零价纳米铁处理水中Cr(Ⅵ)的实验研究

采用NaBH4还原Fe3+制备纳米级零价铁(NZVI).运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品进行表征.以Cr(Ⅵ)为研究对象,批实验考察了初始浓度、纳米铁投加量、温度对去除效果的影响,研究NZVI对Cr(Ⅵ)离子的吸附动力学.结果表明,NZVI加入量0.15 gL,水体中20 mg/L的Cr(Ⅵ)的去除率...     

Fe0-PRB去除Cr(Ⅵ)反应动力学及影响机制

零价铁渗透式反应墙技术(zero-valent iron permeable reactive barrier,Fe~0-PRB)是近年来兴起的一项高效经济的地下水原位修复技术,被成功应用于地下水Cr(Ⅵ)污染的场地修复中.针对Fe~0-PRB去除Cr(Ⅵ)的反应影响机制开展研究,从动力学角度揭示零价铁去除Cr(Ⅵ)的环境条件响应规律,获得描述零价铁去除Cr(Ⅵ)的反应动力学模型.考察了地下水常见离子对Cr(Ⅵ)去除的影响,发现地下水中氯离子通过影响电子传递影响Cr(Ⅵ)去除,硫酸根、镁离子通过参与反应影响Cr(Ⅵ)去除,碳酸氢根通过参与反应和影响电子传递共同影响Cr(Ⅵ)去除,钙离子对Cr(Ⅵ)去除影响不大.研究结果为Fe~0-PRB去除Cr(Ⅵ)的工艺参数优化提供方法和理论依据.     

有机配体对膨润土负载纳米零价铁还原Cr(Ⅵ)的影响

六价铬〔Cr(Ⅵ)〕因具有剧毒性和致癌性而被广泛关注. 以Fe(Ⅲ)与 NaBH₄反应制得负载型的纳米铁(B-NZVI),并对该材料做了TEM和AAS的表征;深入考察B-NZVI去除Cr(Ⅵ)的动力学规律,以及草酸、柠檬酸、草酸钠、柠檬酸钠等有机配体对膨润土负载纳米零价铁还原Cr(Ⅵ)去除速率的影响,并对其影响机理进行初步探讨. 结果表明,膨润土负载纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的去除行为符合Langmuir-Hinshelwood模型,其k_obs为0.011 97 min-1;草酸、柠檬酸、草酸钠和EDTA可促进B-NZVI对Cr(Ⅵ)的还原去除作用;柠檬酸钠则起到抑制作用. a      

应用纳米零价铁处理模拟含Cr(Ⅵ)无氧地下水

研究了实验室自制的纳米零价铁处理模拟含Cr(Ⅵ)无氧地下水的影响因素、吸附动力学,并结合体系中Fe2+浓度、氧化还原电位、Zeta电位和理论计算得到的pe-pH图对纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的机制进行了探讨.实验结果表明,纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的去除率随着初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比的升高而降低.当溶液的pH为7.0,初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比为0.025、0.050、0.075和0.100时,相应地Cr(Ⅵ)的去除率分别为100.0%、85.6%、72.7%和39.6%.酸性条件更有利于纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的去除,当初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比为0.100,溶液的pH为3.0、5.0、7.0、9.0和11.0时,体系中Cr(Ⅵ)的去除率分别为73.4%、57.6%、39.6%、44.1%和41.2%.纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的过程符合拟二级动力学方程.当溶液的pH为7.0,初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比为0.025时,吸附速率常数(k)最大,为9.76×10-3g.(mg.m in)-1.Cr2O27-吸附到纳米零价铁表面后被迅速地还原为Cr3+,生成的Cr3+与纳米零价铁表面的FeOOH结合生成Cr-Fe膜.而Cr-Fe膜将阻断电子在纳米零价铁与Cr2O27-之间的传输,Cr(Ⅵ)得不到还原,从而纳米零价铁对Cr2O27-的去除以吸附为主.     

