土壤颗粒对纳米TiO_2悬浮稳定性作用机制的实验研究

在不含表面活性剂和含有表面活性剂两种条件下,研究了土壤颗粒对纳米TiO2(nTiO2)悬浮稳定性的影响.结果表明,土壤颗粒降低了nTiO2在水相中的悬浮稳定性.当体系中不含表面活性剂时,nTiO2在土壤大颗粒上的沉积是导致nTiO2脱稳沉淀的主要原因.在含有表面活性剂的溶液中,土壤颗粒降低nTiO2悬浮稳定性的作用变得更加明显了.一方面,表面活性剂加速了土壤颗粒本身的沉降从而增强了nTiO2在其中的沉降,另一方面,表面活性剂在土壤上的强烈吸附促进了表面活性剂-nTiO2在土壤上的沉积.扫描电镜显示,nTiO2不仅吸附在土壤大颗粒上,还会吸附在土壤小颗粒表面.3种表面活性剂中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)悬浮的nTiO2与土壤颗粒共沉淀现象最明显.除了土壤对CTAB的吸附作用之外,XDLVO/DLVO能量计算显示CTAB体系中土壤颗粒与nTiO2之间存在显著第二极小值,表明nTiO2能够在第二极小值位置与土壤颗粒结合,从而与土壤颗粒一起快速沉淀.     

氧化石墨烯在不同盐度水体中的聚沉行为研究

研究氧化石墨烯（GO）的水环境行为对于阐明其生态风险具有重要意义。本文将GO分散于不同盐度的水体中,研究了GO在水环境中的分散稳定性及聚沉行为。结果表明,GO能够均匀分散于去离子水中,且降低溶液的pH。随着静置时间的延长,GO产生缓慢聚沉。随分散水体盐度增加,GO溶液的聚沉速率快速增加,聚沉颗粒粒径明显增加;当水体盐度达到8~10后,GO溶液的聚沉速率趋于理想状态下的快速聚沉速率。GO在不同盐度海水中的聚沉服从经典的胶体稳定性理论,其聚集效率随盐度的增加呈现两阶段过程。由此计算出2~100 mg/L的GO溶液的临界团聚盐度为6.79~11.84。由此可见,较稳定分散于淡水水体的GO可能对淡水生物产生较高的生态风险,而在海水中易于聚沉的GO可能对近海底栖生物存在较高的生态风险。     

表面活性剂对2,4-二氯苯酚在黄土中吸附行为的影响

 研究了用阳离子表面活性剂单独改性和用阴、阳离子表面活性剂共同改性的黄土对水中2,4-二氯苯酚的吸附行为以及环境pH值和离子强度的影响.结果表明,天然黄土对2,4-二氯苯酚的等温吸附曲线满足Freundlich方程;改性后的黄土对2,4-二氯苯酚的吸附能力明显增强,吸附率提高2～9倍,且随着阳离子表面活性剂加入量的增多而增大,等温吸附曲线与天然黄土有所不同,并且阴离子表面活性剂的存在会减小相应阳离子表面活性剂改性黄土对2,4-二氯苯酚的吸附;随着pH值的逐渐增大,2,4-二氯苯酚的离子形态逐渐增多不利于改性黄土对2,4-二氯苯酚的吸附,而离子强度对吸附的影响程度却随着pH值的逐渐增大而增强.     

表面活性剂对土壤粘粒絮凝-分散的影响

以浙江红壤为例,研究了两种阴离子表面活性剂和一种非离子表面活性剂对土壤粘粒悬浮液稳定性的影响.结果表明,表面活性剂对土壤粘粒的分散作用影响较大,且非离子表面活性剂的影响大于阴离子表面活性剂的影响.表面活性剂对土壤粘粒的分散作用主要是土壤颗粒对表面活性剂的电性吸附和配位吸附所致.表面活性剂进入土壤环境,会导致土壤粒子的分散,流动性增加;其结果是:一方面加重水土流失,另一方面使水环境污染程度加深.      

