绿色合成纳米铁同时去除水体中的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)

植物提取液绿色合成纳米铁是用于环境修复最有潜力的技术之一.本文利用苦丁茶提取液绿色合成纳米铁(Fe NPs),考察了Fe NPs去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的性能,同时,比较了不同温度对Fe NPs去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响.结果表明,在p H=3.5、温度303 K、Fe NPs投加量为2.0 g·L-1的条件下,反应60 min后,Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)复合溶液中Pb(Ⅱ)的去除率为91.0%,Cd(Ⅱ)的去除率达31.4%,而单独的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)溶液中,Pb(Ⅱ)的去除率高达93.8%,Cd(Ⅱ)的去除率高达41.7%.根据Fe NPs对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)反应前后的表征结果和Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除动力学的研究结果表明,Pb(Ⅱ)的去除反应遵循伪一级动力学,而Cd(Ⅱ)的去除遵循伪二级动力学,去除机理可能是Fe NPs对Pb(Ⅱ)起到还原、吸附作用,而对混合液中的Cd(Ⅱ)起到吸附作用.     

使用红色花生衣提取液绿色合成铁纳米颗粒（Fe NPs）去除水中的Cr(VI)：去除机制和废水处理初探

以花生（Arachis hypogaea）衣提取物为原料,合成粒径为（11.32±2.47） nm且表面富含有机质的铁基纳米颗粒（Fe NPs）.利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜能谱技术（SEM-EDS）对反应前后Fe NPs的主要成分及微观结构进行表征,发现反应后的Fe NPs表面均匀的分散着铬（Cr）及其配合物,表明六价铬（Cr(VI)）被Fe NPs去除.其次,Cr(VI)的去除实验表明Fe NPs表面的有机物对Cr(VI)的去除具有促进作用,且在反应条件为：T=25℃、pH=4.7、Cr(VI)初始浓度为40 mg·L-1、Fe NPs投加量为1.0 g·L-1,Cr(VI)的去除量最高为40 mg·g-1.Cr(VI)的去除过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型（R2≥0.9999）,表明此过程是单分子层吸附和以化学吸附为主.Fe NPs对电镀废水中Cr(VI)的去除率及总Cr的去除率分别为95.5%和83.6%.最后,提出Cr(VI)可能的去除机制包括还原、形成沉淀物（氢氧化铬及配合物）和化学吸附.     

高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.     

Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系下降解TCE的研究

采用浸渍法成功合成了新型催化剂纳米Fe3O4/CeO_2,并且用Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE进行降解研究,考察了初始pH、H_2O_2浓度、温度及催化剂投加量等因素对于TCE降解效率的影响.实验结果表明,Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE具有较好的去除效果:在初始pH=3,温度50℃,H_2O_2浓度30 mmol·L-1和Fe3O4/CeO_2投加量0.5 mg·L-1时,TCE去除率高达97.29%.同时实验结果表明pH在2~7范围内对TCE均有降解效果,所以相对于传统Fenton体系,该体系拥有更宽pH应用范围.目标污染物的降解符合一级动力学,反应活化能为30.77 k J·mol-1,表明反应易于进行.     

纳米零价铁及其双金属体系对菲的降解研究

以实验室合成的纳米零价铁(n ZVI)及其双金属(n ZVI/Cu和n ZVI/Ni)为反应材料,对菲(Phenanthrene)的去除进行研究.表征结果表明:纳米颗粒平均粒径均为80~100 nm,主要以α-Fe0的形式存在.批实验结果表明,5 g·L-1的n ZVI,n ZVI/Cu和n ZVI/Ni对菲溶液均有去除效果,其去除效率依次为n ZVI/Nin ZVI/Cun ZVI.溶液初始p H为7.5时,5 g·L-1的n ZVI/Ni去除88%0.5 mg·L-1的菲只需3 h,而n ZVI/Cu和n ZVI分别需要29 h和40 h.3种纳米铁对菲的去除率均随着n ZVI投加量的增加而升高,随着菲溶液初始浓度的增加而降低.反应温度的升高可提高n ZVI/Ni对菲的去除效率,高温时(≥30℃)菲的降解遵循一级反应动力学模型.p H对反应影响不大.GC-MS结果表明,n ZVI/Ni降解菲溶液主要为催化加氢反应,而n ZVI/Cu和n ZVI对菲溶液的去除主要为吸附作用.     

