壳-核结构Fe3O4/MnO2磁性吸附剂的制备、表征及铅吸附去除研究

采用共沉淀法制备了具有壳-核结构的磁性吸附剂Fe₃O₄/MnO₂,对其性质进行了系统表征,并对其铅吸附行为进行了初步研究.透射电镜(TEM)结果表明,Fe₃O₄/MnO₂为大小不规则的纳米级细小颗粒.X-射线衍射仪(XRD)表征结果表明,Fe₃O₄/MnO₂具有尖晶石的结构.振动样品磁强计(VSM)测得比饱和磁化强度为54.7 A·m²·kg^-1, 吸附剂磁性较强,易于磁分离;BET比表面积为76.5 m²·g^-1.吸附试验结果表明,Fe₃O₄/MnO₂对铅具有良好的去除效果(特别是在低平衡浓度情况下),最大吸附量为142.0 mg·g^-1(pH=5.0);Langmuir等温线能更好地拟合Fe₃O₄/MnO₂对溶液中铅的吸附(R²=0.852);吸附速率较快,在初始30 min内可达到平衡吸附量的80%,准二级动力学模型(R²=0.959)能较好地描述吸附过程;溶液pH对Fe₃O₄/MnO₂吸附铅的影响较为明显,随pH升高,吸附量增大,但离子强度变化对吸附影响不大.     

UV/O3对亚硝基二甲胺降解产物的控制研究

对UV/O₃和UV/H₂Ｏ₂ 2种高级氧化工艺降解水中亚硝基二甲胺（NDMA）和控制二甲胺（DMA）生成的能力进行了比较研究.结果表明,UV/H₂Ｏ₂能够有效降解NDMA,但不能控制NDMA降解产物DMA的生成;UV/O₃高级氧化技术不仅能够有效地去除NDMA,同时对DMA的生成量也有很好的控制作用.进一步考察了不同臭氧浓度、溶液pH值以及NDMA初始浓度对UV/O₃工艺控制DMA生成量的影响.结果表明,臭氧浓度对UV/O₃控制DMA的生成有一定的影响,DMA的生成量随着臭氧浓度的增大而减小,臭氧浓度为6.64 mg·L^-1时,降解7.7 mg·L^-1 NDMA生成DMA的量为0.98 mg·L^-1.溶液pH值对UV/O₃控制DMA的影响较大,酸性和中性pH条件下,DMA的生成量随着pH的增大略有增加;碱性pH条件下,DMA的生成量明显减小,pH=11.0时降解初始浓度为7.7 mg·L^-1 的NDMA,DMA的生成量仅为0.3 mg·L^-1.NDMA的初始浓度对UV/O₃控制DMA的生成也有影响,NDMA初始浓度较小时,UV/O₃对DMA生成的控制更为明显.     

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.     

WO3/g-C3N4异质结光催化剂的制备和光催化活性探究

采用水热合成和煅烧法制备高催化活性的WO₃/g-C₃N₄材料,并用于酸性橙G废水的降解.同时,采用X射线衍射、漫反射光谱、傅立叶变换红外光谱、扫描电镜和氮吸附-脱附测试、X光子能谱和光致发光光谱方法对复合材料进行了表征.降解实验表明,复合材料的光催化性能比单一WO₃和g-C₃N₄高,且Z型光催化剂WO₃/g-C₃N₄在WO₃与g-C₃N₄质量比为3∶10时具有最高的光催化活性,在105 min内对20 mg·L^-1酸性橙G的光降解效率达98%,反应速率是单一g-C₃N₄的5倍.采用自由基捕获剂分别对体系中的·OH、·O₂^-和h⁺进行捕获实验,结果表明,·OH、·O₂^-和h⁺共同参与了光催化降解反应,其中,h⁺是Z型WO₃/g-C₃N₄光催化的主要活性物质.复合催化剂具有良好的重复利用性,在3次循环试验后光降解效率仍达90%.     