天然有机物和电解质对水中 C60凝聚行为的影响

以富勒烯(C60)纳米颗粒稳定悬浮液为对象,采用动态光散射技术研究了天然有机物和电解质对其在水中凝聚行为的影响.结果表明,采用甲苯溶剂替换法制备的稳定悬浮液中C60浓度为20 mg·L-1左右,表面呈较高的电负性,粒径在120 nm左右,具有较强的稳定性.投加简单电解质可通过压缩双电层机制使其发生凝聚,并符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论.Mg Cl2和Ca Cl2的临界凝聚浓度分别为9.6 mmol·L-1和6.7 mmol·L-1.腐殖酸(humic acid,HA)存在时,投加Na Cl和Mg Cl2可使C60颗粒间有效碰撞概率及凝聚反应速度降低,临界凝聚浓度提高;HA可通过增大C60颗粒间的空间位阻效应,抑制凝聚反应发生,提高其在水中的稳定性.但Ca2+可与HA间发生络合反应,并对C60纳米颗粒产生吸附架桥作用,导致凝聚速度大幅提高,强化凝聚反应发生.水中C60纳米颗粒的凝聚和分散行为将受到有机物性质和电解质种类等复杂因素的影响.     

氟污染对土壤胶体稳定性影响的研究

 通过对土壤黏粒悬浮液中加入氟,研究了氟污染对1种水稻土和2种红壤胶体稳定性的影响.结果表明,氟污染使土壤黏粒的稳定性增强,土壤胶体的临界聚沉浓度增大;土壤中增加氟,对土壤胶体临界聚沉浓度增大的影响程度因土壤类型不同而不同,表现为红壤大于水稻土;氟污染使土壤胶体的临界聚沉浓度增大的机理是土壤胶体对氟的配位吸附放出羟基而使溶液的pH值升高,增大了胶体负电荷间的静电排斥力,土壤胶体趋向稳定.表明氟污染不利于土粒聚沉,且使其他污染物质易从土壤进入水体,进而污染水源.     

不同性质天然有机物对水中颗粒稳定性影响的机理研究

以不同来源天然有机物(NOM)及其各分离组份和模型颗粒Al(OH)₃为研究对象,考察了pH值、二价金属离子Ca²⁺以及NOM的特性等因素对Al(OH)₃颗粒稳定性的影响,并通过研究几种NOM吸附性能和吸附前后的特性变化,进一步探讨了NOM对颗粒稳定性的影响机理.结果表明,Al(OH)₃颗粒的等电点pH_iep出现在pH5～6之间,吸附态有机物是造成颗粒稳定性提高的主要原因,溶液中自由态Ca²⁺离子能够起到压缩双电层的作用,降低吸附态NOM之间的静电斥力,减小表面负电性,增加pH_iep;吸附络合态Ca²⁺离子对颗粒表面负电性影响较小,但能够强化NOM在颗粒表面的吸附.NOM作为聚合态阴离子,在颗粒表面的吸附行为不符合Langmuir吸附模型,最大吸附发生在pH 4左右,吸附作用能够去除几种NOM中分子量较大的部分,并减小其羧基官能团的相对含量,NOM中大分子量、芳香性高的成分是造成水中颗粒稳定性提高的主要原因.     

环境因素对纳米二氧化钛颗粒在水体中沉降性能的影响

纳米二氧化钛进入水体环境后,其存在形态可能受离子强度、pH和溶解性有机质的影响,进而影响其生态风险.因此,本文考察了纳米二氧化钛颗粒在不同环境条件下的沉降性能.结果显示,纳米二氧化钛在水体中聚集程度与体系的pH值有关,pH值偏离颗粒的等电点时,颗粒的表面电位越高,越不容易聚集;水体离子强度的增加可促进纳米颗粒聚集,而水体中广泛存在的溶解性有机质可使纳米二氧化钛颗粒在水中的稳定性增强,这与颗粒表面的扩散双电层和空间位阻的变化有关.通过对不同来源溶解性有机质的结构进行分析发现,溶解性有机质中所含的芳香性结构对颗粒稳定性的影响大于脂肪烃结构.纳米二氧化钛颗粒可在自然水体中迁移,不易沉降,因此,其对水生生态系统的影响不容忽视.     

