以贝壳替换部分传统水泥基材料, 研究其对污染物的吸附能力, 可扩大水泥基材料的功能型工程应用范围。本文通过吸附动力学、等温吸附等原理论证了贝壳材料的吸附机理, 讨论了pH值、接触时间和污染物浓度等影响因素对贝壳吸附性能的影响, 并综述了贝壳在建筑领域的相关应用。结果表明, 在水泥基材料中采用贝壳替代胶凝材料或天然骨料都展现出较好的吸附能力。贝壳吸附过程中最佳pH值为5~7, 贝壳颗粒表面的活性位点有限, 在一定浓度下就会达到饱和, 同时贝壳的活性位点会随着粒径的减小而增多, 选取小粒径的贝壳粉有利于增加吸收容量, 提高去除效率。本文通过分析贝壳吸附性能及贝壳在水泥基材料中的应用, 可为设计功能型水泥基吸附材料提供思路。

多金属矿山尾矿库渗滤液造成的地下水重金属污染严重，为有效利用矿物材料对地下水中重金属吸附，在对新疆尉犁蛭石进行定性、定量分析的基础上，通过静、动态吸附实验，研究了其对多金属硫化物尾矿渗滤液中常见的Cu2+、Pb2+、Zn2+、Mn2+的单独或共存状态下的吸附行为及吸附机理。研究表明：蛭石对Cu2+、Pb2+、Zn2+、Mn2+的吸附量分别为49.53、108.00、44.11 mg/g和32.47 mg/g，并且吸附符合Langmuir等温吸附模型，为单分子层吸附，吸附机理为层间离子交换、表面静电和表面络合共同作用。在动态吸附实验的条件下，蛭石填料在528 h达到平衡浓度，作用时间较长。完善了蛭石对多种重金属作用的基础性工作，并且蛭石在PRB技术中的长期运行，可为PRB矿物介质材料设计和优化提供重要指导。

地质聚合物作为一种新型铝硅酸盐绿色材料, 具有机械性能优异、耐久性高、原料来源广、能源消耗小和生产工艺简单等优点, 被广泛应用在建筑材料、耐火材料和固定重金属离子等领域。地质聚合物固定重金属离子的机制可分为物理机制(物理包封和离子交换)和化学机制(化学键合、形成化合物和还原剂耦合)。本文综述了近年来地质聚合物在固定重金属离子领域的研究进展, 简要介绍了地质聚合物的制备流程及地质聚合反应过程, 重点介绍了地质聚合物固定重金属离子的机制。此外, 介绍了添加剂种类和掺量、碱激发剂种类和掺量、硅铝比、养护温度和重金属离子对固定效果的影响。最后, 总结了近年来地质聚合物固定重金属离子领域的研究应用进展, 分析了存在的问题并对未来研究方向进行了展望。

生物吸附法以其材料易得、 吸附效果好、 易解析、 环境友好等优点而被广泛的应用于水溶液中低浓度重金属离子的吸附去除。 光谱学显示苦荞茶含有多种基团且表面结构疏松, 对水溶液中金属离子具有一定吸附潜力。 探讨苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附作用光谱分析。 采用扫描电镜(SEM)、 能谱分析(EDS)、 傅里叶红外光谱(FTIR)对苦荞茶吸附铅、 铜、 镉、 锌、 铬前后进行表征, 初步解析苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附作用。 使用等温吸附方程(Langmuir, Freundlich, Temkin和Dubinin-Radushkevich) 与动力学方程(准一级、 准二级和颗粒内扩散)来评价苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附方式及行为。 响应面法是一种数学建模的优化方法, 能回归拟合各因素与实验结果之间的函数关系, 从而确定实验因素及其交互作用对目标值的影响程度。 采用响应面法考察目标离子初始浓度(A)、 吸附剂颗粒大小(B)、 吸附剂投加量(C)和吸附时间(D)四个因素对苦荞茶吸附水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子能力的影响作用及程度。 等温吸附方程显示, 苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附方式以多层吸附方式为主, 伴有其他吸附类型, 苦荞茶对目标重金属吸附量排序为: 铅＞镉＞铜＞锌＞铬, 即为: 30.67＞16.18＞13.85＞10.81＞8.43 mg·g-1。 动力学方程与苦荞茶扫描电镜(SEM)提示, 苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子吸附过程符合准二级动力学, 其吸附速率由液膜扩散和颗粒内扩散作用共同控制, 而且苦荞茶表面疏松的结构出现表面趋于平滑, 孔洞出现融合的现象。 能谱分析(EDS)与傅里叶红外光谱(FTIR)证实了水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子被苦荞茶所吸附, 苦荞茶中-OH, -CH2, -CH3, CO, -NH, -C-O, CH基团参与水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 镉离子结合吸附作用并存在同一类型的基团吸附结合不同目标离子的现象。 响应面法构建考察因素影响苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子去除能力模型, 其调整回归决定系数分别为Adj R2Pb=97.10, Adj R2Cu=98.44, Adj R2Cd=94.55, Adj R2Zn=92.71, Adj R2Cr=97.02, 说明非线性模型可用来评价考察因素对苦荞茶吸附水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子影响作用。 响应面法分析表明, 考察因素［离子初始浓度(A)、 吸附剂颗粒大小(B)、 吸附剂投加量(C)和吸附时间(D)］对铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子去除率影响作用大小排序为: 铅离子(A＞D＞B＞C)、 铜离子(A＞C＞D＞B)、 镉离子(A＞B＞C＞D)、 锌离子(B＞C＞A＞D)、 铬离子(C＞B＞D＞A)。 研究结果说明, 苦荞茶对水溶液中铅、 铜、 镉、 锌、 铬离子具有良好的吸附作用, 为苦荞茶拓展新的应用途径提供了参考依据。