CoFe2O4的制备及其对有机膦酸的去除性能研究

采用水热法制备CoFe₂O₄作为催化剂,降解氨基三亚甲基膦（NTMP）,并通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等表征方法对催化剂的结构、形貌进行表征.同时,系统研究了不同pH、过硫酸盐浓度、NTMP浓度、共存离子等因素对其催化过硫酸盐氧化降解有机磷的 影响.结果表明,本研究成功合成了CoFe₂O₄催化剂.NTMP降解率随着催化剂投加量、过硫酸氢钾（PMS）浓度的增加而增大,随着初始NTMP浓度的增加而减小.弱酸性条件有利于反应活化PMS降解NTMP,而中性或碱性条件都会减缓催化反应的进行.CoFe₂O₄/PMS体系对NTMP的降解率最多达90.3%.不同阴离子对催化反应的影响不同,溶液中NO₃ 、SO₄^2-对反应的抑制作用不明显,Cl^-会对反应产生轻微的抑制作用,而HCO₃^-的出现大大抑制了催化剂的催化性能.催化剂具有良好的稳定性,5次循环后仍能在30 min之内降解86.0%的NTMP.此外,捕获实验和EPR测试结果表明,CoFe₂O₄/PMS 催化体系中活性物种分别为SO₄^·-、·OH和¹O₂ .     

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.     

碳负载富氧空位的NiCo2O4用于电催化还原硝酸盐

水体中硝酸盐是一种广泛存在的污染物,因此,开发用于水中硝酸盐还原的高效电催化剂受到广泛关注.采用溶胶-凝胶法耦合硼氢化钠还原法制备了碳负载富氧空位的NiCo₂O_4-x/C电催化剂,并研究其去除硝酸盐的性能.结果发现,在该体系中,耦合导电碳载体可改善半导体型电催化剂导电性,构建氧空位可促使原子H^*生成,最终实现硝酸盐高效还原.NiCo₂O_4-x/C阴极在电流密度为20 mA·cm^-2、pH=7的条件下,可于3 h内去除水中94.8%的NO₃^--N,相较于NiCo₂O₄及NiCo₂O₄/C阴极,NO₃^--N去除率分别提高了36.6%和12.2%.此外,NiCo₂O_4-x/C阴极在连续5次还原硝酸盐过程中性能并未有明显变化.结合掩蔽实验和电子顺磁共振波谱分析证实,NiCo₂O_4-x/C阴极除了可通过直接电子还原硝酸盐外,还可以通过生成原子H^*间接还原硝酸盐.通过对实际废水处理进一步验证其转化硝酸盐的性能,研究表明,NiCo₂O_4-x/C阴极可有效去除焦化废水生物出水中硝酸盐.     

基于磁性纳米粒子固定技术的漆酶传感器用于垃圾堆肥中邻苯二酚的检测

以邻苯二酚为检测目标,研究了一种基于核/壳磁性纳米粒子固定漆酶的邻苯二酚生物传感器制备方法及其在城市生活垃圾堆肥中的应用.制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒,使用正硅酸乙酯（TEOS）和氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）将其功能化并利用戊二醛将漆酶共价固定,借助磁场吸附在磁性碳糊电极上,检测邻苯二酚.固定在电极表面的漆酶保持了很好的活性.该生物传感器的检测线性范围为7.5×10^-7～2.75×10^-4 mol/L,检测下限达到7.5×10^-7 mol/L,达到稳态电流95%所需时间大概为70 s.将该传感器检测堆肥浸出液中酚的含量的结果与高效液相色谱法对比,两者非常接近.     

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.     