鼠李糖脂对铜绿假单胞菌降解颗粒有机质的影响

通过好氧降解实验研究了生物表面活性剂鼠李糖脂对1株铜绿假单胞菌(Pseudomonas Aeruginosa)降解颗粒有机质的影响,着重探讨了其作用方式,并与TritonX-100和SDS等2种化学表面活性剂作了对比.结果表明,浓度高于临界胶束浓度的鼠李糖脂在基质表面的等温吸附呈线性规律.鼠李糖脂在基质和微生物表面的吸附使菌体在基质表面的吸附性能减弱.鼠李糖脂和2种化学表面活性剂的物化作用使基质水分得以较长时间地保持,并加强了有机质在基质液相中的分散.在鼠李糖脂的作用下,有机质的降解从颗粒表面转移到液相,降解方式发生了改变.通过以上作用,鼠李糖脂促进了微生物的生长和有机质的降解.SDS和TritonX-100对有机质颗粒的降解也产生了一定的促进作用.     

典型水环境因素对聚酯微塑料沉降的影响机制研究

以聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯,简称PET）微塑料为主要对象,研究电解质浓度,电解质类型及pH值等典型水环境因素对其沉降行为的影响机制.结果表明：水环境中PET微塑料的沉降随电解质浓度的升高而不断增强,其悬液标准化浓度（C/C₀）最低可降至0.64;同一类型电解质对水环境中PET微塑料沉降行为的影响程度相似,而与1-1型电解质（NaCl及KCl）相比,水环境中1-2型电解质（CaCl₂及MgCl₂）的存在能够显著促进PET微塑料的沉降;水环境中PET微塑料的沉降随pH值的增加而降低,随着pH值由10降至4,PET微塑料悬液的C/C₀由最高0.98下降至最高0.76.一阶动力学沉降模型能够较好的拟合水环境中PET微塑料的沉降行为.此外,DLVO （Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论能够反映出PET微塑料沉降行为的变化趋势,其计算结果与实验结果吻合度较高.本研究结果有助于提高对微塑料环境行为的认识程度,同时能够为评估微塑料环境风险提供理论依据.     

草甘膦在高指{201}二氧化钛表面的吸附去除

有机磷农药草甘膦(PMG)的广泛使用和环境残留严重威胁人体健康,其去除治理是环境领域面临的一大挑战.本文研究了草甘膦在高指{201}晶面二氧化钛(TiO_2)上的吸附行为,探讨了吸附时间、溶液pH和草甘膦浓度对吸附效率的影响,并通过Zeta电位表征和电荷分布多位点络合(CD-MUSIC)模型考察了草甘膦在二氧化钛上的络合结构.结果表明,{201}TiO_2对草甘膦的吸附在40 min内即可达到吸附平衡,吸附动力学符合准二级动力学方程.吸附等温线符合Langmuir方程,说明其吸附过程主要是近似单分子层的化学吸附.pH对吸附效率影响较大,酸性条件有利于草甘膦的吸附去除.Zeta电位的表征结果表明,草甘膦吸附后TiO_2表面等电点从5.6向左偏移至4.2,说明形成带负电的内层配合物,进一步的红外光谱结果表明草甘膦以P—O—Ti的络合形式与TiO_2表面结合.CD-MUSIC模型拟合结果表明草甘膦与TiO_2表面可能形成单齿单核或双齿双核的内层络合结构.本研究结果对深入理解草甘膦的微观界面行为及去除具有重要意义.     