为了满足对环境中重金属污染物汞离子的快速、现场及高灵敏度检测需求,利用汞离子对量子点产生荧光猝灭效应,结合光纤倏逝波传感原理,自主研发了一套可用于汞离子检测的全光纤传感器。其主要由光纤探针、光学系统和信号处理系统构成,实现了荧光信号的激发、探测以及光电信息的处理和获取。实验表明该传感器对汞离子的检出限可达到1 nmol/L,且在1 nmol/L至500 nmol/L的浓度范围内,量子点的荧光猝灭率随汞离子的浓度对数呈线性变化规律,线性相关度为0.9867。同时,离子抗干扰实验证实了该传感器对汞离子具有良好的选择性识别检测能力,将其应用于实际水样检测的加标回收率为90.1%~97.3%。该传感系统灵敏度高、响应速度快,可以实现远程探测和实时监测,且有利于仪器的集成和小型化,在重金属离子污染检测等领域具有广阔的应用前景。

随着工业化进程的不断推进, 水体重金属污染问题日益严重。 秸秆具有来源广泛、 价格低廉、 易再生等优点, 故成为水体重金属污染处理的理想吸附剂。 为研究太赫兹波技术在水体重金属污染检测的应用前景, 实验选取原始秸秆和碱化秸秆分别对重金属离子进行吸附, 利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)在室温氮气环境下对原始秸秆样品、 碱化秸秆样品、 原始秸秆吸附重金属离子样品、 碱化秸秆吸附重金属离子样品和碱化秸秆吸附重金属离子解吸后的样品进行光谱测量, 秸秆经碱化处理后处于1.75～1.85 THz的杂合吸收峰带吸收系数有明显下降, 并伴有肩峰式吸收带后移的现象, 在吸附重金属离子后, 原始秸秆样品中原有的1.75～1.85 THz杂合吸收带消失, 却在1.8～2.05 THz形成了杂合吸收带。 碱化秸秆在1.7～2.05 THz呈现复杂的多个肩峰式吸收, 而碱化秸秆吸附重金属样品在1.7～2.05 THz呈现平滑的强吸收带, 碱化秸秆吸附重金属离子水解吸后吸收谱线近乎平行。 结合秸秆及碱化吸附重金属的化学反应过程对吸收谱进行分析, 可得到不同组分样品的分子振动及官能团信息, 并得到碱化秸秆吸附重金属应为络合吸附和静电吸附两种吸附方式。 证明了太赫兹时域光谱技术在水体重金属污染检测中的可靠性和良好的应用前景。

通过简单的水热法控制性合成了两种不同形貌的锰氧化物(层状OL和隧道状OMS), 并考察了这两种材料对几种重金属离子Pb2+, Cu2+, Ni2+, Hg2+的吸附。 通过原子吸收光谱(AAS)和原子荧光光谱(AFS)测定吸附前后离子浓度, 比较两种材料的吸附性能, 以及对不同离子的选择性吸附。 实验表明OMS形貌的锰氧化物是一种良好吸附剂, 对铅离子具有很好的选择性吸附, 两分钟内吸附率达98%。 由此可建立一种简单、 绿色、 高效地去除污水中重金属离子的方法。