纳米TiO2协助下As（Ⅲ）在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将A8(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO2的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO2的加入量为1.0 g·L-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO2体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al2O3也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

磁性CeO2-Fe3O4复合材料光催化/吸附去除水中As(III)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO₂半导体的光催化活性及CeO₂和Fe₃O₄对As（V）的强亲和力,合成了双组份磁性CeO₂-Fe₃O₄复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始pH值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O₂^-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As（Ⅲ）能完全被氧化为毒性较低的As（V）,同时将As（V）高效吸附于CeO₂-Fe₃O₄粒子表面.在中性条件下,CeO₂-Fe₃O₄粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g^-1.共存离子Cl^-和SO₄^2-对As（V）的吸附没有显著影响,而CO₃^2-、SiO₃^2-和PO₄^3-与As（V）存在明显的竞争吸附,使As（V）的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As（V）的吸附以化学吸附为主导.CeO₂-Fe₃O₄复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

Fe(Ⅵ)在光催化条件下的分解及协同光催化降解BPA的研究

研究了不同条件下Fe(Ⅵ)-光催化氧化方法对双酚A (BPA)的降解作用.结果表明,在光催化氧化中,TiO₂表面产生的光生电子(e^-_cb)会将Fe(Ⅵ)还原成Fe(Ⅴ)和Fe(Ⅳ),Fe(Ⅵ)的加入对光催化氧化起到了协同作用,提高了光催化氧化的效率.此外,还研究了Fe(Ⅵ)在不同条件下的分解情况,发现光催化氧化能促进Fe(Ⅵ)的分解,随着pH值的增加,TiO₂表面吸附Fe(Ⅵ)的能力减弱.采用光催化氧化方法降解BPA时,加入Fe(Ⅵ)可以提高BPA的氧化降解速率2.5倍.     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅲ)的研究

以活性炭为载体,利用液相还原方法制备了一种负载型纳米铁吸附剂,载入量(Fe/炭)为82.0 mg/g.纳米铁在活性炭孔内呈针状,其直径为30～500 nm,长度为1?000～3?000 nm.该吸附剂在pH 6.5,(25±2)℃,As(Ⅲ)初始浓度为2 mg/Ｌ,吸附剂用量为1.0 g/Ｌ时,As(Ⅲ)的去除率为99.86%,吸附剂的砷吸附容量为1.997 mg/g;吸附速率在前12 h较快,可达94.3%,72 h达到吸附平衡.吸附过程中As(Ⅲ)部分被吸附剂氧化.PO^３－₄、SiO^２－_３对As(Ⅲ)的去除抑制较大,而SO^２－₄、CO^２－_３、C₂Ｏ^２－₄等离子对砷的去除影响较小.吸附平衡后的吸附剂可以用0.1 mol/Ｌ NaOH溶液洗脱再生,再生效率较高.室内实验数据表明,该吸附剂在饮用水除砷领域具有较好的应用前景.     

碱/抗坏血酸活化分子氧氧化水中As（III）

研究了碱/抗坏血酸（H₂A）活化分子氧体系（碱/H₂A体系）氧化水中三价砷（As（III））的过程与机理.考察了pH、H₂A浓度、As（III）初始浓度、水中常见阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）和有机质富里酸对As（III）氧化效率的影响,通过自由基抑制实验及电子自旋共振（ESR）鉴定了体系中的活性氧物质（ROS）,并采用液相色谱-质谱分析技术鉴定了H₂A的降解产物.结果表明,在pH=9~12范围内,pH值越高,As（III）氧化速率越快;pH=10条件下,随着H₂A浓度从0.05 mmol·L^-1增加到1 mmol·L^-1,反应1 h后,As（III）氧化率从24%增加至92%.机理研究结果表明,H₂O₂是碱/H₂A活化分子氧体系中氧化As（III）的主要ROS,它主要来自碱性条件下H₂A与分子氧的单电子或双电子反应,同时,体系中H₂A也发生了氧化性降解.碱/H₂A体系可用于含砷废水的预处理,并与离子交换吸附方法联合,实现高效除砷.     

