Synthesis and structure-activity study of quaternary ammonium functionalized beta-cyclodextrin-carboxymethylcellulose polymers

Carboxymethylcellulose (CMC) and beta-cyclodextrin (beta-CD)-based polymers functionalized with two types of quaternary ammonium compounds (QACs), the alkaquat DMB-451 (N-alkyl (50% C14, 40% C12, 10% C10) dimethylbenzylammonium chloride) (DMD-451) named polymer DMB-451, and FMB 1210-8 (a blend of 32 w% N-alkyl (50% C14, 40% C12, 10% C10) dimethylbenzylammonium chloride and 48 w% of didecyldimethylammonium chloride) named polymer FMB 1210-8, were synthethized and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy. The antimicrobial activities of these polymers against Eschericia coli were also evaluated at 25 degrees C in wastewater. The results have indicated that the polymer FMB 1210-8 possesses a high-affinity binding with bacterial cells that induces a rapid disinfection process. Moreover, in the same experimental conditions of disinfection (mixture of 1.0 g of polymer and 100 mL of wastewater), the polymer FMB 1210-8 has a higher antimicrobial efficiency (99.90%) than polymer DMB-451 (92.8%). This phenomenon might be associated to a stronger interaction with bacterial cells due to stronger binding affinity for E. coli cells and greater killing efficiency of the C10 alkyl chains QAC of polymer FMB 1210-8 to disrupt the bacterial cell membrane as compared to N-alkyl (50% C14, 40% C12, 10% C10) dimethylbenzylammonium chloride. Together, these results suggest that the polymer FMB 1210-8 could constitute a good disinfectant against Escherichia coli, which could be advantageously used in wastewater treatments due to the low toxicity of beta-CD and CMC, and moderated toxicity of FMB 1210-8 to human and environment.     

不同土壤对化肥厂废水中铵的吸附特征

含铵化肥厂废水污灌有可能引起地下水污染。包气带土壤的吸附作用是阻滞其铵进入含水层的重要过程。选取某包气带不同深度4个典型土样,利用室内批模拟实验,以实验室配制硫酸铵溶液作对比,研究土壤对化肥厂废水中铵的吸附动力学及等温吸附特征。结果显示:土壤颗粒极易吸附铵,废水有机物等物质能延长吸附平衡时间,并影响土壤对铵的吸附能力——在低浓度铵溶液中表现为增加作用,在高浓度铵溶液中的表现为受土壤有机质含量影响;不同质地土壤对铵具有不同的吸附行为,总体上黏性土的吸附能力大于砂土;与Freundlich和Langmuir等温式相比,BET等温式能够与实验吸附数据更好拟合,验证了BET公式用于铵等温吸附特征研究的可行性,表明铵在土壤胶体颗粒中的吸附方式为多分子层吸附。     

天然沸石的改性及其去除制革废水中铵的研究

通过加热以及用酸、碱、盐浸泡方式对天然沸石进行改性,用于模拟制革废水中铵的处理。结果表明:加热改性、H2SO4改性未能提高沸石对废水中铵的去除率,低浓度的HCl和NaOH改性可以提高沸石对铵的吸附效果,而高浓度的HCl和NaOH改性使吸附效果下降。NaCl改性能提高沸石对废水中铵的去除率,最佳改性条件为添加浓度为1.0~1.5 mol/L的NaCl溶液,温度70℃,时间3 h。改性后,沸石对铵的去除率达78%,比未改性前提高了15%左右。     

纤维和纳米材料改良花岗岩残积土的力学试验及机理研究

在处理特殊土时,采用性能好、环保和成本低的材料加固土体有着非常重要的意义。为了研究玄武岩纤维和纳米氧化铁对花岗岩残积土力学性能的影响,采用单掺和复掺的方式,制备不同掺量的试样进行固结不排水三轴剪切试验,并取剪切后的土样进行扫描电镜试验分析其微观机理。试验结果表明：土样抗剪强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的变化规律,在掺量为1%时出现峰值,土样抗剪强度随纳米氧化铁掺量的增加而呈单调增加的变化规律;两种改良方法均能较大幅度提升土体的黏聚力,对内摩擦角的提升效果不明显,此外,复合改良土样提升土体抗剪强度的效果比单掺改良土样更加明显;土体抗剪强度的提高是由玄武岩纤维与土体之间产生互锁网、纳米氧化铁填充土颗粒之间的空隙所致,采用复合改良土样的方式能有效改善花岗岩残积土的剪切强度特性。     

金属氧化物改性滤料过滤去除水中残余铝的效能与机理研究

采用连续流等速过滤试验方法研究了金属氧化物改性滤料对水中残余铝的去除效能,并探讨其过滤机理.研究结果表明,金属氧化物改性滤料较石英砂能够更有效地过滤去除沉后水中的残余铝,对颗粒铝和溶解铝都有很好的去除效果.石英砂对颗粒铝具有较好地去除效果,而对溶解性铝的去除能力较差.改性滤料的表面性质更有利于水中残余铝的去除.     

