固水界面化學與吸附技術

內(nèi)容概要

《固水界面化學與吸附技術》由馬偉編著，主要闡述了固水界面化學與吸附技術的基礎理論、新成果和發(fā)展趨勢。全書共分9章，分別從水化學理論、固體界面的官能團和電量分布，陽離子、陰離子、有機分子和微粒在水中的分布規(guī)律和界面吸附反應理論，重金屬生物吸附的特征等內(nèi)容角度入手，系統(tǒng)地介紹了固體與水溶液的吸附規(guī)律，突出了溶液離子和分子狀態(tài)、固體界面特性和界面反應三個方面分析探討了固體吸附反應的基本方法和發(fā)展，從而揭示了吸附技術在元素分離、水質(zhì)凈化和溶液純化等領域廣泛應用的潛力。
《固水界面化學與吸附技術》可以作為高等院校無機化學、水科學等專業(yè)研究生的教材，也可供化學、化工、環(huán)境、生物、藥學、材料、冶金等有關專業(yè)人員參考和閱讀。

書籍目錄

1 水化學基礎
  1.1 冰和水的結構特點
    1.1.1 冰的結構
    1.1.2 水分子的結構對其性質(zhì)的影響
  1.2 水的來源、性質(zhì)及含雜質(zhì)情況
    1.2.1 海水的組成
    1.2.2 海水的性質(zhì)
  1.3 水溶液中離子和分子的非理想行為
    1.3.1 離子的非理想行為
    1.3.2 分子的非理想行為
  1.4 電子活度的負對數(shù)和pε-pH圖
    1.4.1 電子活度的負對數(shù)pε
    1.4.2 pε-pH圖
  1.5 不同水體系的相圖
    1.5.1 電解質(zhì)溶液理論
    1.5.2 單組分系統(tǒng)相圖——水的相圖
    1.5.3 水鹽系相圖
    1.5.4 雙水相相圖
  1.6 水的純度與水質(zhì)分析結果檢驗
    1.6.1 水中雜質(zhì)和水的純度分類
    1.6.2 水質(zhì)分析結果檢驗
  參考文獻
2 固體與水化界面官能團
  2.1 離子化固體結構
    2.1.1 等大球體的最緊密堆積及其空隙
    2.1.2 不等大球體最緊密堆積及其空隙
    2.1.3 離子晶體
    2.1.4 離子晶體的結構規(guī)則
    2.1.5 典型的離子晶體結構
    2.1.6 硅酸鹽的晶體結構
  2.2 晶體結構缺陷與表面結構中的晶格缺陷
    2.2.1 點缺陷
    2.2.2 線缺陷
    2.2.3 面缺陷
  2.3 氧化物和水合氧化物(氫氧化物)的結構類型與表面官能團
    2.3.1 氧化物的結構類型及其結構特征
    2.3.2 氧化物表面的官能團與L~ewis酸點位
    2.3.3 帶可變電荷的有機物質(zhì)表面
  2.4 其他典型吸附劑表面基團的介紹
    2.4.1 離子交換樹脂
    2.4.2 活性炭
    2.4.3 生物質(zhì)
  2.5 水化固體的表面酸度
    2.5.1 水合氧化物的兩性性質(zhì)
    2.5.2 M—OH基的酸度
    2.5.3 不同固體的表面酸度
  2.6 固體/水溶液界面的官能團配位化學作用
  參考文獻
3 固體表面的電量、電勢分布模型
  3.1 固體表面化學官能團與表面電荷產(chǎn)生
  3.2 表面電荷分類
    3.2.1 帶永久電荷的表面
    3.2.2 帶可變電荷的表面
  3.3 表面電荷的性質(zhì)
  3.4 表面電荷平衡
  3.5 表面電荷的測定
  3.6 表面電位(電勢)
  3.7 表面電荷的變化
  3.8 零電荷點
    3.8.1 幾種常見的表面電荷零點
    3.8.2 電荷零點(PZC)和凈電荷零點(PZNC)的pH
  3.9 表面電位和描述模型
    3.9.1 Helmholtz模型
    3.9.2 Gouy-Chapman模型
    3.9.3 Stern模型
    3.9.4 三電層模型
    3.9.5 復合模型
  3.10 擴散雙電層的厚度和電位隨距離的分布規(guī)律
  3.11 電荷分布對表面反應平衡常數(shù)的影響
  3.12 pH和表面電荷對表面配合物形成的影響分析
  參考文獻
4 固體顆粒物在水體中的化學行為
  4.1 水體中顆粒物的范疇及其與溶液間的相互作用
  4.2 金屬離子的水解聚合——以H2O和OH-為配位體
    4.2.1 金屬水合離子、水合半徑、水合能
