Rapid degradation of hexachlorobenzene by micron Ag/Fe bimetal particles

The feasibility of the rapid degradation of hexachlorobenzene (HCB) by micron-size silver (Ag)/iron (Fe) particles was investigated.Ag/Fe particles with different ratios (0,0.05%,0.09%,0.20%,and 0.45%) were prepared by electroless silver plating on 300 mesh Fe powder,and were used to degrade HCB at different pH values and temperatures.The dechlorination ability of Fe greatly increased with small Ag addition,whereas too much added Ag would cover the Fe surface and reduce the effective reaction surface,thereby decreasing the extent of dechlorination.The optimal Ag/Fe ratio was 0.09%.Tafel polarization curves showed that HCB was rapidly degraded at neutral or acidic pH,whereas low pH levels severely intensified H2 production,which consumed the reducing electrons needed for the HCB degradation.HCB degradation was more sensitive to temperature than pH.The rate constant of HCB dechlorination was 0.452 min-1 at 85℃,50 times higher than that at 31℃.HCB was degraded in a successive dechlorination pathway,yielding the main products 1,2,4,5-tetrachlorobenzene and 1,2,4-trichlorobenzene within 2 hr.     

包覆型纳米铁的制备及其降解三氯乙烯的性能研究

采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)为聚合单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过微乳液原位聚合法制备包覆型纳米铁,采用XRD、FI-IR、TEM对其性能进行表征.结果表明:包覆型纳米铁(En-n ZVI)是在纳米铁颗粒(n ZVI)外层形成了稳定的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆层,包覆后的纳米铁粒径均一、不团聚,并能于空气中放置3 d以上而不被氧化,克服了纳米铁在空气中不能稳定存在的缺点.降解实验结果表明:该纳米材料能有效降解环境污染物三氯乙烯TCE,24 h去除率超过了92%,脱氯率达到90.0%.     

CMC改性纳米Fe/Cu双金属模拟PRB去除地下水中2,4-二氯苯酚

使用羧甲基纤维素钠（CMC）对纳米零价铁（NZVI）改性,并将铜（Cu）作为复合金属,制得改性纳米Fe/Cu双金属.同时采用模拟反应柱模拟可渗透反应墙（PRB）去除地下水中2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的反应过程.改性前后材料的表征以及沉降实验结果表明,改性后的材料有更强分散性.通过考察污染物浓度、材料投加量、Cu的负载率、pH值、流量等因素对降解2,4-DCP的影响,结果表明：反应过程符合一级动力学模型,较低的pH值与较小的流速以及10%的Cu负载率有利于2,4-DCP脱氯,过多的材料投加量和过高的初始2,4-DCP浓度不利于其脱氯.     

乳化纳米铁(EZVI)强化地下水氯代烃还原脱氯

对氯代烃污染地下水进行厌氧微生物还原脱氯时,存在微生物驯化时间长、pH值持续降低、有毒中间产物累积等限制修复效率的问题,为解决上述问题,本课题组制备了一种乳化油(EVO)包覆纳米零价铁(NZVI)的修复试剂,即乳化纳米铁(EZVI),其可以抑制NZVI钝化,增强反应速率并促进厌氧微生物脱氯反应.通过静态批实验探究了EZVI与三氯乙烯的反应动力学及EZVI对四氯乙烯(PCE)还原脱氯的中间代谢产物,并阐明了该过程机理.结果表明EZVI可以有效延缓NZVI钝化、提高反应活性,反应符合一级反应动力学,k_obs=0.182d^-1;EZVI还原PCE可以减少中间产物二氯乙烯的积累,10天内去除PCE达到97.2%,比EVO还原体系提高了68.9%;反应过程中pH值保持在6.5~7.5,ORP值在-50~10mV,提供了良好的还原环境,有效促进了厌氧微生物脱氯反应进行.     