水质对UV/H2O2降解17α-乙炔基雌二醇（EE2）的影响

采用UV/H₂O₂间歇式光氧化反应器,研究了溶液pH值、腐殖酸及水中常见阴离子HCO₃^-、NO₃^-、CO₃^2-、Cl^-和SO₄^2-对UV/H₂O₂工艺降解17α-乙炔基雌二醇(EE2)的影响.结果表明,UV/H₂O₂工艺可以有效地去除水中的EE2,光降解过程符合一级反应动力学模型.双氧水投加量为5 mg/L时,在14W低压汞灯照射下,EE2在自来水和蒸馏水中的光降解一级反应速率常数为0.063 0min^-1和0.132 4min^-1.溶液中的腐殖酸和阴离子HCO₃^-、NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-对EE2的光降解反应有抑制作用,4种阴离子浓度为5 mmol/L时,抑制作用依次为HCO₃^->SO₄^2->Cl^->NO₃^-,HCO₃^-可使光降解速率常数降低到50%.自来水中的光降解速率常数低于蒸馏水中的光降解速率常数是水中多种离子影响的结果.     

直接大红4BE的磷钨酸均相光催化还原脱色

以磷钨酸(H3PW12O40,PW12)为光催化剂,异丙醇(Isopropanol)作为电子给体的条件下对偶氮染料直接大红4BE进行均相光催化还原脱色研究,考察PW12用量、IS浓度、直接大红4BE和盐浓度等因素的影响,结果表明杂多蓝(PW1-2)对直接大红4BE具有明显的还原脱色作用.pH=2.0,直接大红4BE初始浓度50 mg·L-1,PW12浓度为600 mg·L-1,IS浓度为0.13mol·L-1,50 min直接大红4BE的脱色率可达到90.39%.4BE的光催化还原脱色速率随PW12和IS浓度的增加而增加,最后趋于恒定;直接大红4BE初始浓度增加,其光反应一级速率常数降低;PW12、IS和4BE浓度之间存在交互影响.离子强度增加,4BE脱色速率减小,表现为负的盐效应,推测4BE与光反应生成的杂多蓝(PW1-2)进行复合,然后发生电子转移引起偶氮染料还原脱色和杂多蓝氧化复原.本研究结果表明PW12/IS/UV能够有效用于偶氮染料直接大红4BE的还原脱色处理.     

树脂负载草酸铁光助类芬顿降解水中孔雀石绿

为了强化多相类芬顿反应的速率,在可见光下采用以草酸盐为配体的三价铁草酸络合物(Fe~(3+)C_2O_4/R)为催化剂催化过氧化氢降解水中孔雀石绿.结果表明,与Fe~(3+)/R相比催化剂Fe~(3+)C_2O_4/R具有更强的催化活性,能强化羟基自由基(·OH)的产生. 过氧化氢的初始浓度越高,反应速率越快,反应遵循一级反应动力学,反应速率常数与过氧化氢浓度具有很好的相关性.在pH值3～9的范围内,催化剂Fe~(3+)C_2O_4/R都能有效地对MG进行降解,最佳pH值为6.随着催化剂投量的增加,MG的去除效率明显提高.随着MG初始浓度的增加,MG的去除也由吸附为主转化为以氧化为主,但总体影响不大.催化剂重复使用后仍然具有较好的催化活性,说明铁在树脂表面负载比较牢固,催化剂具有反复使用的能力.反应中的氧化活性物种是羟基自由基和高价态铁同时共存.     

土壤锌、铜、铁、锰形态区分方法的选择

用化学连续提取的方法将土壤中的锌、铜、铁、锰依结合状态区分为交换态、碳酸盐结合态(石灰性土壤)、氧化锰结合态、有机结合态、无定形氧化铁结合态、晶形氧化铁结合态和硅铝酸盐矿物态.初步认为选定的形态及提取方法适于土壤中锌、铜、铁、锰等元素的研究.     

Photochemical degradation of nonylphenol in aqueous solution：The impact of pH and hydroxyl radical promoters

The degradation of nonylphenol (NP) in aqueous solution with UV, H₂O₂/UV, and Fenton/photo-Fenton processes was studied. The efficacy of direct and hydrogen peroxide photolysis proved to be dependent on the pH value. The addition of H₂O₂ to UV treatment improved NP degradation. The application of UV photolysis and the H₂O₂/UV system at pH 7 resulted in low pseudo first-order rate constants at 10^-4 sec^-1. In the experiments at elevated pH values the pseudo-first order rate constants increased to 10^-3 sec^-1. The efficacy of the Fenton process was lower in comparison with UV and hydrogen peroxide photolysis. The addition of UV irradiation to the H₂O₂/Fe²⁺ system substantially improved NP degradation efficacy. In terms of performance, the photo-Fenton process was similar to the H₂O₂/UV process. The most favourable process for complete nonylphenol degradation considering both operational cost and treatment efficacy was H₂O₂/UV at pH 11 and 250 mol/L H₂O₂.     