Fe/Cu催化还原降解饮用水中溴氯乙腈的性能研究

为了降低饮用水在氯消毒过程中产生的消毒副产物(DBPs)溴氯乙腈(BCAN)对人体带来的健康危害,采用Fe/Cu催化还原的方法降解饮用水中低浓度的BCAN,考察了BCAN的降解效果和其影响因素,探讨了其降解机制及动力学规律.结果表明,Fe/Cu具有更强的还原降解BCAN的能力,与零价铁相比,Fe/Cu(质量比为10∶1)的降解效率是其1.5倍.随着Fe/Cu投加量的增加,BCAN的去除率有明显的提高,对于初始浓度为20μg·L-1的BCAN溶液,当Fe/Cu(质量比为10∶1)投加量由5g·L-1增加到10 g·L-1,反应150 min后,去除率由51.1%增加到89.5%.BCAN降解效率随着温度的升高逐渐提高,BCAN初始浓度的变化对Fe/Cu去除BCAN的去除效果影响不大,Fe/Cu降解BCAN符合一级反应动力学规律.     

纳米铁系材料与反硝化细菌复合去除地下水硝酸盐氮研究

采用不同液相还原法制备了纳米Fe、纳米Fe/Ni和油酸钠包覆型纳米Fe粒子,并将其与反硝化细菌复合应用于地下水中硝酸盐氮的去除研究中.分别考察了不同纳米铁系材料与反硝化细菌复合体系去除硝酸盐氮的反应速率及对脱氮产物生成的影响.同时,从核糖核酸(RNA)水平考察了不同纳米铁系材料对反硝化细菌的影响.结果表明,纳米Fe/Ni复合体系脱氮速率最快,6d内对硝酸盐氮的去除率可达到100%,最终产物主要为氨氮,占体系总氮的69%;而纳米Fe和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系9d可将硝酸盐氮100%去除,氨氮的转化率分别为52%和16%.另外,从反应前后反硝化细菌总RNA浓度的变化情况看,纳米Fe/Ni复合体系、纳米Fe复合体系和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系的反硝化细菌总RNA浓度分别降低了93%、40%和34%,可见3种纳米铁系材料对反硝化细菌毒性大小顺序为:纳米Fe/Ni纳米Fe油酸钠包覆型纳米Fe.     

纳米Ni/Fe用于去除染料生产废水二级生物处理出水中AOX和色度的研究

用纳米Ni/Fe材料深度处理染料生产废水的生物处理出水,考察了不同Ni负载量(质量分数0~5%)、废水初始p H值(4.1~10.0)、Ni/Fe投加量(1~5 g·L-1)、反应时间(0.5~96 h)下对可吸附性有机卤代物(absorbable organic halogens,AOX)的去除率和脱色率.结果表明,AOX和色度去除率随Ni负载量的增加先升高后减少,随废水初始p H值的降低和Ni/Fe投加量的增加而持续提高.最优化条件为Ni负载量1%、废水初始p H 4.1和Ni/Fe投加量3 g·L-1,该条件下AOX和色度的24 h去除率分别为29.2%和79.6%,96 h去除率分别为50.6%和80.7%.GC-MS分析表明经材料处理后废水中氯代苯胺类、对硝基苯胺、4-甲氧基-2-硝基苯胺及卤代烷烃等有毒有害物质得到高效去除.     