甘蔗渣负载纳米零价铁吸附剂去除水中Cr(Ⅵ)的研究

以改性甘蔗渣做载体,采用液相还原法制备负载型纳米零价铁吸附剂,研究了原甘蔗渣、改性甘蔗渣、纳米零价铁及纳米零价铁/改性甘蔗渣4种物质对于水中Cr(Ⅵ)的吸附特性,探讨了反应时间、溶液pH值、固液比、Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对于Cr(Ⅵ)吸附效果的影响。实验结果表明:4种吸收剂中,纳米零价铁/甘蔗渣的吸附能力最好,在pH=4,固液比=0.5 g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度小于25 mg/L时,可全部去除Cr(Ⅵ)。并对甘蔗渣基纳米零价铁和Cr(Ⅵ)的反应机理进行了初探。     

负载纳米零价铁铜藻基活性炭的制备及其去除水中Cr(Ⅵ)的研究

以铜藻为原料,采用氯化锌活化法、初湿含浸法制备了负载纳米零价铁铜藻基活性炭(NZVI/SAC),并采用X射线衍射、扫描电镜和X射线光电子能谱等方法对材料进行了分析.结果表明,纳米零价铁颗粒以50~150 nm粒径的球形形态负载在铜藻基活性炭上,且NZVI/SAC表面具有一层以铁的氧化物形态存在的核壳结构.对水中Cr(Ⅵ)的去除实验表明,NZVI/SAC是一种适用于高浓度Cr(Ⅵ)废水的处理材料;NZVI/SAC去除水中Cr(Ⅵ)的机制是还原反应与吸附共同作用,p H4时NZVI/SAC对Cr(Ⅵ)的去除以还原作用为主,p H4时材料对Cr(Ⅵ)的去除主要以NZVI和SAC的吸附作用决定;当载铁量为30%、p H=2、温度为30℃时,2 g·L-1的NZVI/SAC能将100 mg·L-1Cr(Ⅵ)在10 min内快速降解,此时以还原反应为主,最终去除率达100%.     

石英砂负载β-FeOOH (ACS)吸附除Cr(Ⅵ)的机理分析

研究了吸附材料石英砂负载β-FeOOH(ACS)对Cr(Ⅵ)的吸附机理.结果表明,Cr(Ⅵ)在ACS表面的吸附率随ACS表面Zeta电位的降低而显著降低,说明Cr(Ⅵ)的吸附以静电作用为主.石英砂负载β-FeOOH后表面Zeta电位由负变正,说明β-FeOOH在石英砂表面的负载改变了石英砂表面的电荷性质,也表明ACS能对Cr(Ⅵ)产生静电吸附.ACS吸附除Cr(Ⅵ)的能量色散X射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)测定结果表明,ACS吸附Cr(Ⅵ)的过程发生了一定的离子交换作用,且吸附反应伴随着部分氧化还原反应的进行,氧提供电子,铁、铬接受电子,氧、铁分别起Lewis碱和Lewis酸的作用.     

纳米零价铁/生物炭材料吸附Cr(Ⅵ)的研究

为治理工业废水中重金属铬污染,该文以梧桐叶为原料、绿茶滤液为绿色还原剂制备出纳米零价铁/生物炭复合材料,对材料的微观形貌、所含官能团、元素组成等理化性质进行表征,考察其对水中Cr（Ⅵ）的吸附去除性能。结果表明：纳米零价铁颗粒均匀附着于光滑舒展的生物炭表面,材料含有酚类、烯烃、芳香化合物和醇类等多种有机化合物,负载纳米零价铁后生物炭本身的石墨结构无显著变化,XRD谱图具有零价铁的特征峰。600℃热解制备生物炭,Fe/C负载比为1∶24的负载纳米零价铁生物炭材料,投加量2.0 g,对50 mL初始浓度为10 mg/L Cr（Ⅵ）溶液吸附60 min后,最大去除率为58.72%。     

沸石负载纳米零价铁去除水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的研究

锑矿开采和含锑化合物的应用在一定程度上会造成环境锑污染的加重,对人体健康和生态系统带来风险,为缓解这一现象,采用液相还原负载的方式制备沸石负载纳米零价铁(Z-ZVI)复合材料,探究其对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除效果;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对反应前后复合材料进行表征,并探究不同材料配比、溶液初始pH及无机阴离子对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附效率的影响.结果表明：(1)沸石负载后的纳米零价铁(Z-ZVI)具有较高的比表面积(54.54 m²/g)和反应活性,能够有效吸附、还原高价锑.(2)在pH=7、1.0 g/L Z-ZVI的条件下,反应4 h对20 mg/L Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附率分别达到88%和62%,吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型.(3)Sb(Ⅲ)的去除率受pH变化的影响不大,但Sb(Ⅴ)的去除率随初始pH的升高而下降,溶液反应终点pH相比初始pH均有所上升.(4)XRD和XPS表征发现,Sb的去除过程中同时存在吸附和还原作用,Fe⁰氧化过程中...     