    4.2.2 金屬離子的水解聚合
    4.2.3 金屬水合配合離子濃度pc—pH圖、羥合配離子分率α-pH圖
    4.2.4 金屬離子水解沉淀
  4.3 晶核作用和晶體生長
    4.3.1 晶核作用
    4.3.2 晶體生長
  4.4 陰離子的配合作用
  4.5 水中有機物的配合作用
    4.5.1 配合形式
    4.5.2 配合物的穩(wěn)定性
    4.5.3 配合物構成的特性
  4.6 顆粒在雙水相體系中的分配
    4.6.1 雙水相體系的特點
    4.6.2 固體微粒的分布規(guī)律
  4.7 水質(zhì)穩(wěn)定與水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)
    4.7.1 水質(zhì)穩(wěn)定
    4.7.2 判別水質(zhì)穩(wěn)定性的主要方法——水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)法
  4.8 吸附-沉淀的界限
  參考文獻
5 吸附反應
  5.1 吉布斯函數(shù)
    5.1.1 吉布斯方程
    5.1.2 吉布斯公式的意義和應用
  5.2 吸附反應
    5.2.1 吸附過程及吸附過程的兩種機理
    5.2.2 吸附平衡的定量表示：吸附等溫線
    5.2.3 不均勻表面活性點體系中的吸附
    5.2.4 利用化學平衡計算模型求出吸附體系中的物質(zhì)
    5.2.5 特殊情況下的吸附等溫線：表面沉淀
    5.2.6 其他等溫模型
  5.3 吸附過程中的動力學研究
    5.3.1 傳質(zhì)過程模型
    5.3.2 反應動力學模型
    5.3.3 其他模型
  5.4 吸附床反應
  參考文獻
6 陽離子吸附特征
  6.1 吸附劑
    6.1.1 廣譜吸附劑
    6.1.2 專屬吸附劑
  6.2 陽離子吸附特性
    6.2.1 單價陽離子吸附
    6.2.2 二價陽離子吸附
    6.2.3 三價/四價陽離子
    6.2.4 含氧金屬陽離子的吸附
  6.3 對陽離子的選擇性
    6.3.1 單價陽離子
    6.3.2 二價陽離子
    6.3.3 同價交換作用
    6.3.4 異價交換作用
  參考文獻
7 陰離子吸附特征
  7.1 陰離子吸附作用
    7.1.1 陰離子吸附的模型
    7.1.2 pH與陰離子吸附之間的關系
    7.1.3 離子強度及陽離子對吸附的影響
    7.1.4 陰離子在氧化物上吸附的可逆性
    7.1.5 包含特性吸附的陰離子交換
  7.2 簡單陰離子吸附
    7.2.1 氟離子
    7.2.2 氯離子
    7.2.3 溴離子
    7.2.4 氰離子
  7.3 含氧陰離子吸附
    7.3.1 硫酸根
    7.3.2 硝酸根
    7.3.3 亞硝酸根
    7.3.4 磷酸根離子
    7.3.5 砷酸根和亞砷酸根
    7.3.6 六價鉻的陰離子
    7.3.7 碘酸根
    7.3.8 高氯酸根
    7.3.9 硼離子
  參考文獻
8 有機分子吸附特征
  8.1 有機大分子(聚合物)的吸附概述
  8.2 染料和油的吸附
    8.2.1 染料的吸附
    8.2.2 油的吸附
  8.3 酚類與藻毒素的吸附
    8.3.1 酚類化合物的吸附
    8.3.2 藻毒素的吸附
  8.4 蛋白質(zhì)和溶菌酶的吸附
    8.4.1 蛋白質(zhì)的吸附
    8.4.2 溶茵酶的吸附
  參考文獻
9 重金屬離子的生物吸附
  9.1 重金屬離子去除概述
  9.2 生物吸附法
  9.3 生物吸附劑
    9.3.1 細菌吸附劑
    9.3.2 真菌吸附劑
    9.3.3 藻類吸附劑
    9.3.4 新型生物吸附劑
  9.4 吸附機理和過程研究
    9.4.1 吸附機理
    9.4.2 生物吸附過程
  9.5 生物吸附的影響因素
    9.5.1 pH
    9.5.2 金屬離子濃度
    9.5.3 吸附時間
    9.5.4 離子強度
    9.5.5 競爭吸附
    9.5.6 處理改性方式
  9.6 細胞的固定化
    9.6.1 微生物固定化的載體