天然沸石与泥炭生物处理微污染水体实验研究

设计并构建天然沸石与泥炭生物滤池装置,实验考察其在微污染水体中脱氮除磷的性能,研究其形成生物膜系统后对污染物去除的机理及其效果。实验结果表明:泥炭吸附水溶液中的磷酸根能力提高,但会释放氨氮,致使天然沸石吸附水溶液中的氨氮能力下降;形成生物膜系统的天然沸石与泥炭可同步去除微污染水体的污染物,装置运行稳定后的CODcr、NH4+-N和TP去除率分别可达80%、95%和41%;通过生物作用可使天然沸石与泥炭再生,实现材料持续使用。     

改性植物单宁对铜绿微囊藻的去除效果与机理EI北大核心CSCD

研究了改性植物单宁(Tanfloc)絮凝对铜绿微囊藻的去除效果、影响因素及机理。10 mg/L的Tanfloc投加量下,10 min内即可获得94%的高去除率,而当投加量进一步增加时,去除率反而略有下降。Tanfloc具有较宽的初始pH值适用范围,在酸性条件下和弱碱性条件下(pH值不大于9.0),藻去除率均超过90%;而在强碱性条件下(pH值不小于10.0),藻去除率逐渐下降。Tanfloc在高藻细胞密度(大于4.87×10^(9)个/L)下可以获得大于95%的高除藻效果。水体pH值会影响除藻机理,pH值为5.5、8.0和9.5时,电中和、静电簇和架桥作用分别是除藻的主要影响因素。     

3种吸附剂对东莞运河吸附效果比较研究

针对东莞运河氮、磷浓度较低的污染特点,以人造沸石、活性炭、高岭土为吸附剂进行吸附实验研究,确定不同吸附剂的最佳反应时间和最佳投入量。结果表明,活性炭对水中TN的去除效果最佳,去除率达61.9%;高岭土具有优异的除磷效果,去除率达79.21%;人造沸石对TN的去除效果一般,而对TP完全没有去除效果,反而会提高TP的浓度。     

磁性稻壳生物炭对水体中菲的去除特性

选取稻壳制备生物炭,通过水热法对其进行磁化改性,分析改性前后生物炭对水体中菲的去除特性,探讨了不同影响因素对水体中菲吸附效果的影响,并借助扫描电镜、傅里叶红外扫描、X射线衍射及X射线光电子能谱技术等手段分析了改性前后生物炭结构特征和吸附机制。结果表明:改性后生物炭的比表面积和吸附点位显著增加,疏水性显著增强;两种生物炭对菲的吸附均符合伪二动力学模型和Langmuir模型,吸附机理均表现为表面官能团吸附和π-π共轭反应,磁改性生物炭对菲的吸附主要发生在C—O和Fe_3O_4等官能团上,而改性前则主要发生在—OH、N—H、■及C—O等官能团上;与其他生物炭相比,磁性稻壳炭去除水体中菲具有更好的应用前景。     

Monitoring the nitrification and identifying the endpoint of ammonium oxidation by using a novel system of titrimetry

Based on the structure of the hybrid respirometer previously developed in our group, a novel implementation for titrimetry was developed, in which two pH electrodes were installed at the inlet and outlet of the measuring cell. The software capable of digital filtering and titration time delay correction was developed in LabVIEW. The hardware and software of the titrimeter and the respirometer were integrated to construct a novel system of respirometry-titrimetry. The system was applied to monitor a batch nitrification process. The obtained profiles of oxygen uptake rate (OUR) and hydrogen ion production rate (HPR) are consistent with each other and agree with the principle of the biological nitrification reaction. According to the OUR and HPR measurements, the oxidized ammonium concentrations were estimated accurately. Furthermore, the endpoint of ammonium oxidation was identified with much higher sensitivity by the HPR measurement. The system could be potentially used for on-line monitoring of biochemical reactions occurring in any kind of bioreactors because its measuring cell is completely independent of the bioreactor.     

