静电引力等相互作用,从而实现吸附分离的效果。
同时,羧基型吸附剂的特殊孔道结构,如介孔结构、微孔结构等,能够提供更大的比表面积和更好的分子扩散性能,增强了其吸附能力。
羧基型吸附剂广泛应用于许多领域。
首先是在化工领域,羧基型吸附剂可以应用于分离纯化、催化反应、废水处理等方面。
例如,在分离纯化领域,羧基型吸附剂可以用于分离和纯化有机物、金属离子等。
在催化反应中,羧基型吸附剂可以用作载体,提高催化剂的稳定性和活性。
在废水处理中,羧基型吸附剂可以吸附重金属离子,减少废水对环境的污染。
此外,羧基型吸附剂在环境保护、生物医药领域以及食品加工等方面也有着广泛的应用。
在环境保护中,羧基型吸附剂可以用于处理大气污染物和水污染物,达到净化环境的目的。
在生物医药领域,羧基型吸附剂可以用于药物提取、生物分离纯化等,为医药制造提供了重要的支持。
在食品加工中,羧基型吸附剂能够用于食品去味、去色、提取等工艺,提高了食品的质量和安全性。
然而,羧基型吸附剂也存在一些问题和挑战。
首先是合成工艺的复杂性,羧基官能团的引入需要一系列复杂的反应条件和步骤,影响了合成的成本和效率。
其次是再生和循环利用的问题,吸附剂饱和后需要经过再生处理,以重新获得吸附能力。
同时,吸附剂的循环利用也面临着技术难题和经济考虑。
未来,羧基型吸附剂的发展方向是提高吸附性能和优化制备工艺。
通过改进合成方法和进一步研究吸附机理,可以设计和合成更高效、更具选择性的羧基型吸附剂。
同时,利用纳米技术、多孔材料等新材料的引入,可以进一步提高吸附剂的比表面积和扩散性能,提高吸附效果。
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各类吸附剂的机理及其研究进展叶鑫华东交通大学摘要:吸附法作为一种重要的处理废水的方法已经得到广泛应用。
本文介绍了近年来利用吸附法处理废水的研究进展。
根据吸附机理将吸附剂吸附重金属的方法分为化学吸附和物理吸附两大类,并对其研究现状进行了介绍。
介绍了活性炭、沸石、壳聚糖、膨润土、生物吸附剂处理废水的研究进展,同时对吸附法处理重金属废水的发展方向进行了展望。
利用吸附法进行废水处理,具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料以及吸附剂可重复使用等优点,因此随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型吸附剂的研制成功,吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔。
关键词:吸附剂;吸附法;研究吸附剂是指能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。
常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂。
最具代表性的吸附剂是活性炭,吸附性能相当好,但是成本比较高,曾应用在松花江事件中用来吸附水体中的甲苯。
吸附法是利用吸附剂吸附废水中某种或几种污染物,以便回收或去除它们,从而使废水得到净化的方法。
利用吸附法进行物质分离已有漫长的历史,国内外的科研工作者在这方面作了大量的研究工作,目前吸附法已广泛应用于化工、环境保护、医药卫生和生物工程等领域。
在化工和环境保护方面,吸附法主要用于净化废气、回收溶剂(特别适用于腐蚀性的氯化烃类化合物、反应性溶剂和低沸点溶剂)和脱除水中的微量污染物。
后者的应用范围包括脱色、除臭味、脱除重金属、除去各种溶解性有机物和放射性元素等。
在处理流程中,吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理,以去除有机物、胶体及余氯等,也可作为二级处理后的深度处理手段,以便保证回用水质量。
利用吸附法进行水处理,具有适应范围广、处理效果好、可回收有用物料以及吸附剂可重复使用等优点,随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型吸附剂的研制成功,吸附法在水处理中的应用前景将更加广阔。
吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素,广义而言,一切固体都具有吸附能力,但是只有多孔物质或磨得极细的物质由于具有很大的表面积,才能作为吸附剂。
工业吸附剂还必须满足下列要求:(1)吸附能力强;(2)吸附选择性好;(3)吸附平衡浓度低;(4)容易再生和再利用;(5)机械强度好;(6)化学性质稳定;(7)来源广;(8)价廉。
一般工业吸附剂很难同时满足这八个方面的要求,因此,在吸附处理过程中应根据不同的场合选用不同的吸附剂。
目前,可用于水处理的吸附剂有活性炭、吸附树脂、改性淀粉类吸附剂、改性纤维素类吸附剂、改性木质素类吸附剂、改性壳聚糖类吸附剂以及其他可吸收污染物质的药剂、物料等[1]。