    9.6.2 微生物固定化方法
    9.6.3 固定化茵體吸附金屬的研究進展
  9.7 生物吸附模型
    9.7.1 吸附等溫模型
    9.7.2 吸附動力學模型
  9.8 生物吸附的應用前景和未來
  參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   開發(fā)水處理或污泥的絮凝劑系列產(chǎn)品，從經(jīng)濟及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的角度看，將有十分廣闊的前景，任志峰等研究了焙燒層狀氫氧化鎂鋁對氯離子的吸附，其他學者的研究也表明水滑石和碳納米管對氯離子有很好的吸附能力。脫乙酰度95％的殼聚糖對質(zhì)量濃度為80mg（Cl—）／L溶液的吸附率可達到64.8％，而且其吸附性能遠大于活性炭、樹脂、Al（OH）3、Mg（OH）2。 7.2.3溴離子 目前研究得最多的吸附方法大致有兩類：樹脂吸附和殼聚糖吸附。 張拿慧使用201×7強堿性陰離子交換樹脂對濃海水中的溴進行了動力學研究，該樹脂對溴的最大吸附量為2.4894mg／mL，吸附率達到98％。研究認為所用樹脂對溴吸附過程的主要控速步驟為顆粒擴散控制。顆粒擴散系數(shù)隨溫度、溶液初始濃度的增加而增大，隨pH的增加而降低，而轉(zhuǎn)速對其影響較小。 另外，謝海英采用了D201大孔強堿性離子交換樹脂對濃海水進行提溴研究，獲得的最大吸附量為0.104mg／mL（濕樹脂），吸附率可達到98％以上。 樹脂法提溴具有設備簡單、常壓操作、投資小、能耗低等優(yōu)點，是一項很有發(fā)展前景的濃海水提溴方法，但樹脂法也是一個很復雜的過程，強堿性陰離子型離子交換樹脂存在機械強度差、顆粒小、易被有機物和泥沙堵塞等缺點；而JA—2型無機吸附劑則仍處于研究階段，生產(chǎn)應用上仍有困難。 為開發(fā)出新型高效吸附劑對海水中的溴離子進行濃縮、富集，為生產(chǎn)溴素提供充足的高溴海水。研究者越來越多地開始研究殼聚糖對溴離子的吸附。殼聚糖是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，對金屬陽離子具有良好的吸附作用，而通過改性可用于吸附鹵素離子等陰離子。 孟范平等研究了硝酸鑭改性殼聚糖對溴離子的吸附性能，考察了吸附劑用量、時間、溫度、pH等條件對吸附性能的影響。結果表明，在優(yōu)化的吸附條件下，改性殼聚糖對Br—（100mg／L）和海水樣品Br—的平均吸附容量分別為3.2295mg／g，0.6691mg／g。而普通殼聚糖對Br—（100mg／L）和海水樣品Br—的平均吸附容量分別為1.7930mg／g，0.7362mg／g。普通殼聚糖對Br—的吸附符合Langmuir等溫線而硝酸鑭改性殼聚糖對Br—的吸附過程采用Langmuir吸附等溫線和Freudlich等溫線描述均可。 趙正鵬等研究了500℃下焙燒層狀氫氧化鎂鋁對溴離子吸附性能，考察了吸附時間、吸附劑用量、吸附溫度、吸附初始pH等條件對吸附性能的影響。實驗結果表明，焙燒層狀氫氧化鎂鋁對溴離子具有較好的吸附性能，35℃下飽和吸附量為133.33mg／g。其吸附等溫線可以用Langmuir等溫方程描述。 Luigi Faleiola等研究了碘離子和溴離子在非水溶劑中，在多晶銀電極上的特定吸附。 7.2.4氰離子 牟淑杰采用陽離子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨對活性炭進行改性，并通過試驗研究了改性活性炭處理模擬含氰廢水。試驗結果表明，廢水pH為8，改性活性炭用量為12g／L，吸附時間為5h，反應溫度為20℃時，氰離子的去除率可達到99％以上，處理后廢水中氰離子的質(zhì)量濃度低于0.5mg／L。該吸附反應符合Langmuir等溫方程，該方法處理含氰廢水具有效果好、操作簡單等優(yōu)點。

編輯推薦

《固水界面化學與吸附技術》本著科學性、先進性和系統(tǒng)性的原則，廣泛吸取了國內(nèi)外有關書籍、期刊和網(wǎng)站的有益內(nèi)容，結合相關研究成果和最新的進展，著重從水化學、固體表面結構與相關粒子在水中的分布等方面對固水界面的物理化學行為加以闡述和討論，可作為研究生的學習資料，也可供科研工作者、工程人員參考和閱讀。

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