海藻酸钠/β-环糊精固定化纳米Fe~0去除重金属的性能研究

针对纳米Fe0在空气中易被氧化的问题,应用海藻酸钠、β-环糊精对纳米Fe0进行协同固定化,考察了原料配比、交联剂浓度等对凝胶球性能的影响,并对固定化纳米Fe0材料的稳定性进行了考察。实验结果表明:以1.5%SA、0.5%β-CD为原料,4.0%Ca Cl2为交联剂制备的固定化纳米Fe0具有较高的反应活性;固定化Fe0对Pb2+的去除效率明显高于Cd2+,反应4 h,200 mg/L的Pb2+去除率可达99.3%,主要通过凝胶球与Fe0联合作用去除。该材料保存120 d后仍具有较高的反应活性。     

戊二醛交联酵母菌对Zn2+，Cd2+和Hg2+的吸附行为

用戊二醛作为交联剂,采用简单的方法制备机械强度高的交联酵母菌.考察菌体吸附Cd2 的影响因素,包括交联剂的用量,pH,金属离子初始质量浓度,吸附时间等,研究菌体对不同质量浓度的Zn2 ,Cd2 和Hg2 的吸附率.结果表明,戊二醛的最佳用量(体积分数)为1.0%,菌体对金属离子的吸附平衡时间为30 min,吸附过程符合准二级动力学方程.吸附为Langmuir单分子层吸附,相对于未交联菌,交联酵母菌对Cd2 的吸附容量提高2倍;pH实验表明,交联酵母菌对金属离子的吸附受酸度影响小.用于冶金厂废水的处理结果显示,0.050 0 g的交联酵母菌,对5.3 mg/L的Cd2 污水的去除率为80.6%,用0.1 mol/L的EDTA再生该吸附剂,Cd2 的解析率达92.1%.     

镍质量比对纳米Fe/Ni还原水中2,4-二氯酚的影响

采用置换沉积法制备Fe/Ni双金属以还原降解2,4-二氯酚(2,4-DCP),测定了置换液中Ni2+与纳米铁质量比(MNi2+/MFe)不同时所制备的Fe/Ni双金属中的镍含量,考察了镍质量比对Fe/Ni还原2,4-DCP效率的影响,结果表明,随着MNi2+/MFe增大,Fe/Ni双金属中的镍含量增加,并且对2,4-DCP的还原效率也相应提高。当MNi2+/MFe增至40%时,对2,4-DCP的去除率最高,接近100%,且82.0%的2,4-DCP被完全脱氯还原为苯酚,SEM结果也表明该比例制备的Fe/Ni较分散、粒径较小。Fe/Ni与2,4-DCP反应后,Fe0被氧化为铁氧化物Fe3O4、Fe2O3或Fe O(OH)。     

纳米CNTs/Fe_3O_4修饰石墨电极电Fenton降解苯酚

以多壁碳纳米管(CNTs)为载体,采用共沉淀法制得纳米CNTs/Fe3O4材料。对纳米CNTs/Fe3O4材料进行了TEM、XRD表征。合成的纳米CNTs/Fe3O4材料修饰石墨电极用作阴极,并对苯酚进行电化学降解研究。考察了电压、pH值对苯酚降解的影响,在优化的条件下,电压为5 V、pH值为5、对150 mg/L苯酚原液降解120 min,降解率可达92%。探讨了纳米材料修饰石墨电极的电化学行为,表明纳米CNTs/Fe3O4材料修饰电极能够促进O2生成H2O2,纳米Fe3O4中的Fe与H2O2发生Fenton反应,产生·OH氧化降解苯酚。     