溴代甲烷在SO42-/TiO2上的光催化降解

采用溶胶-凝胶法制备了SO₄^2-/TiO₂催化剂,运用XRD、BET比表面测定,FTIR等技术对催化剂进行了表征,并在微型常压连续反应装置上进行CH₃Br光催化反应性能考察.结果表明,SO₄^2-引入TiO₂体系使得催化剂的结构和光催化性能得到显著改善.SO₄^2-负载量为9%,烧结温度为450℃时,SO₄^2-/TiO₂催化剂的光催化活性最高;SO₄^2-/TiO₂催化剂对反应物料中的水汽有很好的耐受性;当反应温度低于85℃时,提高反应温度,有利于改善对CH₃Br的光催化反应活性,表观活化能约为19.6kJ·mol^-1,反应温度在85℃～105℃区间时,CH3Br的光催化降解表观活化能为0.     

磷钨酸光催化六氟苯脱氟的研究

选择六氟苯作为目标化合物,利用266 nm脉冲激光照射磷钨酸与六氟苯的混合溶液证实了光催化转化六氟苯的可行性.结果表明,氟离子生成率与光照时间、pH值、磷钨酸初始投加量和添加物的量有关.氟离子生成率随激光脉冲次数的增加而升高.在溶液pH=1.0的条件下,氟离子生成率最高.2.0×10^-4mol/L的六氟苯与5.0×10^-6mol/L的磷钨酸的混合溶液在接受脉冲激光后,氟离子生成率可达208.1%.外加的氧化剂O₂、KMnO₄、K₂S₂O₈可以有效氧化还原态的磷钨酸,实现整个光催化循环.溶液中存在的醇类及芳香族有机化合物不利于磷钨酸光催化转化六氟苯.     

Cr(VI)离子在TiO2表面的吸附与光催化还原消除

随着体系pH值增大,Cr(VI)离子在TiO₂表面的吸附下降。当Cr(VI)离子初始浓度为300μmol/L时,其在TiO₂表面具有最大值吸附。H₂PO₄^-阴离子及乙酸的存在对Cr(VI)离子的吸附有阻抑作用,甲酸存在会提高Cr(VI)离子的吸附。Cr(VI)离子在TiO₂半导体催化剂表面的光催化还原受体系的酸度影响较大。H₂PO₄^-阴离子或Mn²⁺离子存在会降低Cr(VI)离子的光催化还原效率。在太阳光照下,Cr(VI)离子在TiO₂上的光催化还原也可实现。通过调节反应结束后水溶液的酸碱度,Cr(VI)离子得以消除。反应后催化剂经酸处理,其活性恢复并可重复使用。     

不同水化学因素对砷在河砂上的吸附影响研究

河岸带作为一种常见的地下水和地表水相互作用带,砷在其主要含水层介质中的行为特征及其影响因素较少有研究报道.基于此,采集河岸带河砂开展室内实验,查明砷在河砂上的吸附动力学和等温吸附特征,重点探究不同pH、氧化还原条件和共存离子对砷与河砂相互作用的影响.结果发现：As（Ⅲ）和As（V）在河砂上的吸附过程符合准二级动力学模型,均能很好地用Langmuir和Freundlich模型拟合（R²>0.99）;随着pH值（3~11）的增大,河砂对As（Ⅲ）和As（V）的平衡吸附量（q_e）逐渐减小;相对于有氧环境,缺氧环境下q_e较低且随着初始S^2-含量的增加而逐渐减小;整体上,共存阴离子对河砂吸附砷存在抑制作用,顺序为：PO₄^3- > SiO₃^2- > S^2->HCO₃^- > SO₄^2- > NO₃^-,共存阳离子对河砂吸附砷具有促进作用,顺序为：Fe³⁺>Fe²⁺.     

UV/TiO2光催化还原Cr(Ⅵ)过程中吸附作用的影响及其消除

研究了水体中Cr(Ⅵ)离子在UV/TiO₂体系中光催化还原过程.结果表明,Cr(Ⅵ)离子UV/TiO₂光催化还原过程符合Langmuir-Hinshelwood动力学规律.不存在有机物时,TiO₂吸附作用是该反应的前提.pH=1.5～2.5时吸附性能较好,而且pH=1.5～10的初始反应速率同pH值有线性关系.在TiO₂表面的竞争吸附能力按PO₄^3->SO₄^2->Cl^->NO₃^-依次减弱.甲酸、甲醛有机物的协同作用可提高Cr(Ⅵ)离子的光催化还原速率和效率,并消除由暗态吸附对反应所起的作用,磷酸根离子极强的竞争吸附能力,使有机物的协同作用减弱.     

