为了提高学生对所学知识的综合运用能力,培养科研创新能力,设计了研究二肽衍生物水凝胶的染料吸附性能的综合化学实验。考察了染料种类、吸附时间、染料浓度等条件对吸附效果的影响。实验结果表明,水凝胶对亚甲基蓝染料的吸附效果比甲基橙好,并对二者的混合染料溶液表现出良好的吸附选择性。水凝胶对亚甲基蓝的吸附行为符合准二级动力学方程,且同时符合Langmuir和Freundlich吸附等温线。该实验涉及的知识点多、可操作性强,十分适合面向高年级本科生开设。

在该研究型实验中,要求学生首先在室温下快速合成多种具有不同结构和水稳定性的金属有机框架;然后利用X射线衍射仪和红外光谱仪表征其微观结构和官能团组成,并结合软件模拟示意图,对其孔道结构建立初步认识;最后通过观察颜色变化和分光光度计法,定性和定量地分析比较不同金属有机框架的染料吸附能力,深入理解孔结构与吸附性能之间的关系。该实验有利于培养学生在面对材料化学复杂科学问题时,采取团队合作方式进行综合分析和研究的能力。

基于生物质资源化理念以及环境工程专业人才培养需求，设计了“三维生物质水凝胶吸附剂制备及性能测定”实验。以秸秆为原料优化制备了生物质水凝胶吸附剂，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）表征了其理化性质，并初步考察了其对水中重金属离子Cr(Ⅵ)的吸附性能及动力学模型，最后设置了涉及相关影响因素考察和机理探讨的开放性拓展实验。该实验将专业理论知识、实验操作技能及前沿科技成果相结合，能够为学生后续进行研究性、创新性实验以及进一步深造打下坚实基础，也有利于强化他们的环保意识。

以糠醛渣木质素和丙烯酸为原料,制备了可有效去除水中Pb2+、Cu2+和Cd2+离子的糠醛渣木质素鄄g鄄聚丙烯酸水凝胶(FRL鄄g鄄PAA水凝胶);研究了吸附p H值、温度和离子强度对FRL鄄g鄄PAA水凝胶吸附Pb2+、Cu2+、Cd2+性能的影响;分析了FRL鄄g鄄PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附动力学、吸附等温线及吸附热力学的相关数据;采用XPS谱图进一步分析了FRL鄄g鄄PAA水凝胶对重金属离子的吸附机制。结果表明:在PAA水凝胶结构中引入糠醛渣木质素提高了水凝胶对重金属离子的平衡吸

【目的】制备一种兼温度响应与高选择识别性能于一体的分子印迹水凝胶(T-MIHs)。【方法】以磷酸三(2-氯丙基)酯[Tris (2-chloropropyl) phosphate, TCPP]为模板分子，丙烯酸为功能单体，N-异丙基丙烯酰胺为温敏单体，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，采用自由基聚合法制备了温度敏感的T-MIHs。利用红外光谱、核磁共振波谱、扫描电镜、差示扫描量热表征原料的结构，考察水凝胶对模板分子的特异识别性能。【结果】成功制备T-MIHs，其最低临界溶解温度为39℃；等温吸附符合Langmuir吸附理论模型，吸附动力学符合准一级吸附动力学模型。该分子印迹水凝胶对TCPP显示了良好的选择识别性，对模板分子的吸附容量为119.32 mg·g~(-1)，印迹因子α=3.75，选择因子β=2.75，对TCPP的识别具有温度响应性。【结论】T-MIHs对水溶液中TCPP具有优异的吸附效果，同时对构筑有机磷阻燃剂高选择识别性的温敏印迹水凝胶具有重要参考。图9表4参30