CTAB作用下绿色合成纳米铁的制备及降解孔雀绿

化学合成纳米铁存在成本高和二次污染等问题,探寻低成本、环境友好的合成方法是纳米技术在环境修复中的研究热点之一.本课题组前期采用绿茶提取液(GTE)还原Fe2+合成纳米铁颗粒(Fe NPs),发现GTE合成的Fe NPs易被氧化和团聚.本文采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对绿色合成纳米铁形貌和粒径进行改善,提高了纳米铁颗粒的分散性和抗氧化性.通过SEM、XRD、FT-IR、UV-vis等表征手段对GTE合成的Fe NPs和CTAB作用下合成的Fe NPs的微观结构表征以及对孔雀绿降解效果对比表明:CTAB作用下合成的Fe NPs分散均匀,CTAB的包覆提高了Fe NPs的稳定性,从而提高了Fe NPs的反应活性.GTE合成的Fe NPs对孔雀绿的去除率为75.66%,而CTAB作用下绿色合成的Fe NPs的去除率高达91.06%.最后,提出了CTAB作用下GTE合成Fe NPs的可能机理.     

可见光助三维电极/电Fenton处理罗丹明B废水的研究

提出了以多孔TiO2薄膜(Porous-TiO2)板为阳极,活性炭负载Fe-Ni共掺P25颗粒(Fe-Ni-P25/AC)为粒子电极的可见光助三维电极/电Fenton(Vis-3D/EF)降解有机废水的新方法.同时,考察了该体系对罗丹明B溶液的去除效果和影响因素,探讨了降解过程的反应动力学,并与常规阳极和粒子电极组成的体系处理能耗进行了对比,探讨了Vis-3D/EF体系各个作用对去除率的贡献及对罗丹明B的降解机理.实验结果表明,在电源电压20 V、溶液pH=3、Fe2+离子投加量0.5 mmol·L-1、曝气量1.5 L·min-1、反应时间60 min时,20 mg·L-1罗丹明B的降解率为96.84%,处理过程更符合二级反应动力学.在此条件下,Porous-TiO2阳极板和Fe-Ni-P25/AC粒子电极组成的体系,降解过程具有明显的协同催化特点,协同因子达1.22,且处理能耗仅为常规石墨(Gr)阳极、活性炭(AC)粒子电极组成体系的1/85.5.Vis-3D/EF降解过程中电催化氧化作用、Fenton氧化作用、可见光催化作用及可见光下的协同作用对去除率的贡献分别为43.88%、20.21%、15.26%和17.49%.同时,通过叔丁醇捕获实验发现,·OH对去除率的贡献为75.58%,表明·OH是该体系中产生的主要活性物质.     

巯基重金属捕集剂脱除电镀废水中低浓度Ni的效能及机理研究

以某电镀厂经Na2S预处理后的废水作为研究对象,选用Na OH、Na2S和有机巯基类化合物(EDTC)作为重金属捕集剂,对废水中低浓度Ni进行深度脱除.通过处理效果对比,最终选用EDTC作为Ni理想的捕集剂,重点考察了加药方式、p H、EDTC投加量、反应时间、PAC投加量及不同含Ni电镀废水对Ni去除效果的影响并探讨了EDTC去除Ni的机理.结果表明,Ni初始浓度为6.41 mg·L-1时,最佳工艺条件依次为:p H为7.0,EDTC投加量为摩尔比nEDTC/nNi=4,反应时间为15 min,PAC投加量为100 mg·L-1,PAM投加量为2.5 mg·L-1,此时出水Ni2+浓度为1.08 mg·L-1,去除率达83.15%.在此基础上,针对3种不同含Ni电镀废水,经EDTC处理后Ni去除率均在80%以上,部分废水出水Ni2+浓度低于0.1 mg·L-1,达到了《电镀污染物排放标准(GB21900-2008)》中关于Ni污染物特别排放限值的要求(0.1 mg·L-1).红外光谱图和有机元素分析结果表明,EDTC与Ni会发生螯合反应,即EDTC巯基中硫捕捉Ni2+并趋向成键,生成难溶的螯合产物,从而有效地去除废水中Ni.     

γ辐照降解水中的盐酸环丙沙星的研究

本研究重点考察初始浓度、p H值、不同添加剂、复合污染物对盐酸环丙沙星γ辐照降解效果的影响.结果表明,γ辐照可以有效去除盐酸环丙沙星;低浓度和强酸性条件有利于盐酸环丙沙星的γ辐照降解;引入CO2-3、甲醇后,盐酸环丙沙星的降解受到抑制,可以推断盐酸环丙沙星降解主要基于·OH自由基的氧化和直接受到辐照激发降解.选择具有致癌性的污染物Br O-3与盐酸环丙沙星混合后辐照,两种污染物的去除率均得到提高,在吸收剂量为400 Gy时,盐酸环丙沙星与Br O-3的去除率分别提高18.74%与1.81%.100 mg·L-1盐酸环丙沙星经过6 000 Gyγ辐照降解后,TOC与COD的去除率分别为15.22%与61.44%.     