硫化纳米零价铁(S-nZVI)对水体中镉的去除研究

由于矿山开采、工业废水排放及农业施肥等人类活动,使得我国镉污染日益突出.本研究采用液相还原法制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),研究其对Cd的去除行为.考察了不同硫化剂、合成方法、S/Fe比(物质的量比)及pH对Cd去除的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)等技术对反应前后的材料进行表征,结合批实验结果探讨Cd的去除机理.结果表明,采用一步法以硫化钠(Na_2S)为硫化剂合成的S-nZVI对Cd的去除效率远高于其它方法,去除容量可达385.6 mg·g~(-1).反应120 min后,S-nZVI对Cd的去除率随S/Fe比的增加而升高,S-nZVI反应体系受pH影响较小.材料表征结果显示,S-nZVI颗粒由Fe~0、Fe_3O_4、FeS组成,其中,FeS的含量随S/Fe比的升高而增加.S-nZVI对Cd的去除机理主要是Cd将FeS中的Fe置换,与S结合形成稳定的CdS.     

内聚营养源SRB固定化交联剂及交联机理研究

用聚乙烯醇(PVA)为包埋介质固定硫酸盐还原菌(SRB),对不同交联剂成球效果进行研究,通过红外光谱法,对交联剂固定成球的机理进行了探讨。结果表明:交联剂为饱和硼酸与2%CaCl_2混合溶液,PVA与硼酸反应生成B-O官能团,处理废水过程中硼氧键断裂小球破损;交联剂为40%(NH_4)_2SO_4与2%CaCl_2混合溶液时,PVA与硫酸铵反应生成链状化合物,处理废水过程中小球未出现破损;进行4次循环试验,锌离子去除率在98%左右。     

Fe2+与Fe0活化过二硫酸盐降解活性艳蓝KN-R

为了解Fe2+与Fe0在活化PDS(过二硫酸盐)降解活性艳蓝KN-R时的差异,通过序批试验,考察了Fe2+/PDS和Fe0/PDS体系中c(Fe2+)、ρ(Fe0)、c(PDS)和初始pH对KN-R降解的影响. 结果表明:在Fe2+/PDS体系中,最佳反应条件〔初始pH为3.0,c(Fe2+)为1.0 mmol/L,c(PDS)为2.0 mmol/L〕下,180 min后KN-R的去除率达到96.55%;过高的pH和c(Fe2+)对KN-R的降解均有明显的抑制作用. 在Fe0/PDS体系中,当pH和ρ(Fe0)过高时,KN-R的去除率仍维持在较高水平,当pH为9.0时,180 min后KN-R的去除率为90.53%;当ρ(Fe0)为448 mg/L时,50 min后KN-R的去除率就能达到94.35%. 在2个体系中,c(PDS)的升高均能显著提高KN-R的去除率,当c(PDS)由0.5 mmol/L增至8.0 mmol/L时,KN-R的去除率由47.25%(Fe2+/PDS体系)和57.00%(Fe0/PDS体系)增至100%. 动力学分析显示,KN-R的降解均遵循一级反应动力学;最佳反应条件下2个体系中的活性自由基均以硫酸根自由基(SO₄-·)为主. 因此,在降解KN-R过程中,Fe0/PDS体系的性能明显优于Fe2+/PDS体系.      

去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性试验研究

为了探讨去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性,试验模拟地下水环境,通过柱试验,以硝酸盐为靶污染物,将聚乙烯醇(PVA)作为微生物负载体,采用微生物固定化技术-包埋法将硝化与反硝化细菌混合包埋固定,制成负载生物介质作为PRB反应介质,探究有机碳源、pH、温度、停留时间(HRT)等主要因子对去除靶污染物的影响水平,对PRB技术治理硝酸盐污染地下水的可行性进行试验研究。试验结果表明:当水温为13～15℃、pH在7.2～7.5,HRT为2.5h时,以负载生物介质作为PRB技术反应介质的对地下水中硝酸盐最高去除率可达90.1%的,具有较高的去除效果。以负载生物介质作为墙体活性反应材料的可渗透反应屏(PRB)技术治理硝酸盐污染的地下水是可行的。     

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.     