设计了聚合物支撑型亚胺键COFs的制备、表征及其对酚类污染物的吸附性能综合研究型实验。该实验包括亚胺键COFs、聚多巴胺材料的制备，比表面积和表面形貌分析，材料质量与温度关系的变化规律，对酚类污染物吸附性能测试等实验内容。涵盖材料制备、表征及紫外分光光度计性能测试等多个知识点，教学实践表明：该综合研究实验促进了“科教融合”，并能全面培养学生的科研素养，提高学生的科研创新能力。

该文针对当前含油污泥热解处理后残渣的资源化利用问题,进行了含油污泥热解残渣的制备及吸附亚甲基蓝的综合性教学实验设计。该实验采用热解法制备了含油污泥热解残渣,对其进行了FT-IR、XRD、SEM结构表征,利用紫外-可见分光光度计分析了残渣对亚甲基蓝的吸附效果。该实验可操作性强,涵盖了含油污泥资源化处理、材料表征和吸附性能测试等多方面知识,可激发学生的学习兴趣,提高学生的综合实验能力。

分别以La(3+)和Y(3+)为轻稀土元素和重稀土元素的代表,探讨了蒙脱土吸附稀土离子的吸附性能和吸附机理。采用密封振荡平衡法考察了初始浓度、温度和时间对蒙脱土吸附稀土离子的影响。确定蒙脱土吸附La(3+)和Y(3+)符合Freundlich吸附等温模型,属于非均匀表面的单层吸附,蒙脱土吸附La(3+)和Y(3+)动力学符合准二级动力学方程,蒙脱土吸附La(3+)活化能为28.1kJ/mol、吸附重稀土钇离子的活化能为13.8kJ/mol。该综合化学实验将理论知识与实验紧密结合起来,锻炼了学生的实验动手能

该实验将农业废弃物花生壳转化为球形碳电极材料，在电流密度为1 A/g条件下的放电容量可达252 F/g。该实验设计包括样品制备、条件探索、形貌结构表征以及电化学性能测试分析等内容，能够有效锻炼学生的动手实践能力、分析和解决问题能力，以及团队协作精神和追求卓越的科研素养。

【目的】探究马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)的吸附性能,阐明马尾松树皮和纳米木质纤维素气凝胶吸附重金属离子的相关机理,以更好地利用农林废弃物马尾松树皮制备出成本低廉、便于产业化的生物质吸附材料,为其大规模应用奠定理论基础。【方法】将抽提后的马尾松树皮绝干样品在80℃水浴加热搅拌条件下使用对甲苯磺酸溶液处理1 h,反应结束后趁热过滤并透析滤渣。滤渣样品通过微射流均质机20次,得到马尾松树皮纳米木质纤维素。固含量2%的马尾松树皮纳米木质纤维素样品-20℃冷冻120 min后进行冷冻干燥,得到马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶。研究马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)的最大吸附容量(q_e)以及其等温吸附特性、吸附热力学特性和吸附动力学特性。【结果】马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)和Ni~(2+)的最大吸附容量(q_e)分别为132.7、130.4、186.7和123.4 mg·g~(-1)。马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)符合Temkin等温吸附(R~2=0.990 1),且为不均匀的单层吸附。吸附热力学特性研究表明,马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)的过程符合热力学规律,R~2=0.992 9,且为非自发复合吸附过程,升高温度对吸附过程的促进作用与放热反应对吸附过程的抑制作用甚至会出现相互抵消的情况。马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)符合准二级动力学模型(R~2=0.991 0),其吸附Cr~(3+)的速率主要受化学作用而非物质传输步骤影响,特别是二者之间电子的化学分享或共价键交换等过程。【结论】基于廉价的生物质———马尾松树皮制备的马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶可作为重金属离子的有效吸附剂,表现出较为理想的吸附容量,静态吸附涉及的条件较为简单,具有一定的可试验推广性,马尾松树皮基吸附剂的开发也可推动廉价生物质的资源化利用。马尾松树皮和纳米木质纤维素气凝胶2种吸附剂的吸附性能稳定可靠,有望通过优化工艺提升性能;但是需要基于大规模甚至中试规模试验才能检验其有效性,进而指导工艺优化,得到性能更加出色的马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶作为重金属离子吸附剂。