本文主要对上述吸附剂的应用研究现状和发展。
1 活性炭吸附剂中活性炭应用于水处理已有几十年的历史。
60年代后有很大发展,国内外的科研工作者已在活性炭的研制以及应用研究方面作了大量的工作。
制作活性炭的原料种类多、来源丰富,包括动植物(如木材、锯木屑、木炭、谷壳、椰子壳、稻麦杆、坚果壳、脱脂牛骨、鱼骨等)、煤(泥煤、褐煤、沥青煤、无烟煤等)、石油副产物(石油残渣、石油焦等)、纸浆废物、合成树脂以及其他有机物(如废轮胎)[2]等。
但是,活性炭因生产工艺、原料的不同,性能悬殊非常大,用途也不一样,目前工业上使用的活性炭有粒状和粉状两种,其中以粒状为主。
与其他吸附剂相比,活性炭具有巨大的比表面积以及微孔特别发达等特点,因此是目前废水处理中普遍采用的吸附剂。
与国外同类产品相比,我国活性炭存在产量少、质量差、使用寿命短、再生率低等缺点,因此如何改进活性炭生产工艺,提高其产量和质量是当前迫切需要解决的问题。
2 吸附树脂吸附树脂按基本结构分类,可分类为非极性、中极性、极性和强极性四种类型。
常见产品有美国Amberlite XAD 系列,日本HP 系列,法国Duolite A系列等。
此外,国内一些单位也研制出一些性能优良的大孔吸附树脂。
吸附树脂具有适应性大、应用范围广、吸附选择性好、稳定性高等优点,因此国内外对吸附树脂在水处理方面的应用进行了大量的研究。
目前,吸附树脂可用于去除废水中的重金属、脂肪酸钠盐、阴离子表面活性剂、酚类物质、稀土元素、对苯二甲酸、苯胺、氟离子等。
但在水处理过程中,吸附树脂会受到氧化剂的氧化,铁、硅、油等物质的污染以及前级吸附树脂本身带有的分解产物和碎块的污染,而且还可能发生热降解,从而引起树脂性能劣化,使用效果下降[3,4]。
因此,当前的趋势是开发高性能的新型树脂如磁性树脂、耐热树脂和特效吸附树脂等,便于提高再生效率、扩大应用范围,并能和其他技术联合使用以弥补树脂吸附法的不足。
3 改性纤维素类吸附剂纤维素是地球上最丰富的、可以恢复的天然资源,具有价廉、可降解并对环境不产生污染等优点,因此对纤维素的改性研究一直受到人们的重视。
纤维素的化学改性研究大致可归结为三个主要方向:(1)利用一般酯化和醚化的方法;(2)利用有机化学改性的方法;(3)利用接枝共聚的方法。
改性纤维素类吸附剂是改性纤维素产品中具有重要应用价值的研究方向之一。
这类吸附剂所带基团的类型主要有磺酸型、羧酸型、磷酸型、伯胺型、仲胺型、叔胺型、季胺盐型和两性型等。
目前改性纤维素类吸附剂主要用于去除水体中的Cu2+、Mn2+、Co2+、Fe3+、Pb2+、Hg2+、Cd2+等重金属离子以及印染废液中的直接染料、酸性染料等阴离子型染料,并均取得很好地处理效果,而且容易脱附再生[5]。
黄金阳等[6]以硝酸铈铵为引发剂,在纤维素上接枝丙烯腈,将共聚物先皂化后偕胺肟化,制备了一种含偕胺肟基和羧基的新型纤维素螯合吸附剂(AOSC),并对进行吸附性能的研究。
此纤维素吸附剂对Cr6+的吸附容量达95.8 mg/g。
这类吸附剂既具有活性炭的吸附能力,又比其他吸附剂容易再生,而且稳定性高,吸附选择性特殊,吸附成本远低于其他吸附剂,因此充分利用纤维素这种地球上最丰富的再生性资源,进一步研制和开发出新型的纤维素类吸附剂并扩大其应用范围将是吸附剂的研究重点之一。
但是,纤维素吸附剂多为粉状或微粒状,孔结构不理想,限制了其使用。
而球形纤维素吸附剂不仅具有疏松和亲水性网络结构的基体,可以控制孔度、粒度,并具有比表面积大、通透性好和水力学性能好等优点,易于处理并适合柱上操作,已引起了国内外很多科研工作者的兴趣。
因此,球形纤维素吸附剂已成为了纤维素类吸附剂研究的一个焦点。
郭学军等[7]将制备出的纤维素珠体固载氢氧化铁吸附剂(BCF)用于吸附地下水中砷酸盐和亚砷酸盐,此吸附剂具有良好的机械性能,并对砷酸盐和亚砷酸盐有较好的去除作用。
刘明华等[8]以棉花为原料,经过碱化、老化、黄化和溶解等工序研制出粘胶液,再利用热溶胶转相法,将粘胶均匀分散在变压器油中,制得粒径为0.8-1.2 mm 的球形纤维素珠体。
并采用独特的工艺对纤维素珠体进行化学改性,研制出两种新型的球形纤维素金属吸附剂SCAM-1 和SCAM-2,并对其吸附性能进行研究. 结果表明SCAM-1 和SCAM-2吸附剂对Cu2+、Co3+、Cr3+、Nd3+等金属离子具有很好的吸附效果,而且再生容易,回收率高,并可以重复使用。
林春香等[9]以纤维素/N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)/H2O 溶液为原料,用NMMO 法制备出一种新型球形纤维素吸附剂,并研究了其对水中Ni2+的吸附行为。
研究发现,Ni2+的起始浓度越大,球形纤维素吸附剂对其吸附量越高,但当Ni2+的起始浓度达到235 mg/L 左右时,吸附量趋于饱和。