介质阻挡放电处理水中3,4-二氯苯胺机理研究

采用介质阻挡放电产生低温等离子体来处理水中3,4-二氯苯胺(3,4-DCA),考察了放电功率、空气流量、金属离子(Fe2+、Cu2+)浓度、光催化剂二氧化钛对3,4-DCA去除率的影响,并分析了降解产物及可能的降解机理.实验结果表明,介质阻挡放电方法对3,4-DCA有良好的去除效果,在3,4-DCA初始浓度为30mg·L-1,放电功率为80W,空气流量为1L·min-1时,放电处理6min后3,4-DCA的去除率可达92.5%.增加空气流量能显著地提高3,4-DCA的去除率,添加亚铁离子(Fe2+)浓度和光催化剂TiO2均能提高3,4-DCA的去除率,且存在最佳添加量值.介质阻挡放电方法对3,4-DCA的降解去除反应符合一级反应动力学.通过气质联用仪(GC-MS)分析检测发现,反应主要为脱氯、脱氨基和苯环开环反应,二氯乙烯为其主要的降解产物.     

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.     

以一种黏土矿物材料为非均相类芬顿催化剂对甲基橙的降解

为实现以甲基橙为代表的偶氮类染料的高效降解,采用一种黏土矿物材料——Quantum Energy? Radiating Material（下称QE）为催化剂,系统分析了其在非均相类芬顿反应中的催化剂协同静态吸附作用,并考察了不同因素对甲基橙去除效果的影响,同时基于降解过程中Fe2+和总Fe析出量（以ρ计）、·OH等的变化过程,探讨了QE降解甲基橙的作用机制.结果表明,QE对甲基橙具有良好的吸附作用,同时,其作为非均相类芬顿催化剂对甲基橙的降解受到pH、温度、c（H₂O₂）、催化剂投加量等因素的影响.优化后的降解条件:初始ρ（甲基橙）为50 mg/L、QE投加量为5 g/L、c（H₂O₂）为100 mmol/L、pH为2、温度为60℃,在该条件下反应40 min后,甲基橙的去除率可达到99%.以叔丁醇作为·OH淬灭剂,随着c（叔丁醇）的增高,反应体系中甲基橙的去除率随之下降,说明·OH在该体系甲基橙降解中起重要作用;对在反应过程中Fe2+和总Fe析出量的监测数据表明,体系中QE对甲基橙的降解为均相芬顿反应、非均相芬顿反应和吸附作用协同作用的结果.研究显示,以QE为催化剂,通过吸附协同催化氧化作用可以有效处理含甲基橙的染料废水.      

海藻酸钠负载硫化零价铁对水体中Cr(Ⅵ)的还原去除

本研究以微米零价铁（ZVI）为核心,对ZVI进行硫化改性和海藻酸钠（SA）负载,成功制备一种高效去除Cr（Ⅵ）的功能性材料（SZVI-SA）.考察了材料制备过程中螯合剂种类、质量分数、S/Fe等参数对Cr（Ⅵ）去除的影响.采用SEM-EDS、TEM、XRD和XPS等对材料进行表征分析,讨论去除机制.实验结果表明,选择7%的Fe³⁺为海藻酸钠螯合剂,S/Fe=3.5、干燥温度70℃作为材料制备的较优条件;SZVI-SA对Cr（Ⅵ）的去除过程符合准二级动力学模型,吸附速率主要受Cr（Ⅵ）与SZVI-SA结合位点之间的化学反应速率控制.表征结果表明,SZVI-SA有效成分为FeS,比表面积较大为97.83 m²·g^-1,以微孔为主,孔隙较多.SZVI-SA对Cr（Ⅵ）的还原去除率可达92%,同时能有效地去除反应后溶液中的Cr（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）.SZVI-SA与Cr（Ⅵ）的反应机制主要为氧化还原反应,主要还原活性物质为Fe²⁺、S^2-和S₂^2-;反应后生成的Fe（Ⅲ）和Cr（Ⅲ）最终以Fe（OH）₃、Cr（OH）₃和Cr₂O₃的形式沉淀分离.     