紫外光降解高浓度氯苯气体的研究

为评价紫外光降解作为高浓度挥发性有机物生物预处理的可行性,系统考察了其对高浓度氯苯气体的去除性能及其影响因素.所考察的影响因素包括紫外光波长、进口ρ(氯苯)、空塔停留时间和气体相对湿度等.结果表明:复合254和185 nm波长紫外光照射对氯苯的去除效果优于单一254 nm波长;紫外光降解反应器的进口ρ(氯苯)在2 300～2600 mg/m3,空塔停留时间为27 s时,对氯苯气体的去除率可达40%,继续延长空塔停留时间对氯苯去除率的提高作用有限;进口ρ(氯苯)在150～3 000 mg/m3时,氯苯去除速率随进口浓度单调增加,当高于3 000 mg/m3时,氯苯去除速率基本保持不变;增加气体相对湿度可以提高紫外光降解反应器对氯苯的去除效果.      

不同稳定剂修饰Fe/Ni去除消毒副产物氯仿的研究

纳米铁基材料对水体中持久性有机污染物具有较高的去除活性，然而在巨大的内能及磁吸引作用下，铁基纳米颗粒极易发生相互团聚，导致材料活性降低。该研究以活性炭纤维(ACF)及羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为稳定剂修饰Fe/Ni纳米颗粒，系统地探究ACF-Fe/Ni和CMC-Fe/Ni对水体中氯仿(CF)的去除效能。结果表明，经稳定剂修饰后，Fe/Ni纳米颗粒还原活性显著提高，ACF-Fe/Ni和CMC-Fe/Ni对CF的去除率为96.2%和98.1%，分别高出Fe/Ni 11.9%和13.8%。ACF不仅能有效防止Fe/Ni纳米颗粒的团聚，同时为CF的吸附提供了疏水性点位。ACF-Fe/Ni对CF的去除效率随溶液pH的升高而降低，CMC-Fe/Ni体系中初始pH对CF的去除影响不大。共存离子均不同程度地抑制了CF的去除，其中NO₃^-和HPO₄^2-抑制作用最强。体系中存在的硫化物倾向于快速转化Fe⁰形成铁硫化物，极大地降低了铁基还原剂的活性。ACF-Fe/Ni与CMC-Fe/Ni体系中C...     

铜离子和孔雀绿在磷酸酯化改性豆壳上的吸附行为

报道了一种功能基为磷酸羟基的酯化豆壳阳离子吸附剂的固相制备技术,研究了铜离子和孔雀绿在改性豆壳上的吸附行为.采用静态批次试验研究了不同实验参数(pH值、吸附剂用量、吸附质浓度和吸附时间)对铜和染料吸附的影响.铜离子和孔雀绿分别在pH≥3.0和6.0时达到最大吸附值.对于浓度为100 mg·L-1的铜溶液,5.0 g·L-1及以上的改性豆壳能去除91%以上的铜;改性豆壳用量≥2.0 g·L-1时,能去除浓度为250 mg·L-1的溶液中95%以上的孔雀绿.改性豆壳对铜离子和孔雀绿的吸附符合Langmuir吸附等温线模型,最大吸附能力分别为31.55 mg·g-1和178.57 mg·g-1.对铜离子和孔雀绿的吸附分别在75 min和7 h达到吸附平衡,准一级反应动力学方程和准二级反应动力学方程能分别描述铜离子和孔雀绿在改性豆壳上的吸附过程.     

