3种氧化铁矿物/亚铁体系还原转化芳香硝基化合物的比较

氧化铁矿物和亚铁广泛存在于厌氧环境中。亚铁-氧化铁共存的表面结合铁反应体系可由氧化铁矿物表面吸附部分亚铁离子形成。实验研究了磁铁矿、针铁矿和赤铁矿3种氧化铁矿物表面结合铁对硝基苯的反应活性及其动力学。在p H 7.5时,3种氧化铁矿物对Fe(Ⅱ)离子的吸附能力强弱顺序为针铁矿磁铁矿赤铁矿。氧化铁矿物对Fe(Ⅱ)的吸附能力是表面结合Fe(Ⅱ)体系还原硝基苯反应的前提条件,而吸附Fe(Ⅱ)形成的表面活性物质种类是体系还原硝基苯能力的关键因素。3种氧化铁矿物的还原能力依Fe2O3/Fe(Ⅱ)、α-Fe OOH/Fe(Ⅱ)、Fe3O4/Fe(Ⅱ)次序增强。氧化铁矿物/Fe(Ⅱ)体系对硝基苯的还原转化可用准一级动力学模拟。     

铁还原菌作用下含镉聚合硫酸铁絮体中铁还原与镉释放规律及其影响因素

选取Shewanella oneidensis MR-1为供试铁还原菌,旨在研究MR-1在还原含Cd聚合硫酸铁絮体过程中,絮体中Fe(Ⅲ)还原、Cd释放规律及影响因素。结果表明,扰动可促进絮体中Fe(Ⅲ)还原及Cd释放;絮体中Cd的添加使得Fe(Ⅲ)还原过程中产生的二次矿物主要物相由磁铁矿转变为针铁矿,且Cd浓度的增加导致Fe(Ⅲ)还原率逐渐降低,Cd释放率也逐渐降低;絮体中Fe浓度的逐渐增大同样使得Fe(Ⅲ)还原率逐渐降低,Cd释放率则先增大后减小;腐殖质类模型物质蒽醌-2,6-二磺酸钠的添加可提高絮体中Fe(Ⅲ)的还原率,进而促进Cd的释放。对同一体系或不同体系间的Fe(Ⅲ)还原率及Cd释放率进行线性拟合,结果发现较大的Fe(Ⅲ)还原率能够导致絮体中Cd的更多释放,从而对环境造成更大的危害。     

Fenton试剂氧化苯酚过程中Fe（Ⅱ）浓度的变化

考察了Fenton试剂氧化降解苯酚过程中Fe(Ⅱ)浓度的变化,并通过实验探讨了其变化的原因.实验结果表明,在Fenton反应发生的第1 rain内,Fe(Ⅱ)浓度可降低到初始浓度的60%左右,随着反应的继续Fe(Ⅱ)浓度在大约20min降低到最小值,然后开始增大,说明了Fe(Ⅲ)还原作用的存在;Fenton试剂氧化降解苯酚的中间产物包括对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚和苯醌等,其中前三者能对Fe(Ⅲ)有效还原,是Fenton试剂氧化降解苯酚过程中Fe(Ⅲ)还原的主要途径之一.     

不同条件下Fe(Ⅲ)催化有机酸光化学还原 Cr(Ⅵ)的比较研究

为开发含Cr(Ⅵ)废水处理工艺提供必要资料,对不同条件下Fe(Ⅲ)催化有机酸光化学还原Cr(Ⅵ)进行了比较研究.研究结果表明,Cr(Ⅵ)的还原不仅受pH、Fe(Ⅲ)或有机酸的起始浓度以及共存阳离子的影响,而且还与有机酸种类有关.低pH的酸性条件有利于cr(Ⅵ)的光化学还原,在pH 3.0条件下经3h后的还原率达89.9％,在pH 5.0经3h后其还原率为37.3％.Fe(Ⅲ)或有机酸起始浓度增高会促进Cr(Ⅵ)的还原,在pH3.0和Fe(Ⅲ)浓度高于Cr(Ⅵ)浓度条件下导致在3h后Cr(Ⅵ)的光化学还原率达100％.共存Al(Ⅲ)或Cu(Ⅱ)会抑制Cr(Ⅵ)的光化学还原.由Fe(Ⅲ)催化3种有机酸对Cr(Ⅵ)的光化学还原作用大小次序为:酒石酸＞柠檬酸＞苹果酸.还对不同条件影响Cr(Ⅵ)的光化学还原可能机制作了讨论.     