流变相法制备包覆型CMC-Fe0及降解水中TCE的研究

以廉价环保的羧甲基纤维素钠(CMC)为表面修饰剂,采用流变相反应法制备包覆型纳米零价铁(CMC-Fe0),用XRD、SEM和TEM、氮气吸附-脱附手段对样品进行表征,并利用合成的零价铁粒子对三氯乙烯(TCE)进行还原脱氯反应.结果表明,当CMC-Fe0投加量为6 g·L-1,TCE初始浓度为5 mg·L-1时,反应40 h去除率达100%.包覆型CMC-Fe0对TCE的还原反应符合准一级反应动力学.最后,对反应产物进行了简单易行的回收.     

铁还原环境四氯乙烯生物降解及其影响因素

通过实验研究了铁还原环境下四氯乙烯(PCE)的生物降解。以醋酸为共代谢基质,在20℃时,PCE可以顺序脱氯为TCE和DCEs。反应速率常数为0.2489d-1,半衰期为2.78d。在实验的第1天和第10天分别检测到了TCE和DCEs。TCE最高浓度为358.98nmol/L,是最主要的反应产物。碳平衡为88.7%～109.3%。在13d的实验周期中,微生物的数量和活性都有所增加。同时研究了不同的影响因素,如低温、不同pH和电子受体对PCE生物降解的影响。结果表明,在12℃时,PCE可以脱氯为TCE,半衰期为6.45d,降解速率为0.1075d-1,较20℃时的降解速率要低。脱氯的最佳pH值在7.0左右,较高和较低的pH值均会抑制脱氯微生物的活性。加入不同电子受体NO3-和SO42-,PCE脱氯受到不同程度的抑制,前者可能是由于NO3-是相对强的氧化剂,造成微环境中的氧化还原电位升高;后者则可能是SO42-的存在,会抑制脱氯菌的作用。     

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.     

甲醇为共代谢基质时四氯乙烯的厌氧生物降解

四氯乙烯(PCE) 在厌氧条件下通过还原脱氯发生生物降解.本文研究以甲醇作为共代谢基质时PCE的降解情况.结果表明:在微生物的作用下PCE还原脱氯为TCE和DCEs,可能有VC和乙烯.因此,DCEs、VC和乙烯可能是PCE降解的终产物.PCE、TCE的降解和TCE的生成都符合准一级动力学.PCE和TCE的反应速率常数K分别为0.8991d^-和0.068 d^-;半衰期分别为0.77d和10.19d,TCE的生成速率常数为0.1333d^-.表明PCE的脱氯速度大于TCE,而TCE的生成速率大于降解速率,所以在整个实验期间都有TCE存在.     

ORC-GAC-Fe0 system for the remediation of trichloroethylene and monochlorobenzene contaminated aquifer: 1. Adsorption and degradation

Activities at a former Chemistry Triangle in Bitterfeld, Germany, resulted in contamination of groundwater with a mixture of tdchloroethylene(TCE) and monochlorobenzene(MCB). The objective of this study was to develop a barrier system,which includes an ORC(oxygen release compounds) and GAC(granular activated carbon) layer for adsorption of MCB and bioregeneration of GAC, a Fe^0 layer for chemical reductive dechlorination of TCE and other chlorinated hydrocarbon in situ. A laboratory-scale column experiment was conducted to evaluate the feasibility of this proposed system. This experiment was performed using a series of continuous flow Teflon columns including an ORC column, a GAC column, and a Fe^0 column. Simulated MCB and TCE contaminated groundwater was pumped upflow into this system at a flow rate of 1.1 ml/min. Results showed that 17%-50% of TCE and 28%-50% of MCB were dissipated in ORC column. Chloride ion, however, was not released, which suggest the dechlorination do not happen in ORC column. In GAC column, the adsorption of contaminants on activated carbon and their induced degradation by adapted microorganisms attached to the carbon surface were observed. Due to competitive exchange processes, TCE can be desorbed by MCB in GAC column and further degraded in iron column. The completely dechlorination rate of TCE was 0.16-0.18 cm^-1, 1-4 magnitudes more than the formation rate of three dichloroethene isomers. Cis-DCE is the main chlorinated product, which can be cumulated in the system, not only depending on the formation rate and its decaying rate, but also the initial concentration of TCE.     