纳米Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,在Fe3O4/Ce O2-H2O2非均相类Fenton体系中对目标污染物的降解进行研究,考察催化剂的催化效果和温度、p H、H2O2投加量等因素对催化剂催化效果的影响.结果表明,以纳米Fe3O4/Ce O2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/Ce O2的催化效果不断提高;在偏酸性环境中,p H越低催化效果越好,p H=2时反应去除效率可达96.67%;随着H2O2投加量的增加,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为15 mg·L-1时去除效果最好可达99.47%;随着催化剂投加量的增加,同样出现了处理效果先升高后降低的现象,投加量为0.5 g·L-1时催化效果最好可达99.64%.在以纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂的非均相类Fenton体系中,3,4-二氯三氟甲苯的降解符合一级反应动力学,反应所需活化能较低只需30.26 k J·mol-1.     

微宇宙系统中氯苯的生物强化处理

将分离出的一株降解氯苯的高效土著菌Acinetobacter calcoaceticus和自然材料组成微宇宙系统,通过改变系统组成、重金属和营养物添加水平、悬浮物浓度以及温度,研究了系统中氯苯的去除机制.结果表明,微宇宙系统中氯苯的去除主要是加入菌株的降解作用;加入降解菌后,8d内系统中氯苯的去除率可达到98.3%.底泥和光照对微宇宙系统中氯苯的去除具有明显的促进作用(p0.05).悬浮物在实验前期对氯苯的去除产生明显的促进作用.微宇宙系统中氯苯的去除率随着温度的升高而增加,30.0℃条件下培养7d后,氯苯的去除率可达95.4%;10.0℃和15.0℃下培养14d后,氯苯的去除率分别为43.4%和68.5%.营养盐加入比例达1.0%时,可明显促进氯苯的去除.Cd2+和Hg2+浓度达到10.0mg·L-1时,可对系统中氯苯的去除率产生显著(p0.05、p0.01)降低作用.研究结果可为突发性事故造成的氯苯污染水体的微生物修复提供基本的理论和实践依据.     

响应面法优化纳米铁活化过二硫酸盐降解17β-雌二醇

17β-雌二醇(E2)作为典型的内分泌干扰物(EDCs)普遍存在于废水和地表水中，可引起潜在水环境风险。利用绿色合成纳米铁(Fe NPs)活化过二硫酸盐(PDS)去除E2，并采用响应面优化法探究最佳的实验条件。实验结果表明：响应面二次多项式模型显著，失拟项不显著，模型合理且拟合性较好。当E2初始浓度3 mg·L^-1时，Fe NPs投加量0.09 g·L^-1、氧化剂PDS浓度6 mmol·L^-1、体系pH为3、反应温度30℃的条件下E2去除率达到99.3%；电子顺磁共振(EPR)技术和淬灭实验表明SO₄^·-和^·OH是体系中主要的自由基；Fe NPs循环使用4次时体系对E2的降解效率仍达到90.0%，表明绿色合成Fe NPs是一种有效的类芬顿催化剂。     

N,N-双(二硫代羧基)乙二胺对微量络合镍的深度脱除特性研究

以柠檬酸镍(CA-Ni)、酒石酸镍(TA-Ni)、焦磷酸镍(SP-Ni)3种低浓度模拟络合镍废水为研究对象,选用自制的重金属捕集剂N,N-双(二硫代羧基)乙二胺(EDTC),对废水中的Ni进行深度脱除.重点研究了EDTC投加量、初始p H、反应时间对Ni去除效果的影响及螯合沉淀物的沉淀性能和溶出特性,同时分析了EDTC去除络合Ni的机理.研究结果表明,处理初始浓度5 mg·L~(-1)的CA-Ni、TA-Ni、SP-Ni,p H为4~8,EDTC最佳投加量分别为60 mg·L~(-1)、55 mg·L~(-1)和70 mg·L~(-1),PAM(聚丙烯酰胺)为1 mg·L~(-1),反应时间2 min,Ni的出水浓度均低于0.05mg·L~(-1),去除率达99%以上.螯合沉淀物沉降性能好且在弱酸弱碱条件下能稳定存在.红外光谱图和元素分析结果表明:EDTC与Ni发生螯合反应,即EDTC直接脱除络合镍中的Ni2+,并与Ni2+生成更稳定的螯合产物EDTC-Ni,进而有效地去除废水中Ni.     

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.