两种纳米颗粒对沸石吸附环丙沙星的影响

为了探明纳米颗粒（NPs）共存对抗生素在黏土矿物上的吸附的影响,以沸石为供试黏土矿物,环丙沙星（CIP）为目标污染物,研究了不同温度、 pH值和离子强度条件下,纳米氧化锌（ZnO NPs）和纳米二氧化钛（TiO₂ NPs）这2种NPs对沸石吸附CIP的影响,并结合沸石的表面特征探讨不同类型NPs对CIP吸附的影响机制.结果表明,除5 mg·L^-1ZnO NPs共存时,轻微促进了CIP的吸附,其他NPs浓度均对CIP产生不同程度的抑制,抑制程度表现出TiO₂ NPs>ZnO NPs的顺序;随温度升高,NPs的存在增强了沸石对CIP吸附的增温正效应;当离子强度由0.001mol·L^-1增加到0.01mol·L^-1时,CIP的吸附量下降,但2种NPs的存在均减弱了离子强度的负效应;溶液pH会影响CIP的存在形态和NPs的性质,进而影响CIP的吸附.沸石对单一CIP的吸附存在静电引力、氢键和孔径填充作用,ZnO NPs主要通过静电引力竞争吸附位点对CIP吸附产生影响,而TiO     

Surface modification of polypropylene non-woven fibers with TiO2 nanoparticles via layer-by-layer self assembly method: Preparation and photocatalytic activity

Polypropylene (PP) meltblown fibers were coated with titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles using layer-by-layer (LbL) deposition technique. The fibers were first modified with 3 layers of poly(4-styrenesulfonic acid) (PSS) and poly(diallyl-dimethylammonium chloride) (PDADMAC) to improve the anchoring of the TiO₂ nanoparticle clusters. PDADMAC, which is positively charged, was then used as counter polyelectrolyte in tandem with anionic TiO₂ nanoparticles to construct TiO₂/PDADMAC bilayer in the LbL fashion. The number of deposited TiO₂/PDADMAC layers was varied from 1 to 7 bilayer, and could be used to adjust TiO₂ loading. The LbL technique showed higher TiO₂ loading efficiency than the impregnation approach. The modified fibers were tested for their photocatalytic activity against a model dye, Methylene Blue (MB). Results showed that the TiO₂ modified fibers exhibited excellent photocatalytic activity efficiency similar to that of TiO₂ powder dispersed in solution. The deposition of TiO₂ 3 bilayer on the PP substrate was sufficient to produce nanocomposite fibers that could bleach the MB solution in less than 4 hr. TiO₂-LbL constructions also preserved TiO₂ adhesion on substrate surface after 1 cycle of photocatalytic test. Successive photocatalytic test showed decline in MB reduction rate with loss of TiO₂ particles from the substrate outer surface. However, even in the third cycle, the TiO₂ modified fibers are still moderately effective as it could remove more than 95% of MB after 8 hr of treatment.     

原位植入TiO2纳米颗粒改性聚砜超滤膜及其抗生物污染性能研究

选用TiO_2纳米颗粒通过原位植入法对聚砜超滤膜表面进行改性,通过调节p H及沉淀浴中TiO_2浓度制备出不同TiO_2覆盖率的改性聚砜超滤膜,并分别用扫描电子显微镜、接触角测定仪、激光共聚焦显微镜等对改性膜性能进行评价.结果表明,p H为4时TiO_2分散良好并植入到聚砜膜表面,改变沉淀浴的浓度可以有效控制TiO_2在聚砜膜表面的覆盖率.聚砜膜的亲水性随TiO_2覆盖率的提高而不断增强.在纯水通量下降不明显的情况下,TiO_2改性超滤膜的抗生物污染性能均优于未改性膜,随着覆盖率的提高,抗生物污染性能呈现先增强后减弱的趋势,在覆盖率介于22.4%~27.7%之间时改性膜具有最优的抗生物污染性能,可使微生物粘附减少93%,黑暗培养24 h的生物膜厚度减少70%以上.     

TiO2/Ag modified penta-bismuth hepta-oxide nitrate and its adsorption performance for azo dye removal

A modified hydrophilic penta-bismuth hepta-oxide nitrate (Bi₅O₇NO₃) surface was synthesized via a precipitation method using TiO₂ and Ag as modified agents. The synthesized product was characterized by different analytical techniques. The removal efficiency was evaluated using mono-and di-sulphonated azo dyes as model pollutants. Different kinetic, isotherm and diffusion models were chosen to describe the adsorption process. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results revealed no noticeable differences in the chemical states of modified adsorbent when compared to pure Bi₅O₇NO₃;however, the presence of hydrophilic centres such as TiO₂ and Ag developed positively charged surface groups and improved its adsorption performance to a wide range of azo dyes. Dyes removal was found to be a function of adsorbent dosage, initial dye concentration, solution pH and temperature. The reduction of Langmuir 1,2-mixed order kinetics to the second or first-order kinetics could be successfully used to describe the adsorption of dyes onto the modified adsorbent. Mass transfer can be described by intra-particle diffusion at a certain stage, but it was not the rate limiting step that controlled the adsorption process. Homogenous behavior of adsorbent surface can be explored by applying Langmuir isotherm to fit the adsorption data.     

TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附性能研究

利用纳米TiO_2对膨润土进行复合改性,制备TiO_2/膨润土复合材料.采用电镜扫描、X-射线衍射表征改性前后膨润土的结构和形貌.通过室内模拟实验,以膨润土为对照,研究不同添加量、pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等条件下,TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附特性与性能,同时通过正交试验,探究TiO_2/膨润土复合材料吸附Hg~(2+)的最优条件.结果表明,改性后的膨润土颗粒明显变小,且颗粒疏松多空孔,层间距增大.相比于膨润土,TiO_2/膨润土复合材料吸附性能得到极大提高.TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率均随着添加量、pH、吸附时间的增大而增大,添加量为1.5 g·L~(-1)、pH为7.0、吸附时间为120 min时,吸附率达98.0%以上.但TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率随着初始Hg~(2+)浓度的增大而减小.通过4种动力学模型拟合发现,吸附过程符合假二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.吸附等温线更符合Langmuir等温方程,属于典型的单分子层吸附,最大吸附量为20.66 mg·g-1.吸附Hg~(2+)的最优实验条件:添加量为2.0 g·L~(-1),pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为45 mg·L~(-1),吸附时间为16 h,此时吸附率99.9%,平衡浓度为0.034 mg·L~(-1).     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

四环素光催化降解特性与选择性研究

研究了盐酸四环素的光催化降解行为,结果表明四环素光催化降解反应符合一级反应动力学方程,吸附过程为整个光催化降解的控制步骤,推断四环素的主要降解途径是吸附在二氧化钛(TiO2)表面发生光催化氧化反应.同时,通过对四环素与磺胺甲唑或阿莫西林混合样品的降解实验表明,改变pH、TiO2投加量等因素,两种抗生素的降解表现出了明显的选择性.     

EDTA-nSiO2纳米颗粒对Cd2+的吸附

nSiO_2纳米颗粒是一种广泛应用的工程纳米材料,为增加其对水溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用接枝改性的方法制备出乙二胺四乙酸(EDTA)改性nSiO_2纳米颗粒(EDTA-nSiO_2),并用透射电镜、氮气吸附-解吸、红外光谱和差热分析等手段对其进行了结构表征,同时以其为吸附剂,通过批处理实验法探讨了体系pH、吸附时间、温度、离子强度等因素对Cd~(2+)吸附的影响,并结合X射线能谱(XPS)分析对其吸附机制进行了分析.结果表明,以EDTA为改性剂,可以成功制备出稳定性良好的EDTA-nSiO_2纳米颗粒,其对Cd~(2+)的吸附受体系p H控制;nSiO_2对Cd~(2+)的吸附量较小,EDTA改性可增加nSiO_2对Cd~(2+)的吸附作用,随着p H的升高,Cd~(2+)的吸附效果逐渐增强,在p H大于4.0后逐渐趋于稳定.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附速率较快,可在1 h内达到吸附平衡.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附为吸热的自发过程,吸附等温线可用Langmuir模型描述.NaCl浓度增加会导致Cd~(2+)的吸附量下降,当体系Na Cl浓度从0增加到100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的最大吸附量从0.433 mmol·g-1降低至0.294mmol·g-1.0.1 mol·L~(-1)HCl是较为合适的吸附剂再生液,Cd~(2+)洗脱率约94.36%.结合pH、温度、离子强度、再生和XPS分析结果,可以推测出EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附是包含有简单的物理吸附和离子交换过程,并以化学络合为主的吸附过程.EDTA-nSiO_2是一种对水体Cd~(2+)具有较好吸附能力的工程纳米材料吸附剂.