Rapid treatment of atrazine-contaminated water by nickel/iron bimetallic system

The utility of nickel/iron in the remediation of atraz.ine-contaminated water was investigated. The experimental results showed that nickel/iron had effective catalytic activity in dechlorinating atraz.ine under acidic conditions. The dechlonnation reaction approximately followed the first-order kinetics under the experimental conditions( nickel/iron: 1.0 g/250 ml: Ca~r~ = 20.0 mg/L), the reaction rate increased with decreasing pH value of the reaction solution and increasing the proportion of Ni: Fe within 2.95 %. For condition with 2.95% nickel/iron, the reaction rate constants were 0.07518( R = 0.9927), 0.06212( R = 0.9846) and 0.00131 min^-1 ( R = 0.9.565) at pH = 2.0, 3.0 and 4.0, respectively. HPLC analysis was used to monitor the decline of atraz.ine concentration.     

Debromination of decabromodiphenyl ether by organo-montmorillonite-supported nanoscale zero-valent iron：Preparation, characterization and influence factors

An organo-montmorillonite-supported nanoscale zero-valent iron material(M-NZVI) was synthesized to degrade decabromodiphenyl ether(BDE-209). The results showed that nanoscale zero-valent iron had good dispersion on organo-montmorillonite and was present as a core-shell structure with a particle size range of nanoscale iron between 30–90 nm, characterized by XRD, SEM, TEM, XRF, ICP-AES, and XPS. The results of the degradation of BDE-209 by M-NZVI showed that the efficiency of M-NZVI in removing BDE-209 was much higher than that of NZVI. The efficiency of M-NZVI in removing BDE-209 decreased as the pH and the initial dissolved oxygen content of the reaction solution increased, but increased as the proportion of water in the reaction solution increased.     

Ag/Fe催化还原体系处理水体中氯代烃的研究

研究了水体中的三氯甲烷(CF)、四氯化碳(CT)、1,1,1-三氯乙烷(1,1,1-TCA)、1,1,2,2-四氯乙烷(1,1,2,2-TeCA)、六氯乙烷(HCA)、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)在Ag/Fe以及Fe⁰还原体系中的还原脱氯反应.结果表明,Ag的加入会明显提高氯代烃的还原脱氯速率,铁表面积浓度为150 m²·L^-1时,如果单独使用Fe⁰,CF、CT、1,1,1-TCA、1,1,2,2-TeCA、     

硫化纳米零价铁对PCB153的降解研究

硫化纳米零价铁(S-nZVI)是近年来兴起的一种纳米零价铁改性材料,已有研究发现其在重金属污染物去除方面具有较好的效果,而有关其对多氯联苯(PCBs)的反应活性目前尚未见报道.因此,本研究对比了采用前置硫化合成法制备的S-nZVI(S/Fe=0.103)、纳米零价铁(nZVI)和羧甲基纤维素稳定纳米零价铁(CMC-nZVI)3种纳米零价铁材料降解六氯联苯PCB153的反应动力学,研究了pH值、阴离子、腐殖酸(HA)等因素对该反应的影响,分析了反应前后材料表面性质的变化,探讨了脱氯路径和反应机理.结果表明,3种纳米零价铁材料对PCB153的降解反应符合准一级动力学,降解机理相似,降解效果依次为CMC-nZVInZVIS-nZVI.硫化改性降低了nZVI去除PCB153的反应活性,S-nZVI表面的硫铁化物并未直接参与PCB153降解反应,S-nZVI反应活性低的原因可能是硫铁化物的形成损耗了一部分Fe~0的还原能力.此外,与CMC-nZVI、nZVI不同,高pH更有利于S-nZVI对PCB153的降解,阴离子和HA对3种纳米零价铁活性的影响规律相似.研究结果可为S-nZVI在持久性有机污染物降解中的应用提供理论依据和技术支持.     

纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解

纳米零价铁及其双金属材料因比表面积大、反应活性高,已被大量应用于地下水中卤代有机污染物、无机盐和重金属的处理,而将纳米零价铁铜双金属(Cu/n ZVI)应用于四氯双酚A(TCBPA)污染土壤的修复却鲜见报道.本文以Cu/nZVI为反应材料,探究了TCBPA起始浓度,Cu/n ZVI投加量、p H、温度等因素对土壤中TCBPA降解率的影响.批实验结果表明:反应温度为25℃,经过360 min的反应后,0.30 g的Cu/n ZVI对土壤中0.8 mg·g~(-1)TCBPA的降解率可达85%以上.Cu/n ZVI对土壤中TCBPA的降解率随TCBPA初始浓度的增加而降低,随Cu/n ZVI投加量的增加而升高,随土壤初始p H的增加而降低,Cu/n ZVI对TCBPA的降解在常温条件下即可有效的进行.Cu/nZVI对TCBPA的降解遵循准一级反应动力学模型.GC-MS结果表明,Cu/n ZVI降解TCBPA是一个逐步还原脱氯的过程.     

纳米四氧化三铁对2,4-D的脱氯降解

采用纳米四氧化三铁(Fe3O4)降解水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),考察了2,4-D初始浓度、纳米Fe3O4投加量、溶液pH和温度等因素对2,4-D降解率的影响.结果表明,纳米Fe3O4对2,4-D有显著的降解效果,初始浓度为10 mg/L的2,4-D, 48 h内降解率可达48%.纳米Fe3O4对2,4-D的降解是一个还原脱氯过程,反应体系中氯离子浓度随2,4-D浓度降低而升高.LC/MS分析表明,2,4-D降解的主要产物是苯酚,其他中间产物是2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、4-氯苯酚(4-CP)和2-氯苯酚(2-CP).溶液中2,4-D的降解符合准一级反应动力学,产物4-CP、2,4-DCP和苯酚的反应速率常数K分别为0.0043、0.0026和0.0032 h -1.环境条件对降解效率有显著影响,2,4-D初始浓度在0～10 mg/L、纳米Fe3O4投加量0～300 mg/L的范围内,2,4-D降解率随初始浓度和纳米Fe3O4投加量的增加而增大;pH对2,4-D的脱氯降解有显著影响,在pH为3.0时,纳米Fe3O4对2,4-D的还原脱氯效果最好;温度升高,可以提高脱氯反应速率.     

利用零价铁去除挥发性氯代脂肪烃的试验

选用四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCF)与四氯化碳(CT)为靶污染物,研究不同组合下,零价铁系统对各污染物降解的有效性及反应进行的影响因素.结果表明:实验选用的废料生铁可有效去除水中的有机氯代脂肪烃类,尤其对氯代烷烃具有较强的降解功能,且反应符合准一级反应动力学方程;当PCE和TCE共存时,PCE和TCE的反应速率常数K分别为0.0624mL·(m²·h)^-1和0.0357mL·(m²·h),说明氯代程度高的PCE脱氯快;当CT和PCE共存时,二者的K分别为0.1341mL·(m2·h)^-1和0.0129mL·(m²·h)^-1,CT的脱氯快且彻底,说明氯代程度相同时烷烃的脱氯优于烯烃;无论是哪种氯代烃,单独存在时其反应的半衰期均短于与其它组分共存时.     