【目的】以废报纸为原料,通过氮气(N2)保护在不同热解温度下制备生物质炭,并探讨废报纸基生物质炭对铜离子(Cu~(2+))的吸附性能和吸附机制。【方法】采用元素分析、比表面积分析仪(BET)、傅里叶红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)和原子吸收光谱仪(AAS)等对生物质炭进行表征。【结果】所制备的生物质炭具有多孔结构,比表面积高(211 m~2·g~(-1)),有利于从水中去除Cu~(2+)。生物质炭的物理和化学性质随着热解温度的变化而变化。随着热解温度的升高,生物质炭的芳香性、比表面积、 pH和灰分含量逐渐增加,而氢、氮和氧含量下降。同时进行批量吸附试验,分析溶液初始pH、吸附时间、初始浓度、不同吸附温度对生物质炭吸附容量的影响。热解温度为400、 500、 600℃的生物质炭在30℃、 pH为5.0的条件下最大吸附容量分别为107、 115和138 mg·g~(-1)。伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能很好地模拟吸附过程,表明在此吸附过程中,化学吸附是限速步骤,吸附发生在吸附剂内特定的均相位点(单层吸附)。通过热力学模型计算所得ΔH~o为正值,表明吸附过程是吸热反应。此外,生物质炭的吸附机制包括沉淀作用、离子交换、π—π作用和络合反应。【结论】本研究以废报纸为原料,所制备的生物质炭是具有一定应用前景的、环境友好的、高效的Cu~(2+)吸附材料。图6表1参34

采用莴苣皮粉剂为生物材料吸附剂对亚甲蓝(MB)、亮甲酚兰(BCB)、中性红(NR)3种阳离子染料进行了吸附研究。考察了吸附剂量、吸附剂粒径、吸附时间、染料浓度及pH值等因素对染料吸附的影响,确定了最佳吸附条件。结果显示,莴苣皮粉剂对3种阳离子染料的去除率均较高,当初始pH值等于或大于4时,用2.0 g 60~80目的莴苣皮粉剂对浓度为100 mg.L-1的3种阳离子染料处理60 m in后的去除率都在85%以上;吸附等温线符合Langmu ir或Freun-d lich模式,用Lagergren准一级反应动力学方程对吸附过程进行模拟,拟合良好。上述结果表明,莴苣皮可成为一种很有前途的阳离子染料...

采用高锰酸钾与硫酸锰联合对竹炭进行改性，并将改性前后的竹炭对甲醛的吸附性能进行探讨。分析了甲醛溶液的初始浓度、改性前后竹炭的用量、温度、时间等条件对吸附的影响；通过扫描电镜、比表面积和红外光谱表征了竹炭改性前后的表面构型、比表面积与官能团变化。研究结果表明，甲醛溶液浓度４２ ｍｇ／ｍ Ｌ，改性竹炭用量１７ ｍｇ／ｍ Ｌ、温度３１３ Ｋ，吸附时间５ ｈ的条件下，甲醛的吸附效果最好，达到了５０．２５ ｍｇ／ｇ；扫描电镜、比表面积和红外光谱等手段的分析表明，竹炭经改性后微孔结构增多、比表面积增大、表面含氧官能团增多，改性竹炭比未改性竹炭具有更为良好的吸附性能。

介绍离子液体键合硅胶的制备与表征,以及在吸附重金属中的应用的综合实验教学设计。以硅胶为原料,利用氯丙基硅烷将1-甲基咪唑和1-乙基咪唑分别键合在硅胶上,制备两种离子液体键合硅胶,并将这两种硅胶用于吸附重铬酸根离子,并对吸附行为进行理论分析。该实验条件简单,实验试剂易得,涉及高分子材料的制备、结构表征、静态吸附、量子化学计算等多方面内容,有利于提高学生的综合运用知识和理论与实践相结合的研究能力。