TiO2光催化降解水中内分泌干扰物17β-雌二醇

以低压汞灯为光源,采用间歇式光氧化反应器,研究了17β-雌二醇(E2)在纳米TiO₂(Degussa P-25)悬浆体系中的光催化降解.考察了溶液pH、E2初始浓度、TiO₂光催化剂投加量、UV光强、H₂O₂、O₂对E2光催化降解的影响.结果表明,TiO₂光催化工艺可以有效地去除水中的E2,E2的光降解过程符合一级反应动力学模型;TiO₂投加量为200　mg/L时,在14 W低压汞灯照射下,初始浓度为400 μg/L 的E2在自来水中的光降解一级反应速率常数为0.018 min^-1,E2的光催化降解速率常数与其初始浓度、TiO₂光催化剂的用量、溶液的pH值、UV光强等因素有关;外加H₂O₂、O₂可以影响催化剂的光降解效率.     

TiO2/Ti光电极电助光催化降解甲草胺的研究

采用阳极氧化法制备了TiO₂/Ti光电极,并通过电助光催化的方法研究了恒电流法和恒电压法对甲草胺的降解效率.实验证实了在光催化和电催化之间存在协同效应,反应溶液中加入Na₂SO₄电解质后,SO₄^2-可以被价带空穴氧化成强氧化性的S₂O₈^2-,继而可以氧化处理物质,提高甲草胺的降解效率.实验结果表明：甲草胺在羟基自由基的作用下通过羟基化作用和脱烷作用,发生断键、开环等一系列的氧化还原反应,最终生成CO₂和H₂O等无机小分子物质.     

UV/TiO2/H2O2体系对制药废水二级出水的处理特性研究

以某制药企业的二级出水为研究对象,对比了UV/TiO₂、UV/H₂O₂、UV/TiO₂/H₂O₂ 3种高级氧化工艺的处理效果,利用自主设计的一体化光催化装置进行了连续动态试验,并通过凝胶渗透色谱（GPC）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、三维荧光光谱（EEM）、斑马鱼急性毒性试验等方法研究了处理前后有机物特性和生物毒性的变化.结果表明,与UV/TiO₂和UV/H₂O₂体系相比,UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿体系对有机物的去除效果更好,当TiO₂投加量为1 g·L^-1,H₂O₂投加量为100 mg·L^-1时,处理效果达到最佳.一体化光催化装置能够利用UV/TiO₂/H₂O₂光芬顿技术快速高效地降解二级出水中的有机污染物,反应30 min时COD去除率达到50%以上.经UV/TiO₂/H₂O₂深度处理后,废水中的大分子有机物分解转换为小分子,有机物中的不饱和结构明显减少,腐殖质等溶解性有机物基本降解完全.毒性试验结果表明,该二级出水的生物毒性经深度处理后显著降低,对斑马鱼胚胎不存在致畸致死效应.     

AMD污泥复合材料吸附As (Ⅴ)的机制及其影响因素

污泥基吸附剂被广泛用于水和土壤中各种污染物的治理,是资源化利用的有效途径.以酸性矿山废水（AMD）污泥为骨料,玉米秸秆为还原剂,膨润土为载体,采用固相还原法制备污泥复合材料,并比较了不同原料配比和不同煅烧温度制备的复合材料吸附As （Ⅴ）的性能,探究了溶液pH、吸附剂投加量和竞争离子等对材料吸附As （Ⅴ）的影响,使用SEM-EDS、XRD、FT-IR、BET和XPS等分析技术对材料性能进行表征,探讨其吸附机制.结果表明,在900℃时AMD污泥：玉米秸秆：膨润土=2 ：1 ：1制备出的材料吸附As （Ⅴ）效果最好,材料表面生成大量Fe₃O₄、Fe₂ O₃和Fe⁰颗粒.该材料对As （Ⅴ）的吸附符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,最大吸附容量为164.5mg ·g^-1,比原始AMD污泥提高了4.4倍.静电吸附、含氧官能团络合作用、铁氧化层的吸附和Fe⁰释放出Fe²⁺/Fe³⁺形成Fe （OH）₂/Fe （OH）₃,与砷酸盐的共沉淀等是复合材料吸附As （Ⅴ）的主要作用机制.     