亚硝酸型硝化-厌氧氨氧化联合工艺处理"中老龄"垃圾渗滤液

亚硝酸型硝化和厌氧氨氧化有机结合构成的新型全程自养生物脱氮技术为处理高氨氮和低C/N的"中老龄"渗滤液提供了新的思路.主要针对系统内部能否实现稳定的亚硝酸氮自给和厌氧氨氧化反应器的启动这两个关键条件进行研究.结果表明,在氨氮负荷率(ALR)为0.069～0.284 3 gNH3-N/(gVSS·d)条件下,前置亚硝酸型硝化反应器(SBR)能实现稳定的亚硝酸氮积累,出水NO-2-N/NH3-N在1.45左右,NO-2-N/NO-x-N大于90%.而且,接种前置SBR中具有硝化活性的污泥用作厌氧氨氧化反应器(UASB)的接种污泥,可以加快反应器的成功启动.在进水氨氮和亚硝酸氮浓度不超过250 mg/L的条件下,厌氧氨氧化反应器稳定运行时NH3-N和NO-2-N的去除率分别可达到80%和90%左右.     

河流泥沙吸附磷的研究现状与展望

输送水流泥沙和营养物质是河流的主要功能之一。大坝等水利工程拦截泥沙的同时,改变了河流营养物质的迁移和转化。从国内外近20 a泥沙吸附磷的相关研究文献可以看出:泥沙对磷的吸附与泥沙颗粒的理化性质、水体初始磷浓度、含沙量以及环境因子等相关,即颗粒越细,表面吸附位越多,更有利于磷的吸附;水体初始磷浓度越高,吸附量越多;含沙量越大,总吸附量越大,单位质量泥沙吸附量越少;泥沙吸附磷的机理模型主要有热力学模型和动力学模型两类,Langmuir模型和Freundlich模型在等温吸附中应用较广;二级动力学模型对泥沙吸附磷的全过程拟合程度更高;在河流生态系统中,泥沙吸附的磷以颗粒态磷的形式作为生物可利用磷的储备,间接影响水生生物的生长。颗粒态磷与水生生物的生长关系、吸附量与含沙量等多因子的动力学模型在今后有待进一步研究。     

Nitrification of high-strength ammonium wastewater by a fluidized-bed reactor.

A laboratory-scale fluidized-bed reactor with an external aeration loop was used for nitrification of high-strength ammonium wastewater (up to 500 mg NH4-N/L). The results demonstrated that the system is capable of handling ammonium removal rates of up to 2.5 kg NH4-N/m3 x d, while removal efficiencies were as high as 98% and independent of the applied ammonium loading rates. Ammonium loading rates higher than 2.5 kg NH4-N/m3 x d resulted in decreased ammonium removal efficiency. The data show that near complete ammonium removal occurred at DO concentrations as low as 0.3-0.5 mg/L. However, the nitrite-nitrogen fraction in the effluent increased from 3.5% to 23.2% when the DO dropped from 1.0 mg/L to approximately 0.4 mg/L, respectively. The high specific removal rates in this system are one order of magnitude higher than that of suspended-growth systems. This can reduce the supplementary reactor volumes required for nitrification to less than 10% of that needed in conventional activated sludge systems. These results clearly indicate the potential economic gains that could be achieved through implementation of this technology.     

利用吸附法处理废水中磷酸盐的研究进展

水体富营养化是世界各国面临的重大环境污染问题之一,磷是水体富营养化最关键的因素之一。因此,高效除磷可以有效控制水体富营养化。简述了吸附法除磷的优势,列举黏土矿物类吸附材料、金属氧化物类及金属矿物类吸附材料、生物质类吸附材料、活性炭等对磷酸盐的吸附效果与机理,并详细分析黏土矿物类吸附材料中的蒙脱石、蛭石、白云石、凹凸棒石等与金属氧化物类及金属矿物类吸附材料中的金属氧化物、水滑石、铁矿石、矿渣的实际吸附效果。最后,指出吸附剂吸附除磷的一些缺陷和有待改进的地方,归纳总结出改性吸附剂将继续是未来的研究热点。     