纳米Fe/Co合金类Fenton降解盐酸四环素及影响因素

为研究纳米Fe/Co合金对含TCs（盐酸四环素）废水的类Fenton催化性能,以及催化降解体系pH、H₂O₂投加量和活性成分浸出等因素对催化性能的影响.采用液相还原法制备纳米Fe/Co合金,并通过对比试验探究其类Fenton催化性能,Fe、Co的浸出量及其表面积结构变化与活性之间的关系.添加纳米Fe/Co合金的条件下,采用单因素分析方法研究体系pH、H₂O₂投加量和初始TCs浓度分别对TCs去除率的影响.结果表明:①在纳米Fe/Co合金制备过程中,添加PVP（聚乙烯吡咯烷酮）不仅能有效防止纳米Fe/Co合金发生团聚,且促进纳米Fe/Co合金比表面积增大（BET为113.8 m2/g）.②纳米Fe/Co合金具有拓宽催化体系pH使用范围的优势;在pH为3.0~9.0范围内,纳米Fe/Co合金对30 mg/L TCs的去除率（87.2%~91.7%）远大于FeCl₂（0~30.7%）和纳米Fe的去除率（0~28.2%）;H₂O₂投加量超过150 mmol/L后,TCs的去除率达到最佳（86.2%）.③纳米Fe/Co合金催化体系中（pH为3.0~11.0）,活性成分Fe、Co浸出量分别为0.20~0.35和0.20~1.00 mg/L,均满足我国GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,长期使用也不会造成浸出成分（Fe、Co）在环境中大量累积,对生态环境等可能造成的潜在风险大大降低.④纳米Fe/Co合金具有再利用性,催化利用4次后,对TCs的去除效果仍达50.0%以上.研究显示,纳米Fe/Co合金对去除TCs具有较高催化性能和再利用性,利于拓宽催化体系pH使用范围,具有稳定活性成分Fe、Co浓度的优势.      

碱热-酸热法合成二氧化钛-钛酸纳米管复合纳米材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的同步去除

以P25型Ti O2为原料,经碱热和酸热反应合成了Ti O2/TNTs复合纳米材料,该材料皆具钛酸纳米管(TNTs)和Ti O2晶相.Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附动力学过程很快,30 min即可达到吸附平衡,此外,Langmuir等温模型拟合所得最大吸附量达120.34 mg·g-1,其主要吸附机制为Cd2+与复合材料中TNTs层间Na+/H+的离子交换.Ti O2/TNTs对苯酚的吸附量较低(0.36 mg·g-1),因此光催化反应以实现苯酚的降解是必需的.构建的吸附-光催化系统可实现Cd(Ⅱ)和苯酚的同步有效去除,180 min时二者的去除率分别可达到99.6%和99.7%.Cd(Ⅱ)的去除源于暗室下复合材料中TNTs相的吸附,而苯酚的去除在于后续复合材料中Ti O2相的光催化.Cd(Ⅱ)的共存可提高苯酚的光催化降解效率,原因在于Cd(Ⅱ)吸附进入材料层间后有助于材料光催化性能的提升.共存Na+对Cd(Ⅱ)和苯酚在Ti O2/TNTs上的同步去除影响极小;而共存Ca2+由于竞争吸附和促进材料团聚的原因,会轻微抑制Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附,但对苯酚的光催化降解影响较小.此外,Ti O2/TNTs可有效循环利用,经HNO3解吸和Na OH再生后,3次循环后材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的去除率依然可达91.7%和98.1%.该研究提供了一种合成皆具吸附和光催化性能的钛系材料的方法,对于应用纳米材料实现水体环境中重金属和有机物的同时去除具有一定的借鉴意义.     