目前,球形纤维素吸附剂已被广泛应用于生命科学的许多方面,如血液中不良成分的去除和血液分析,各种酶的分离纯化,医药、生化工程材料以及普通蛋白质的分离纯化等。
此外,它还被用作凝胶色谱、亲和色谱的固定相,并可用于分离、鉴定、回收无机金属离子以及从海水中提取铀、金等贵金属等。
为了扩大改性纤维素类吸附剂的应用范围,应不断开发出新型的特效纤维素类吸附剂,使其吸附性能、再生效率以及抗氧化能力等方面优于一般的吸附树脂。
而且除制成粉状、细微颗粒状或纤维状的吸附剂外,还应研制出织物状或球状的改性纤维素类吸附剂,这有助于改变或改进工业上原有的吸附操作设备,便于大大简化吸附操作步骤。
4 改性壳聚糖类吸附剂壳聚糖是甲壳素经化学法处理脱乙酰基后的产物,是自然界仅次于纤维素的第二大天然高分子化合物,来源极其丰富。
作为一种天然线形高分子碱性多糖,壳聚糖具有无毒无味,生物相容性好的特点,壳聚糖分子链的糖残基上既有羟基也有氨基,易改性,而且与其他吸附剂相比,壳聚糖具有吸附容量大、净化效率高、用量少、使用寿命长、可再生和不造成二次污染等优越性,因此壳聚糖被认为是水处理领域中最具潜力的环境友好型吸附材料。
壳聚糖作为一种具有优良性能的天然高分子材料,广泛应用于各行业,但由于分子结构中的氨基能与羟基形成强的分子间氢键,壳聚糖存在着只能溶于酸性水溶液中,不能溶于水和有机溶剂;在酸性储存会发生分解,使分子量下降;在弱酸性介质中易发生沉淀等问题,妨碍了它的应用领域和范围。
因此,对壳聚糖进行化学修饰,改善它的物理、化学特性势在必行,也是壳聚糖应用研究的一个重要内容。
5 其他吸附剂除了上述吸附剂外,国内外很多科研工作者还利用花生皮、花生壳、玉米麸质、洋葱皮、茶叶等天然有机材料及其化学改性物作为吸附剂来吸附处理水中的Mg2+、Ca2+、重金属离子、砷化合物等无机物质以及染料等有机污染物。
此外,粉煤灰、天然沸石、腐殖酸类物质、陶土、蒙托石、高岭石、膨润土、泥炭,褐煤、硅石、粘土及其改性物等亦是很好的吸附剂,可有效地去除工业废水中的各种金属离子(如Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cd2+、Hg2+等)、氨类物质、磷化合物、表面活性剂、吡啶和酚类物质等污染物。
展望吸附法作为一种重要的处理废水的方法,具有操作简单、廉价易得等优点已被广泛使用,但因目前吸附剂普遍都价格昂贵,因此开发廉价、高效率、无污染、可再次利用的吸附剂将是离子吸附研究的主要方向。
目前吸附剂可以通过物理、化学等方法对现有吸附剂进行改性,以增强吸附剂的选择吸附性;加强生物吸附剂的开发研究,因为生物吸附剂来源广泛、种类多,并且大多都可以降解、不会造成二次污染;开发一些具有较强吸附脱附功能的新型纳米材料,在处理废水过程中提高回收和利用。
参考文献[1]国家自然科学基金委员会.环境化学[M].北京:科学出版社,1996:123-125[2]Phadnis N P. Activated carbons-carbonaceous adsorbents in technology and environmental protection[J]. Chem. Eng. World, 1995, 30(2):69~71[3]Ihara Y. Adsorption of anionic surfactants and related compounds from aqueous solution onto activated carbon and synthetic adsorbent [J].J.Appl.Polym.Sci., 1992, 44:1837~1840 [4] 张政朴,钱庭宝,徐国勋,等.氨基膦酸树脂的合成及其对氟离子的吸附[J].离子交换与吸附,1998;4(1);42-48[5] Hebeish A, beliakova M K, Bayazeed A.Improved synthesis of poly(MAA)-starch graft copolymers[J]. J.Appl.Polym.Sci.,1998,68:1709~1715[6]黄金阳,刘明华,黄统琳,等.一种新型纤维素螯合吸附剂的制备[J].中国造纸学报,2008;23(4):44-47[7] Xuejun Guo,Fuhua Chen.Removal of Arsenic by Bead Cellulose Loaded with Iron Oxyhydroxide from Groundwater[J].Environment Science Technology,2005,39(17):6808~6818[8]刘明华.两种新型球形纤维素金属吸附剂的研究[D].四川大学,博士学位论文,2000;(4)[9] 林春香,刘明华,黄建辉,等.一种新型球形纤维素吸附剂对水中Ni2+的吸附行为[J].纤维素科学与技术,2006;14(4):22-26。