光助纳米铁还原Cr(Ⅵ)的研究

采用液相还原法制备了纳米铁,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构、形貌特征进行了表征.以Cr(Ⅵ)为模拟污染物,中压汞灯作为光源,考察了不同投加量、不同pH值等条件下光照对纳米铁还原Cr(Ⅵ)的影响.结果表明:制备的纳米铁具有很高的反应活性,粒径约为7.6nm,呈球形,可在空气中自燃.在25℃、Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L、pH=7±0.5,加入0.1g的纳米铁,光照60min后Cr(Ⅵ)的还原率达到62.3%,而无光照时Cr(Ⅵ)的还原率仅为27.6%,说明光照对Cr(Ⅵ)的还原具有明显的促进作用.当纳米铁投加量较大时,纳米铁对Cr(Ⅵ)的还原速率大于光照对其产生的影响.反应液pH值对Cr(Ⅵ)还原速率的影响较光照对其产生的影响显著.在紫外光的照射下,纳米铁中电荷可能在诱导下作受迫振荡,与吸附分子发生电荷传递是光照促进纳米铁还原Cr(Ⅵ)的主要原因.     

腐植酸对nZⅥ去除水中Cr(Ⅵ)的抑制及抑制作用的消除

以纳米级零价铁(nZⅥ)为主要工具修复受污染水体中的Cr(Ⅵ),考察了腐植酸(HA)对nZⅥ去除水中Cr(Ⅵ)的抑制作用,并初步探讨了淀粉稳定化nZⅥ对HA抑制作用的消除.结果表明,随着HA初始浓度由0增加大5,10,15,20,30mg/L,反应10min nZⅥ对Cr(Ⅵ)的去除效率分别达到91.9％,82.6％,78.6％,70.4％,70.0％和69.4％.可见,HA对nZⅥ去除Cr(Ⅵ)的影响是双方面的,一方面,HA会吸附在nZⅥ的表面,占据nZⅥ表面的活性反应部位,导致反应速率的下降;另一方面,HA表面带有大量的活性基团,有较大的负电性,会起到一定传递电子的作用,进一步促进反应的进行.由于nZⅥ的比表面积较大,HA的吸附作用占据主导地位,导致HA的加入对nZⅥ去除Cr(Ⅵ)反应产生明显的抑制作用.适量淀粉(0.Sg/L)的加入确实能够起到阻碍nZⅥ颗粒团聚和HA在nZⅥ颗粒表面吸附的作用,从而维持nZⅥ较高的反应活性,消除HA对nZⅥ去除Cr(Ⅵ)的抑制作用.     

双表面活性剂修饰下纳米零价铁对水中Cr(Ⅵ)污染去除研究

为解决纳米级零价铁(nZVI)在环境中易团聚、易氧化的问题,强化其去除水中Cr(Ⅵ)的能力,选择非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和阴离子表面活性剂油酸钠(NaOA)同时对nZⅥ进行修饰.同时,通过对比不同pH值、材料干湿状态、初始浓度及共存离子条件下的反应效果,结合材料的XRD和XPS表征、动力学实验和25℃等温线的拟合进行机理分析.结果表明:酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的去除;材料的干湿状态对去除效率影响较大;材料去除水中Cr(Ⅵ)可在3 h内达到反应平衡,去除效率在90%以上,实验条件下最大去除量为183.1 mg·g~(-1),反应过程符合准二级动力学模型及Langmuir模型;反应过程中Cr(Ⅵ)大部分转化为Cr(Ⅲ).     

电活性微生物激活生物质炭/零价铁协同钝化Cr(Ⅵ)及机制

纳米零价铁（nZVI）具有对六价铬［Cr（Ⅵ）］还原去除能力,但其存在易老化和易团聚的问题,会大大降低对Cr（Ⅵ）反应活性.本文将具有异化铁还原能力的MR-1引入到老化生物质炭负载纳米零价铁（nZVIB）除Cr（Ⅵ）的反应体系中.研究厌氧条件下老化后nZVI/B与MR-1之间对Cr（Ⅵ）去除存在的协同效应机制,以及反应体系中pH条件,初始Cr（Ⅵ）浓度和MR-1菌浓度对这种协同效应的影响.结果表明,在pH为7时体系有明显协同效应,去除率提高51.3%.并且该协同效应随初始Cr（Ⅵ）增加而减弱,随着MR-1浓度增加而增强.固相分析结果表明Cr（Ⅵ）主要以还原为Cr（Ⅲ）的形式被固定.MR-1的异化铁还原能力起到了重要的作用,通过零价铁表面铁氧化物老化层还原,为反应体系提供了大量还原性的Fe（Ⅱ）,同时也释放了内部nZVI的反应活性位点,而生物质炭不仅分散了nZVI还介导MR-1的胞外电子传递过程,从而增强了体系对Cr（Ⅵ）协同钝化能力.本研究为有效解决nZVI长期使用过程中的老化问题提供了新思路.     