还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)的解毒/固化

在对现有Cr(Ⅵ)污染控制方法分析的基础上,提出用还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)进行解毒/固化的研究思路。以煤矸石为原料,以水玻璃和Na OH为碱性激发剂,合成矿物聚合物;以Fe Cl2·4H2O为还原剂,用还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)进行解毒/固化实验,并采用XRD、TEM/EDS、XPS对固化体进行检测。当添加的Fe(Ⅱ)与Cr(Ⅵ)的摩尔比≥3∶1时,矿物聚合物中总铬的浸出浓度小于1 mg/L,铬固化率大于99%。还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)最大固化量为0.8%。在合成过程中,Fe(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)添加的矿物聚合物发生了氧化还原反应,Fe(Ⅱ)被氧化成了Fe(Ⅲ),Cr(Ⅵ)被还原成了Cr(Ⅲ),随后Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)同时被矿物聚合物中的—OAl(-)(OH)3吸引,并固化在非晶质结构中。     

生物矿化针铁矿吸附铬的机理探讨

针铁矿在自然界中广泛存在,对重金属离子在地表的迁移和转化有重要影响.利用天然生物矿化针铁矿进行了Cr(Ⅲ)吸附研究,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等对吸附后的样品进行表征,发现样品中铬的含量随着Al2O3含量的增加而增加,说明表面带负电荷的含高岭土等的粘土较针铁矿对Cr(Ⅲ)有更强的吸附能力.样品的XPS研究表明,NO3-也参与了反应,且促进了Cr(Ⅲ)的氧化.研究还发现,Cr(Ⅲ)在针铁矿上的吸附不均匀,与文献报道的情况不同.     

EGCG-Fe配合物对水中Cr(Ⅵ)还原

通过实验对水溶液中EGCG-Fe(Ⅱ)、EGCG-Fe(Ⅲ)还原Cr(Ⅵ)进行了研究。结果表明,EGCG-Fe(Ⅱ)能高效的还原六价铬,其反应速率与EGCG-Fe(Ⅱ)的分布以及溶液pH有关。提高反应物浓度和pH有利于EGCG-Fe(Ⅱ)的形成从而提高Cr(Ⅵ)的还原速率;与之相反,EGCG-Fe(Ⅱ)与Cr(Ⅵ)的反应速率常数则随pH的升高而降低,在pH=3.75、4.02、4.32以及4.61的条件下分别为3 556.3、2 049.5、1 453.7和1 022.0 L·(mol·s)-1。在pH5的条件下EGCG还可以还原Fe(Ⅲ)并形成EGCG-Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环,其间产生的多种中间体可能对Cr(Ⅵ)具有较强的反应活性,并大幅提高Cr(Ⅵ)的还原速率。在pH5的条件下由于水中溶解氧的竞争反应会降低EGCG-Fe(Ⅱ)对Cr(Ⅵ)的还原效率,而对于pH4的情形则可忽略溶解氧的影响。     

天然溶解性有机质对黑炭吸附萘和菲的抑制作用

研究了土壤天然溶解性有机质(富里酸或腐殖酸)对黑炭吸附萘和菲的影响.结果表明:增加天然溶解性有机质的负载量能够减弱黑炭对萘和菲的吸附能力；而同在100mg的负载量条件下,不同分子量的富里酸或腐殖酸的负载对黑炭吸附萘和菲的抑制作用没有明显差别；相对于富里酸或腐殖酸单独负载,金属离子(Al3+或Fe3+)和富里酸或腐殖酸联...     

Fe(Ⅲ)/丙酮酸钠体系光解过程中生成的 Fe(Ⅱ)浓度和·OH的浓度变化

以日光灯和金属卤化物灯为主要光源,以Fe(Ⅲ)/丙酮酸钠体系光化学过程中产生的Fe(Ⅱ)和·OH为主要检测对象,探讨了Fe(Ⅲ)/丙酮酸钠体系光解过程中生成的Fe(Ⅱ)和·OH的浓度变化.结果表明,Fe(Ⅲ)/丙酮酸钠体系的光解过程不仅能产生Fe(Ⅱ)和·OH;在丙酮酸钠过量的情况下,光解过程还存在着Fe(Ⅲ)/Fe (Ⅱ)的循环;Fe(Ⅱ)浓度和·OH累积浓度均在pH 3.00时最大;体系的光化学过程中会伴随pH的升高;初始Fe(Ⅲ)浓度和初始丙酮酸钠浓度的提高都有利于Fe(Ⅱ)浓度和·OH累积浓度的提高.     