Environmental factors affecting degradation of perfluorooctanoic acid (PFOA) by In2O3 nanoparticles

Nanophotocatalysts have shown great potential for degrading poly- and perfluorinated substances (PFAS). In light of the fact that most of these catalysts were studied in pure water, this study was designed to elucidate effects from common environmental factors on decomposing and defluorinating perfluorooctanoic acid (PFOA) by In₂O₃ nanoparticles. Results from this work demonstrated that among the seven parameters, pH, sulfate, chloride, H₂O₂, In₂O₃ dose, NOM and O₂, the first four had statistically significant negative effects on PFOA degradation. Since PFOA is a strong acid, the best condition leading to the highest PFOA removal was identified for two pH ranges. When pH was between 4 and 8, the optimal condition was: pH = 4.2; sulfate = 5.00 mg/L; chloride = 20.43 mg/L; H₂O₂ = 0 mmol/L. Under this condition, PFOA decomposition and defluorination were 55.22 and 23.56%, respectively. When pH was between 2 and 6, the optimal condition was: pH = 2; sulfate = 5.00 mg/L; chloride = 27.31 mg/L; H₂O₂ = 0 mmol/L. With this condition, the modeled PFOA decomposition was 97.59% with a defluorination of approximately 100%. These predicted results were all confirmed by experimental data. Thus, In₂O₃ nanoparticles can be used for degrading PFOA in aqueous solutions. This approach works best when the target contaminated water contains low concentrations of NOM, sulfate and chloride and at a low pH.     

光催化氧化法处理染料中间体H酸水溶液

为了去除水中难氧化的有害染料中间体Ｈ酸,研究以ＴＩＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＳ和Ｆｅ２Ｏ３为催化剂,采用低压汞灯为光源,对Ｈ酸水溶液进行光催化氧化实验．结果表明：ＴｉＯ２和ＣｄＳ的催化效果最好．采用ＴｉＯ２作催化剂,光催化氧化５ｈ后,Ｈ酸分解率可达９０％,反应速率遵从Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｈｉｎｓｈｅｌｗｏｏｄ方程,Ｋ＝１２．３Ｌ／ｍｍｏｌ,ｋ＝２５．２×１０－６ｍｏｌ／ｈ．溶液中投加１０ｍｇ／Ｌ的Ｆｅ３＋或Ａｇ＋,可使反应时间缩短２—３ｈ．研究探讨了ｐＨ、ＴｉＯ２投加量和Ｈ酸浓度对催化氧化过程的影响．     

La-腐殖酸/Al_2O_3凝胶复合物的制备及其氟吸附性能

以腐殖酸钠为原料,采用凝胶聚合法制备La-腐殖酸/Al2O3凝胶复合物(标记为LHAGC).用N2吸附-脱附试验,XRD,SEM,IR表征吸附剂的结构和形貌,并通过静态吸附试验探讨了LHAGC对水中F-的吸附性能以及吸附饱和LHAGC的再生方法.试验结果表明,LHAGC对F-等温吸附数据与Langmuir吸附等温方程拟合较好,最大吸附容量为219.30 mg·g-1,吸附过程符合准2级动力学方程,液膜扩散和颗粒内扩散过程控制着吸附速率;在p H值为5~11时,F-吸附率较高;当水中Cl-、NO-3、SO2-4、HCO-3或PO3-4以F-质量浓度的15倍存在时,F-吸附率仍能达到94%以上,LHAGC表现出较强的抗干扰能力.将F-吸附饱和的LHAGC用浓度为10-1mol·L-1的Na OH溶液进行脱氟,再用Al Cl3溶液将脱氟后LHAGC表面中和至p H值为5时所获得的再生吸附剂,再生率可达96.08%,由此表明LHAGC的潜在应用前景.     