EDDS螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐技术对TCE的降解效果

为解决传统Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐过程中Fe有效性较低的问题,采用可生物降解的EDDS(乙二胺二琥珀酸)螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐处理水溶液中的TCE(三氯乙烯),考察c(过硫酸盐)、c〔Fe(Ⅲ)〕/c(EDDS)〔下称Fe(Ⅲ)/EDDS〕、溶液初始pH以及阴离子浓度对TCE降解效果的影响,并研究体系中产生的活性氧自由基. 结果表明:c(过硫酸盐)为15.0 mmol/L、Fe(Ⅲ)/EDDS为4时,60 min内TCE去除率达99.7%;提高c(过硫酸盐)、Fe(Ⅲ)/EDDS均有利于TCE降解,但超过一定限值后对TCE去除效果增强不明显;溶液初始pH(3~11)越高,TCE去除率越低;加入Cl-、HCO₃-、SO₄2-和NO₃- 4种阴离子均会抑制TCE降解,抑制程度表现为HCO₃->Cl- >SO₄2->NO₃-;自由基清扫试验证实体系中存在SO₄-·、·OH和O₂-·等3种活性氧自由基,·OH对TCE的降解起主导作用. 因此,EDDS螯合Fe(Ⅲ)活化过硫酸盐技术能够产生以·OH为主的活性氧自由基,从而快速高效去除水溶液中TCE,但降解过程受水质参数影响.      

锌粉降解地下水中的农药阿特拉津

研究了Zn⁰催化还原模拟地下水中阿特拉津.结果表明,Zn⁰比Fe⁰具有更高的反应活性,反应5d对阿特拉津的降解率为100%,在Zn⁰还原脱氯的过程中,溶液的pH值逐渐增加,反应过程中通过添加磷酸缓冲溶液调节pH值,24h降解率达到100%.阿特拉津降解产物的GC/MS鉴定表明,阿特拉津还原脱氯的产物为2-乙胺基-4-乙丙胺基-1,3,5-三嗪(DCA).     

微米铁复合生物碳源对地下水中1,2-二氯乙烷的高效去除

1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)是一类地下水中常见的难降解饱和氯代烃,为探究厌氧条件下零价铁(ZVI)协同生物作用对其降解规律,采集北京市某氯代烃污染场地地下水及含水层土壤,利用微宇宙实验体系,通过添加由微米级零价铁(mZVI)、生物碳源及营养组成的复合药剂,考察不同条件下1,2-DCA的去除效果,并对地下水理化参数的变化进行长期监测.结果表明:复合药剂添加量为3%时,恒温、避光、匀速振荡的反应条件下,15 d内地下水中的1,2-DCA即可降至低于检出限.中性pH及SO_4~(2-)的存在更有利于1,2-DCA的脱氯降解. 30 d后仅检测到体系中明显的乙烯产生,推测双脱氯消除为1,2-DCA在该体系内的主要降解途径.此外,复合药剂加入后,地下水可长时间维持较低的氧化还原电位(-100～-300 m V)、溶解氧(0. 5 mg·L~(-1))以及适宜的pH值(6. 5～7. 5),利于厌氧微生物活性的维持及脱氯反应的进行.     

纳米镍/铁和铜/铁双金属对四氯乙烯脱氯研究

以实验室合成的纳米双金属颗粒(Ni/Fe和Cu/Fe)为反应材料,对四氯乙烯(PCE)进行脱氯试验研究.纳米金属颗粒(直径范围在1～100nm)比表面积比微米级铁颗粒高数十倍.结果表明,纳米Ni/Fe和Cu/Fe对四氯乙烯有明显的脱氯作用,且脱氯反应符合准一级反应动力学方程;在作为还原剂的铁表面镀上一薄层起催化作用的金属Ni或Cu,催化剂的存在大大降低脱氯反应活化能,提高了脱氯速率,并减少氯代副产物的产量.与零价铁及微米级双金属系统(Ni/Fe,Cu/Fe)相比,纳米颗粒对PCE的脱氯速率有明显提高,尤其是纳米Ni/Fe,标准化反应速率常数KSA为4.283 mL·m-2·h-1,分别比零价铁和微米级Ni/Fe系统快33.23倍和11.59倍.纳米Cu/Fe标准化反应速率常数KSA为1.194 mL·m-2·h-1,分别比零价铁和微米级Cu/Fe双金属系统快9.26倍和5.24倍.在相同条件下,纳米Ni/Fe脱氯速率常数KSA是纳米Cu/Fe的3.59倍.