pH及磷浓度对活性污泥铁还原协同除磷的影响

采用厌氧恒温培养,以氧化铁皮为外加Fe(Ⅲ)源,研究了不同初始磷浓度和pH对活性污泥体系异化Fe(Ⅲ)还原协同除磷的影响,并通过分析反应前后活性污泥中不同形态磷的变化初步探讨了体系除磷机理。结果表明,初始磷浓度升高对活性污泥异化Fe(Ⅲ)还原有明显的抑制作用,但在铁源充足的条件下体系仍能表现出较好的除磷效果,且随着初始磷浓度的增加除磷速率明显上升;不同初始pH条件对异化Fe(Ⅲ)还原过程影响显著,中性偏碱性的条件更有利于Fe(Ⅱ)的累积;除磷效果与其呈正相关。结合活性污泥中各形态磷含量的分析,可以证明外加Fe(Ⅲ)源的活性污泥体系发生明显异化Fe(Ⅲ)还原协同除磷现象。     

铁碳材料还原NO络合吸收体系中Fe(Ⅲ)EDTA的性能

在湿法烟气脱硝中,Fe(Ⅱ)EDTA是一种常用的螯合剂,对NO有良好的络合吸收能力,但是Fe(Ⅱ)EDTA容易被O2氧化成对NO无络合能力的Fe(Ⅲ)EDTA。因此,选择合适的还原剂实现Fe(Ⅲ)EDTA的高效还原是络合脱硝的关键技术之一。比较了铁碳(Fe/AC)和铁粉(Fe)在不同搅拌速度下对Fe(Ⅲ)EDTA的还原,系统探讨了铁碳质量比、O2浓度、铁碳中Fe与Fe(Ⅲ)EDTA的摩尔比、pH值和Fe(Ⅲ)EDTA初始浓度对铁碳还原Fe(Ⅲ)EDTA的影响,考察了Fe/AC投加前后NO吸收效率的变化,同时通过BET、XRD表征技术对铁碳材料进行了分析。结果表明:Fe/AC能很好地再生Fe(Ⅱ)EDTA,从而提高NO吸收效率。提高搅拌速度、铁碳中Fe与Fe(Ⅲ)EDTA的摩尔比、Fe(Ⅲ)EDTA初始浓度,Fe(Ⅲ)EDTA的还原速率会相应增大;O2浓度及pH增大会降低Fe(Ⅲ)EDTA的还原速率。表征结果表明,铁碳表面形成的氢氧化物为γ-Fe OOH。     

不同电子供体和受体对零价铁与微生物协同还原六价铬的影响

采用间歇实验考察了有机质及氧、硝酸盐和硫酸盐对零价铁(Fe0)与微生物协同还原Cr(Ⅵ)过程的影响。实验结果表明,对于Cr(Ⅵ)的去除协同体系明显优于Fe0和微生物单独作用;外加有机质如乙酸钠、乙醇、葡萄糖和腐殖酸可显著地提高协同体系去除Cr(Ⅵ)的效果,反应3 d后Cr(Ⅵ)去除率分别提高了33%、19%、16%和11%;空气对协同体系还原Cr(Ⅵ)过程影响不明显,但硝酸盐明显地抑制Cr(Ⅵ)的还原,且抑制作用随硝酸盐浓度升高而增强;硫酸盐诱导微生物在Fe0表面生成具有强吸附能力和强还原能力的硫铁矿物,促进Cr(Ⅵ)的去除。当硫酸根浓度为960 mg·L~(-1)时,反应2 d后Cr(Ⅵ)去除率提高了39%。在零价铁与微生物协同修复Cr(Ⅵ)污染水体中应充分考虑电子供体和受体的影响。     