酸性大红GR的Fe~(2+)促进超声化学降解实验研究

采用超声波降解偶氮染料模拟废水酸性大红GR溶液,考察了反应时间、溶液温度、pH值、Fe2+浓度等因素对降解效果的影响。实验结果表明,该法能有效去除酸性大红GR,低温、酸性有利于酸性大红GR的降解;外加Fe2+和超声过程中产生的H2O2反应生成的·OH强化了酸性大红GR的声化学脱色和降解过程,脱色过程符合一级反应。5mmol/L的Fe2+促进超声反应6h,酸性大红GR脱色率达90.5%,COD去除率为65.2%。     

沉积物中氧化物结合态镉对芦苇的生物有效性研究：氧化物种类、结合形式、老化的影响

沉积物中重金属的生物有效性在很大程度上取决于其赋存形态.选用沉积物中2种典型氢氧化物矿物:氢氧化铁和氢氧化铝,以水培法和矿物结合态Cd为培养介质,以芦苇为受试植物,研究环境中吸附和共沉淀态Cd生物有效性差别,并探究老化过程对生物有效性的影响.经过13 d的培养,发现2种结合形式的Cd均可被芦苇富集,不同处理体系中富集强度不同,根中富集量为9.1~37.8 mg.kg-1;地上部分富集量为0~10.0 mg.kg-1.其中,结合在Fe0.5Al0.5(OH)3矿物上的Cd的生物有效性最大,其次是Fe(OH)3和老化的Fe0.5Al0.5(OH)3,富集量最少的是老化的Fe(OH)3的处理.采用2种低分子量有机酸对Cd进行解吸实验,Cd的解吸规律与芦苇对Cd的富集规律一致.因此,共沉淀处理降低了Cd的富集,矿物的理化性质决定了含铝矿物对Cd的结合较差,老化作用抑制了吸附态Cd的富集,有机酸解吸实验也验证了不同形态Cd生物有效性的差异.     

锐态型纳米TiO_2光催化处理含镉废水的研究

采用溶胶-凝胶法制备锐态型纳米TiO2,用XRD、SEM对粉体进行表征。在紫外光的作用下将自制纳米TiO2光催化处理废水中的Cd2+。考察反应时间、pH值、废水负荷、催化剂用量等因素对去除率的影响。实验结果表明:纳米TiO2光催化处理含镉废水的去除率高,含镉废水pH值、废水负荷、纳米二氧化钛浓度以及反应时间等因素影响含镉废水去除率。在优化的处理条件中:废水镉浓度为30mg/L,纳米TiO2投加量为3mg/L,含镉废水的pH为10,反应时间为2.5h,废水中镉的去除率可达99.52%。     

含硫底物种类与浓度对污泥重金属生物沥滤的影响

以城市污水处理厂剩余污泥为材料,探究不同含硫底物及其浓度对污泥重金属生物沥滤的效果影响,通过添加单一底物(S0、Fe SO4、Na2S2O3、Fe S和Fe S2)、两种底物配合(S0+Fe SO4、S0+Na2S2O3、S0+Fe S、S0+Fe S2)进行沥滤实验。结果表明:除Fe S和Fe S2外,投加单一底物的沥滤体系中p H都呈下降趋势,沥滤持续5 d后p H值降至1.8左右,污泥中Zn、Pb、Ni、Cr和Cu等重金属去除率高,底物投加量为8~10 g/L(以S计);投加复合底物时,最佳投加方式为S0+Fe SO4,投加量为8 g/L,此时污泥体系酸化速度快,污泥中重金属Zn、Pb、Ni、Cr、Cu去除率分别达95.41%、89.48%、86.45%、84.51%和94.33%。     

锐齿槲栎壳斗对镉的吸附效果与机理研究

以锐齿槲栎壳斗为材料,对镉进行吸附研究。结果表明:锐齿槲栎壳斗对Cd2+的吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,适宜pH值为4.0~5.0,吸附平衡时间短(10 min),吸附容量高达37.843 mg/g;壳斗充分吸附后,水体Cd2+的去除率达93%,理论残留浓度低至5.023 mg/L。物理吸附效应仅占总吸附量的2.18%;离子交换是主要吸附原因,参与交换的主要离子为Mg2+、Ca2+、K+和Na+;络合/螯合反应也是主要的吸附作用之一,参与反应的官能团主要是—COO-、—C-O、—OH、—NH。