Field studies of the SO2/aqueous S(IV) equilibrium in clouds

Concentrations of S(IV) were measured in cloudwater at Great Dun Fell and compared with theoretical HSO₃⁻ assuming equilibrium between aqueous and gaseous phases in cloud. Detectable concentrations of S(IV) in the range of 1 × 10⁻⁶ to 17.2 × 10⁻⁶ mol dm⁻³ were observed only in samples which contained low H₂O₂ concentrations, generally <1 × 10⁻⁶ mol dm⁻³. Concentrations of S(IV) were below the detection limit of 1 × 10⁻⁶ mol dm⁻³ in samples which contained hign H₂O₂ levels (1 × 10⁻⁶−80 × 10⁻⁶ mol dm⁻³) confirming that either SO₂ or H₂O₂ acts as the limiting reagent in the oxidation of SO₂ in cloudwater.Equilibrium HSO₃⁻ concentrations were estimated from the measured cloudwater pH, the gas phase SO₂ concentration and the ambient temperature and found to be on average about 5 times lower than the measured S(IV) concentrations. The possible role of formaldehyde in stabilizing S(IV) in cloudwater is discussed. The kinetic data available in the literature suggest that the complexation reaction between S(IV) and HCHO is too slow to account for the observed difference between measured and calculated S(IV) concentrations over the typical lifetime of clouds in our study.S(IV) accounted for up to 10% of the SO₄²⁻ measured in stored cloudwater samples.     

玻璃载体TiO2薄层光催化降解久效磷农药

研究了利用TiO₂薄层光催化降解久效磷农药的可行性。结果表明,0.65×10-4mol/L的久效磷经375W中压汞灯照射60min,被完全光催化降解至PO₄3-;加入微量的Fe3++或H2O2可提高久效磷农药的光解率;另外还研究了TiO₂薄层的附着量、反应液初始pH值、空气流量等因素对光催化降解的影响。光照80 h,TiO₂的光催化活性没有减弱,可连续使用。      

电化学氧化PFOA阳极材料筛选及其机制研究

全氟辛酸(PFOA)具有环境持久性及内分泌干扰性,传统的生物降解及高级氧化法对PFOA的去除效果微弱.本研究采用电化学氧化法降解PFOA,选取BDD(掺硼金刚石电极)、Pt、Ti、Ti/RuO2、Ti/RuO2-IrO2、Ti/In2O3、Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2、Ti/SnO2-Sb2O5-RhO2、Ti/SnO2-Sb2O5、Ti/SnO2-Sb2O5-CeO2和Ti/SnO2-Sb2O5-Bi2O3这11种阳极材料为备选电极.采用线性扫描伏安法测试析氧电位(OEP),评价11种电极对PFOA的降解效果和脱氟效果,并采用超声-电化学协同方法间接证明PFOA分子在电极表面的直接电子转移是降解反应的第一步.Ti/SnO2-Sb2O5-Bi2O3、Ti/SnO2-Sb2O5-CeO2、Ti/SnO2-Sb2O5和BDD对PFOA有较好的电氧化效果,降解率分别是89.8%、89.8%、93.3%和98.0%.Pt、Ti/SnO2-Sb2O5-RhO2、Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2和Ti/In2O3对PFOA的电氧化效果微弱,降解率分别是2.1%、2.3%、12.5%和3.1%.而Ti、Ti/RuO2和Ti/RuO2-IrO2对PFOA没有电氧化能力.PFOA分子经过电极表面的直接电化学氧化发生脱羧反应,后经过逐步脱掉CF2单元的循环生成短链的全氟羧酸类化合物C6F13COO-、C5F11COO-、C4F9COO-和C3F7COO-.