Fe(Ⅲ)-酒石酸盐配合物体系的光解特性

以Fe(Ⅲ)-酒石酸配合物体系光化学过程中产生的Fe(Ⅱ)和.OH为主要检测对象,探讨了Fe(Ⅲ)-酒石酸配合物体系光化学反应的基本规律及影响因素。结果表明,体系的光化学过程能产生Fe(Ⅱ)和.OH;产生Fe(Ⅱ)的速率远高于产生.OH的速率;Fe(Ⅱ)生成浓度在pH 3.50时最大,.OH则在pH 3.00时最大;配合物的光化学过程中会伴随pH的升高;在照度为3.6×103Lux的日光灯照射下,Fe(Ⅲ)-酒石酸盐配合物初级光解的速率常数为2.1×10-3S-1;Fe(Ⅱ)是高价重金属的主要还原剂,.OH是有机物的主要氧化剂。     

Leucobacter spp.菌株Ch1还原高浓度Cr(Ⅵ)的研究

利用一株新分离Cr(Ⅵ)还原菌Leucobacter spp. Ch1进行高浓度Cr(Ⅵ)还原的研究.发现生长于Luria Broth培养基中的Leucobacter spp. Ch1最大能还原1800mg/LCr(Ⅵ),而休眠Leucobacter spp. Ch1细胞悬液可以完全还原2100mg/L Cr(Ⅵ).扫描电镜观察到还原cr(Ⅵ)后的细菌末端黏附大团反应产物,电子顺磁共振分析确定产物的成分为Cr(Ⅲ).在分批加Cr(Ⅵ)还原实验中,休眠Leucobacter spp. Ch1细胞悬液在1060min内还原了2368mg/L Cr(Ⅵ),重新加入的乳酸钠可以再次启动Cr(Ⅵ)的生物还原.结果表明,乳酸钠的存在是Leucobacter spp. Ch1还原Cr(Ⅵ)的必要条件,推测该物质在反应中起电子供体的作用.     

异化铁还原细菌Klebsiella sp.KB52还原重金属Cr(Ⅵ)

以分离自海洋沉积物中异化铁还原细菌Klebsiella sp. KB52为研究对象,分析微生物异化铁还原过程对还原Cr(Ⅵ)的影响。菌株KB52是一株非典型耐铬细菌,在Cr(Ⅵ)浓度10～50 mg·L~(-1)范围内,该菌株生长受到明显抑制。当将Fe(OH)~3添加至培养体系,菌株KB52能够良好生长并具有铁还原性质,同时提高了Cr(Ⅵ)还原效率。Fe(OH)~3浓度为300 mg·L~(-1)时,菌株KB52细胞生长指标OD600和累积产生Fe(Ⅱ)浓度最高,分别是1.4760±0.04和(39.79±1.45)mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)还原率(42%)是对照组的5.25倍。当柠檬酸铁作为电子受体,菌株KB52还原Fe(Ⅲ)效率最高,Fe(Ⅱ)累积浓度达到(109.87±1.27)mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)还原率提高至67%。上述结果表明,菌株KB52能够利用可溶性和不可溶性Fe(Ⅲ)作为电子受体进行生长,同时其异化铁还原过程偶联Cr(Ⅵ)还原。研究结果可为利用异化铁还原细菌还原Cr(Ⅵ)提供理论依据,拓宽微生物治理重金属污染的应用范围。     

Fe(Ⅱ)络合—Fe(Ⅲ)催化氧化—S(Ⅳ)还原湿法脱除烟气中NO_x

Fe(Ⅱ)络合吸收烟气中的NO生成亚硝酰亚铁络合物,使NO快速进入液相;在Fe(Ⅲ)催化氧化作用下NO可以被S(Ⅳ)化合物还原。基于以上反应机制,提出了Fe(Ⅱ)络合—Fe(Ⅲ)催化氧化—S(Ⅳ)还原湿法脱除燃煤锅炉烟气中NO_x的新方法,考察了Fe的价态、吸收液pH、烟气中O_2、亚硫酸钠添加量等因素对NO_x脱除效率的影响。结果表明,在无O_2烟气的脱硝实验中,当吸收液中Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)共存,pH为2.2~2.9时,对NO_x的脱除效果最好,脱除效率为75%;当烟气中有O_2存在时,Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)共存,吸收液中的S(Ⅳ)被快速氧化,使得烟气中SO_2所提供的S(Ⅳ)化合物积累量难以达到预期脱硝效果所需的浓度水平,实验通过持续投加亚硫酸钠来补充脱硝所必需的S(Ⅳ)化合物,其瞬时投加量为10~(-4)~10~(-3) mol/(L·min)时,对NO_x的脱除具有较明显的促进作用。与此同时,投加亚硫酸钠并未影响此工艺对SO_2的脱除效率,脱硫效率始终维持在95%以上。     