黄河泥沙吸附汞污染物静态试验

基于黄河天然混合沙的静水沉降吸附试验,研究了黄河泥沙对汞的吸附规律。结果表明:①质量浓度为5～25kg/m3的泥沙对汞的吸附在0.5 h内基本达到稳定,质量浓度为1 kg/m3的泥沙在0.5 h之后对汞污染物仍有一定的吸附能力,但吸附速率不大;②泥沙级配对汞的吸附有一定的影响,粗沙的吸附能力略低于细沙和中沙;③在中低含沙量时,含沙量增加会引起吸附表面积增加,吸附量和含沙量呈线性相关关系。     

几种吸附剂对磷的等温吸附特性研究

研究了钢渣、炉灰、蜂窝煤渣、天然土壤4种常用吸附剂对磷的吸附和解吸特征．结果表明4种吸附剂在振荡12h后达到吸附平衡，吸附量随着初始浓度的增加而增加。钢渣和天然土壤对磷的吸附效果明显（吸附量分别为4．39mg／g和3．35mg／g），炉灰和蜂窝煤渣效果次之（吸附量分别为2．27mg／g和2．14mg／g），因此钢渣可以作为最好的吸附材料。     

磷酸铵镁和磷酸钙法处理厌氧上清液的比较

比较了Mg:P和Ca:P物质的量之比、pH及碳酸盐碱度对磷酸铵镁(MAP)和羟基磷灰石(HAP)结晶法去除厌氧出水中磷的影响,并对产物进行了扫描电镜-能谱分析(SEM-EDX).结果表明,在磷酸盐浓度为63 mg/L、pH为7.4的条件下,MAP法的除磷率最高能达47.9%,HAP法除磷率最高达40%.当pH升高到8.5～9.0,MAP法除磷率可达95%,出水pH小于8.0;为达到相同去除率,HAP法的pH需升高到9.5～10.0,其出水的pH为8.0～8.5.MAP法除磷更易得到较高纯度的晶体产物,且CO2-3对MAP晶体的纯度无明显影响,而HAP法除磷所得的产物中含有非晶态杂质.     

吸附法去除地下水铁锰的研究进展

为了解决地下水铁、锰含量过高的问题,在众多研究方法中,吸附法由于具有容量大、耗能少、污染小、去除快和可循环等优点,被广泛应用于地下水除铁除锰中。重点介绍了锰砂、沸石、火山岩、生物质、活性炭和硅碳素等吸附剂的吸附原理与吸附效果,阐述了一部分吸附剂的改性效果与影响因素。指出了各种吸附剂未来的改进方法和研究方向锰砂可以通过改性来弱化pH值等影响因素对它的吸附影响,沸石和火山岩的研究重心可继续放在改性上,重点研究污染区域的生物质的吸附效果,研究硅碳素与其他吸附剂联合吸附的效果。     

矿石黏土类物质、铁锆化合物对磷吸附影响因素研究进展

介绍了水中含磷的危害及通过比较选择吸附法作为一种高效、低能耗的除磷方法,吸附剂及其特点和金属类氧化物、黏土矿石类、活性炭吸附材料的吸附原理。详细阐述了反应温度、反应时间、反应pH值、共存离子对矿石黏土类物质和铁锆化合物吸磷过程的影响:反应温度主要通过影响分子热运动从而影响到吸附材料吸磷效果;对任何吸附材料吸磷都需要一定的反应时间来达到最佳效果;反应pH值主要通过影响溶液中离子浓度、种类及吸附材料表面所含的离子与其反应从而影响到吸附材料吸磷效果;共存离子的存在可能会提高库仑力和磷酸盐活性部位竞争力。同时也阐述了吸附剂用量、磷的初始浓度、电解质、吸附材料粒径对吸磷效果的影响。今后对吸附磷材料的研究应重点关注改性材料及复合材料。     

D206型离子交换树脂处理高氯酸铵废液研究

通过对比几种常用的离子交换树脂,筛选出处理高氯酸铵溶液的最佳树脂;考察不同试验条件对树脂吸附效果的影响,确定最佳吸附条件:在常温下,吸附时间20min,pH=6.68的条件下用D206树脂吸附;Langmuir模型能够更好地拟合树脂吸附ClO-4的过程。研究表明:D206离子交换树脂吸附ClO-4时,离子交换过程的速度控制步骤为颗粒扩散控制。目前,国内外尚未有关于离子交换树脂吸附高氯酸盐的报道,本文为离子交换吸附高氯酸盐的理论研究和实际应用提供参考。