TiO2柱撑膨润土光催化气相甲苯的活性研究：湿度对活性的影响与催化剂结构的关系

采用溶胶法合成TiO₂柱撑膨润土复合光催化剂. N₂吸附-脱附（BET）结果表明, 573、 673、 773 K热处理后的催化剂,比表面积分别为140.15、 110.13、 88.38 m²/g. 在气相光催化甲苯的连续系统中,研究湿度对催化剂活性的影响.结果表明,在研究范围内,水分子与甲苯在催化剂表面发生竞争吸附,导致光催化活性随着湿度的增加而降低. 光催化反应符合L-H模型. 573、 673、 773 K热处理后的催化剂,对水蒸气的吸附常数分别为2.8×10^-5、 4.1×10^-5、 1.8×10^-4 m³·mg^-1. 573 K热处理后的催化剂,在较低湿度条件下其催化活性不及673 K、 773 K热处理后的催化剂,在高湿度下其活性却最佳,即它抗湿度影响的能力最强.采用热解析法测得了催化剂对甲苯的吸附性,当相对湿度从25%增至75%时, 573、 673、 773 K热处理后的催化剂对甲苯的吸附量分别从184.8、 130.5、 77.6 μg/g降到3.25、 1.92、 1.65 μg/g.随着比表面积的增加,催化剂对污染物的吸附性能增加,因而相应的表观水蒸气吸附常数减少,抗湿度影响的能力增强. 实验结果表明在TiO₂柱撑膨润土光催化气态污染物的实际应用过程中,要考虑环境湿度和催化剂结构,选择环境湿度下催化性能最佳的催化剂.     

磁性吸附材料CuFe2O4吸附砷的性能

根据Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)都对砷有较强的亲和性,制备了同时含有Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的、可用磁分离方法进行分离回收的磁性吸附材料CuFe₂O₄,并对其进行了表征及吸附砷的性能研究.结果表明,该吸附剂对砷的吸附能力与溶液pH有关,在弱酸性及中性条件下,吸附砷的能力最强,而对As(V)的吸附能力比对As(Ⅲ)更强些,在平衡浓度为10μg/L时,其吸附容量可达10mg/g左右,可以很容易地将水中浓度为1～20mg/L的As(V)降到10μg/L以下.实验考察了几种无机阴离子对吸附砷的影响,表明较高浓度(砷浓度的20倍)的硫酸盐对As(Ⅲ)和As(V)的吸附均有一定影响,盐酸盐及磷酸盐则影响不明显;负载的As(V)可较容易地用0.1mol/L NaOH洗脱下来,使吸附剂再生,而As(Ⅲ)则难以洗脱,这与2种价态砷的吸附机理不同有关.     

焙烧层状氢氧化镁铝对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ) 的吸附性能比较

通过静态吸附实验,对比研究了焙烧层状氢氧化镁铝(Mg-Al CLDH)对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性,并用粉末X射线衍射对Mg-Al CLDH吸附前后的结构进行了表征.结果表明,Mg-Al CLDH对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附是通过“结构记忆"效应实现的.Mg-Al CLDH可有效脱除溶液中的含砷阴离子,其吸附量明显高于现有文献的报道.当As(Ⅲ) 和As(Ⅴ)初始浓度(以As计)分别高达10 mg·L^-1和40 mg·L^-1时,吸附后溶液中残余As浓度<10 μg·L^-1.在本研究的初始浓度4～500 mg·L^-1范围内,在298～323 K下, As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在Mg-Al CLDH上的最大吸附量(以As计)分别为150.46～224.03 mg·g^-1和149.62～224.76 mg·g^-1,且吸附量仍呈直线上升趋势.吸附量随温度升高而增大,表现为吸热吸附.As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子在Mg-Al CLDH上的吸附等温线分别属于L型和H型.在低浓度区域,As(Ⅲ)在Mg-Al CLDH上的吸附可用Freundlich等温方程式来描述,As(Ⅴ)更符合Langmuir等温方程式;在高浓度范围内,均可用Freundlich等温方程式来描述.在相同初始浓度和温度下,Mg-Al CLDH对As(Ⅴ) 的吸附速率和脱除率远远大于As(Ⅲ),吸附速率和脱除率随溶液初始浓度的降低和温度的升高而增大,伪二级动力学方程可较好地描述二者在Mg-Al CLDH上的吸附动力学过程.吸附基本不受溶液初始pH值(3.0～10.0)和离子强度的影响.当溶液中As(Ⅴ)和As(Ⅲ) 同时存在时,Mg-Al CLDH优先吸附As(Ⅴ).     