生物炭负载纳米零价铁制备及修复六价铬污染土壤技术研究进展

近年来,纳米零价铁颗粒（nZVI）应用于Cr（Ⅵ）污染修复治理技术研究备受关注。生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@BC）作为纳米零价铁改性技术之一,具有低成本、易制备和修复效果优越等优点,但此技术应用于Cr（Ⅵ）污染土壤修复方面研究尚不多。生物炭（BC）主要通过植物秸秆热解生成,生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）则通过生物炭与纳米零价铁在热解-液相还原法或一步热解法合成。制备的nZVI@BC能够有效解决纳米零价铁团聚和钝化等缺点,显著提高纳米零价铁（nZVI）利用率。综述了生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）应用于修复Cr（Ⅵ）污染土壤反应机理和研究进展,总结出提升该材料性能的途径有:通过调整BC热解条件和改性BC以提升BC性能;适当的质量比（BC/nZVI）;使用聚乙二醇（PEG）、羧甲基纤维素（CMC）、污泥衍生的BC和茶多酚（TP）提高nZVI稳定性。nZVI@BC材料能够提高土壤中有机质含量,在Cr（Ⅵ）修复治理方面极具应用前景。     

纳米零价铁铜双金属对铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的还原动力学

采用液相还原法制备纳米零价铁铜双金属(n ZVI/Cu),通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行形貌观测和表征分析,用制备的n ZVI/Cu修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,研究了不同反应条件对修复效果的影响,探讨了还原动力学规律.结果表明,n ZVI/Cu对土壤中的Cr(Ⅵ)有很好的降解效果,反应初始p H为7,温度为30℃时,加入2 g·L~(-1)的n ZVI/Cu材料,在10 min内Cr(Ⅵ)含量为88 mg·kg~(-1)的污染土壤中的Cr(Ⅵ)去除率可以达到99%以上.改变n ZVI/Cu加入量、p H值、反应温度以及添加腐殖酸都会对Cr(Ⅵ)的去除效果产生影响.改变p H值和反应温度对去除土壤中Cr(Ⅵ)的影响都比较明显,p H值越小,反应温度越高Cr(Ⅵ)的去除效果越好,添加腐殖酸对去除土壤中的Cr(Ⅵ)有一定的影响.n ZVI/Cu降解Cr(Ⅵ)的过程符合伪一级还原动力学模型,还原速率与反应温度的关系符合阿仑尼乌斯(Arrhenius)定律,反应活化能Ea为104.26 k J·mol~(-1).     

光助纳米铁还原Cr(VI)的研究

采用液相还原法制备了纳米铁,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构、形貌特征进行了表征.以Cr(Ⅵ)为模拟污染物,中压汞灯作为光源,考察了不同投加量、不同pH值等条件下光照对纳米铁还原Cr(Ⅵ)的影响.结果表明:制备的纳米铁具有很高的反应活性,粒径约为7.6nm,呈球形,可在空气中自燃.在25℃、Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L、pH=7±0.5,加入0.1g的纳米铁,光照60min后Cr(Ⅵ)的还原率达到62.3%,而无光照时Cr(Ⅵ)的还原率仅为27.6%,说明光照对Cr(Ⅵ)的还原具有明显的促进作用.当纳米铁投加量较大时,纳米铁对Cr(Ⅵ)的还原速率大于光照对其产生的影响.反应液pH值对Cr(Ⅵ)还原速率的影响较光照对其产生的影响显著.在紫外光的照射下,纳米铁中电荷可能在诱导下作受迫振荡,与吸附分子发生电荷传递是光照促进纳米铁还原Cr(Ⅵ)的主要原因.     