赤铁矿的硫化改性及硫化产物对水中六价铬的还原固定化

以赤铁矿为原料、硫化钠为硫化试剂,对赤铁矿进行了硫化改性,考察了硫化赤铁矿(SH)对水中六价铬Cr(Ⅵ)的还原固定化性能。Langmuir等温吸附模型拟合结果表明,该材料在pH=7时对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为66.7 mg·g^-1,约为原始赤铁矿的39倍。SH对Cr(Ⅵ)的去除过程符合准二级动力学模型,表明该过程可能受化学吸附控制。进一步采用TEM、XRD等手段对SH进行了表征,并结合材料吸附前后的XPS图谱变化,对SH去除水中Cr(Ⅵ)的机制进行了分析。结果表明,与未改性的赤铁矿相比,硫化改性赤铁矿对Cr(Ⅵ)去除性能显著提高的原因可能源于赤铁矿表面形成的铁-硫化合物层。在SH还原固定化Cr(Ⅵ)的过程中,表面硫化层中的还原性物质FeS、吸附态Fe(Ⅱ)和S(-II)将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而实现对Cr(Ⅵ)的稳定化。     

pH和溶解性有机质对磺胺甲恶唑光降解的影响

为了考察pH和溶解性有机质(DOM)对磺胺甲恶唑(SMX)自然光降解的影响,采用光化学反应器对SMX降解过程进行模拟实验,并利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和三维荧光光谱(3DEEM)对腐殖酸进行表征。结果表明:SMX光解过程符合准一级反应动力学方程,在中等酸性条件下反应速率明显高于中性或碱性条件;添加不同浓度的Pahokee泥炭腐殖酸(PPHA)和Sigma-Aldrich腐殖酸(SigHA)时,均对SMX的光降解产生了不同程度的抑制作用;FT-IR检测发现,PPHA与SigHA均含有含氧官能团,具有一定的还原能力,3DEEM显示PPHA具有荧光特性,可能和SMX结合生成配合物。pH影响SMX的光解与物质本身的酸离解常数有关,对光子的竞争、淬灭作用和掩蔽效应可能是PPHA和SigHA对SMX光降解抑制作用的主要原因。     

砷形态转化及其环境效应研究

砷在水环境中的形态转化受到许多物理化学因素的制约,并产生毒害程度不同的环境效应。对多种因素进行研究,寻找将高毒的As(Ⅲ)向低毒的As(Ⅴ)转化的有利条件,并控制As(Ⅴ)向As(Ⅲ)的转化。结果表明,自然敞口放置3d的As(Ⅲ)溶液中没有As(Ⅴ)的出现,As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化是一个缓慢的过程。锰矿、粉煤灰等天然矿物能氧化As(Ⅲ),从而降低毒性。酸性或碱性条件都有利于As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化,转化率超过90%。温度、可见光、超声波等外界条件对砷形态转化有一定影响。紫外光照射3d后的As(Ⅲ)完全转化成As(Ⅴ),且As(Ⅴ)没有向As(Ⅲ)转化,因此紫外光是降低砷毒性的有利条件。Fe2+能将As(Ⅴ)还原,升高水体砷的毒性;而Fe3+能将As(Ⅲ)氧化,并生成氢氧化物将砷吸附。     

5种铁氧化物去除As(V)性能的比较研究

为了从铁氧化物中筛选得到潜在经济有效的除砷材料,对5种铁氧化物去除As(V)的性能进行了比较研究。吸附实验结果表明,其吸附容量依次为施氏矿物四方纤铁矿水铁矿赤铁矿针铁矿,其吸附过程均符合准二级动力学,约24 h时吸附达到平衡。其中,pH=5时,施氏矿物的吸附容量达到83 mg/g。分别投加500 mg/L和300 mg/L的施氏矿物,可将含砷1.484 mg/L和0.850 mg/L、高TOC含量和高pH特征的模拟配水砷浓度降至0.01 mg/L以下。鉴于施氏矿物良好的吸附除砷性能,进一步通过SEM、FTIR和电位滴定对其表面特性进行了深入研究,结果显示,本研究中制备的施氏矿物存在结构性或表面吸附的SO42-,其(质子)表面位密度约为4.32个/nm2,表面质子化常数pK1为4.60,pK2为-8.98。