Fe3+掺杂纳米管TiO2光催化臭氧化去除水中腐植酸

HA(humic acids, 腐植酸)是一种难降解天然有机物,常规饮用水处理工艺很难将其去除. 采用水热合成法制备纳米管TiO₂,并通过TEM(透射电镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)和BET比表面积分析对催化剂进行表征,考察纳米管TiO₂光催化臭氧化对HA的去除效果. 结果表明:①254 nm紫外光照射下,500 ℃煅烧纳米管TiO₂催化臭氧化HA的工艺去除效果最佳,HA去除率可达42.1%,较单独臭氧化工艺提高92.2%. ②采用Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂催化臭氧化工艺时,Fe³⁺掺杂量为1.0%(原子百分含量),煅烧温度为550 ℃时,催化效果最好,HA去除率可达79.5%. ③HA去除率高于TOC,0~10min内该现象更为明显. ④考察陶粒和活性炭负载Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂的催化效果及催化次数对催化性能的影响发现,陶粒和活性炭负载Fe³⁺掺杂纳米管TiO₂存在下,HA去除率分别为85.1%和97.7%,使用4次后,HA去除率分别为73.9%和82.8%.     

O3/TiO2催化氧化工艺对饮用水中AOC的影响

以陶粒、硅胶和沸石为载体,分别负载二氧化钛（TiO₂）进行臭氧催化氧化去除硝基苯的实验,并对饮用水中生物可同化有机碳（AOC）所代表的小分子有机物(酮、醛、醇和羧酸类物质)的生成情况进行了研究.发现臭氧催化氧化比单纯的臭氧氧化能更彻底地将部分大分子有机物氧化成小分子中间产物,陶粒、硅胶和沸石负载TiO₂ 3种催化剂分别将AOC从大约300　μg·L^-1增加到 674.1　μg·L^-1、847.2　μg·L^-1和882.1　μg·L^-1,并且分别使AOC/TOC从原水的4.68%升高到30.5%、33.21%和46.04%,大大地提高了水中有机物的可生物降解性.如果增加臭氧投量,催化氧化可使小分子有机物部分被氧化,致使水样AOC又略有回降.在这一过程中,AOC-NOX所代表的羧酸类物质急剧增加,达到总AOC的90％以上,取代AOC-P17成为了AOC的主体组成部分.     

锰氧化物负载施氏矿物去除酸性矿山废水中As(III)的性能及机理

施氏矿物是天然的砷吸附剂,但其存在酸性条件下对As(III)吸附性能较弱且无法对As(III)氧化降毒的缺陷. 采用液相沉淀法成功制备出锰氧化物负载施氏矿物(MnO_x@Sch),研究锰负载量、初始pH值和共存离子对MnO_x@Sch去除As(III)的影响,并采用吸附动力学结合XPS、FTIR及TEM等表征探究该过程的机理. 结果表明:在初始pH=3、投加量为0.5 g·L^-1、As(III)初始浓度为1 mg·L^-1的条件下,As(III)与MnO_x@Sch反应后的剩余浓度仅为2.42~3.38 μg·L^-1.MnO_x@Sch去除As(III)受初始pH影响较小,H₂PO₄^-共存时As(III)去除存在明显的抑制作用. MnO_x@Sch 去除As(III)的过程符合准二级动力学方程和颗粒内扩散方程. 液相化学组分和固相产物表征分析显示MnO_x@Sch对As(III)的去除机理可概括为As(III)氧化、静电吸附和络合配位及配体交换. 研究结果可为施氏矿物及其改性材料应用于酸性矿山废水砷污染治理提供理论依据.