“Achromobacter sp. CH-1-Cr(Ⅵ)-H2O”体系Cr(Ⅵ)还原的电化学行为

采用循环伏安法探明了"Achromobacter sp.CH-1-Cr(Ⅵ)-水"体系的电化学行为.结果表明:循环伏安曲线上-0.62V(相对于SCE)的电流峰对应的反应为Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)的反应,在电势为-0.82V时Cr(Ⅲ)开始还原为零价铬.体系中的电极反应为不可逆过程,阳极扫描时Cr(Ⅲ)不会被重新氧化为Cr(Ⅵ).细菌的存在使Cr(Ⅵ)的还原更容易进行,其还原峰电势正移约0.2 V,细菌对体系中的电化学反应起了催化作用.随细菌量的增加,氢气的析出、六价铬还原为三价铬及三价铬进一步还原为零价铬的电势均发生了正移,过高的细菌量主要影响三价铬还原沉积为金属铬的过程.铬浓度对细菌还原Cr(Ⅵ)溶液的循环伏安曲线的影响不大.初始pH值为10是细菌还原Cr(Ⅵ)的最佳pH值.     

铁屑-微生物协同还原去除水体中Cr(Ⅵ)研究

考察了铁屑和微生物对受污染水体中Cr(Ⅵ)的还原去除能力以及Cr(Ⅵ)去除效率的影响因素,分析了反应后铁屑表面的组成以及Cr(Ⅵ)还原产物的形态特征.结果表明,铁屑-微生物协同处理对水体Cr(Ⅵ)的去除具有促进作用,在18 h内Cr(Ⅵ)去除率就可达到100%.在25～42℃范围内,温度升高有利于Cr(Ⅵ)的去除;Cr(Ⅵ)还原去除的最适宜初始pH为5.8.Cr(Ⅵ)去除效率随着铁屑投加量和微生物接种量的增大而增大,随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而减小.Mn2+、Zn2+、Co2+、Cu2+和Ni2+离子对Cr(Ⅵ)的还原去除都有一定的抑制作用,其中Mn2+的影响最小,Ni2+的抑制作用最为明显.XPS分析结果显示,铁屑表面吸附和沉积了Cr元素,且有Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)两种价态;Cr2p3/2轨道处的出峰由Cr(Ⅲ)在(576.8±0.1)eV处的峰和Cr(Ⅵ)在(578.1±0.1)eV处的峰叠加而成,还原产物Cr(Ⅲ)极有可能以Cr(OH)3以及铁铬氧化水合物[FexCr1-x(OH)3]形式存在.     

硫酸根离子强化零价铁去除Cr(Ⅵ)的试验研究

普通零价铁去除Cr（VI）的反应活性较低且Cr（VI）会导致零价铁较快钝化.通过连续流实验,研究了硫酸根离子提高零价铁去除水中Cr（Ⅵ）的可行性与反应机理.实验结果表明,在未加入硫酸根离子时,运行5.5h后柱子出水总铬及Cr（VI）已开始超出饮用水标准.而在加入1~3mmol/L SO₄^2-后,出水总铬及Cr（VI）持续降低,并最终降至饮用水水质标准以下且稳定运行长达240h以上.XPS分析结果表明,还原作用是零价铁除Cr（Ⅵ）的主要机理,硫酸根离子加速了零价铁的腐蚀进而促进了Cr（VI）的去除.     

Cr(Ⅵ)污染地下水修复的PRB填料实验研究

Fe0与Cr(Ⅵ)发生表层反应使Fe0-渗透反应墙(PRB)利用率极低且易板结、堵塞.针对Fe0利用率低,易板结、堵塞问题,研究了不同高分子材料包裹铁粉对受污染地下水中Cr(Ⅵ)的去除影响;实验结果表明,海藻酸钠(SA)作为包裹材料效果最好.FEI电镜扫描及EDX能谱分析结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,不仅为零价铁的附着提供了大量的吸附点位,还可使Cr(Ⅵ)进入到内部与铁粉反应.考察了SA包裹零价铸铁粉(SAC)和包裹还原铁粉(SAR)对Cr(Ⅵ)的去除影响;实验结果表明,SAC除铬性能是SAR的2倍.SAC填料工艺参数优化后,符合一级反应动力学;采用SAC填料进行动态实验,反应完全后铬/铁比高达32.25 mg.g-1,且填料仍然保持较高的渗透系数(2.38 cm.s-1);对SAC填料进行成本分析发现,SAC填料具有明显的价格优势,相比零价铸铁粉混砂填料节约成本76.56%.采用SAC填料治理Cr(Ⅵ)污染地下水是可行的.