Fe3O4/BC复合材料的制备及其吸附除磷性能

为解决磁性吸附剂Fe₃O₄不稳定、易在水中团聚以及吸附效率较低的问题,以BC（生物炭）为载体,采用化学共沉淀法制备了Fe₃O₄/BC（生物炭负载的纳米四氧化三铁）复合材料,并将其应用于水体中PO₄3--P的吸附去除;探究了Fe₃O₄/BC对水中PO₄3--P的吸附-解析性能,考察了纳米Fe₃O₄负载比例、吸附体系pH和初始ρ（PO₄3--P）等因素对Fe₃O₄/BC吸附PO₄3--P效率的影响,并考察了吸附机制.结果表明:所制备的Fe₃O₄纳米颗粒呈球形,均匀散布在生物炭表面;Fe₃O₄/BC复合材料能高效吸附水中的PO₄3--P,在pH=3、温度为25℃、ρ（PO₄3--P）为50 mg/L、Fe₃O₄/BC投加量为400 mg（二者质量比为1:1）,吸附3 h达到平衡后,Fe₃O₄/BC吸附PO₄3--P效率达到92.14%. Fe₃O₄/BC复合材料吸附PO₄3--P的机制包括配位体交换和静电吸引,吸附过程较好地符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程. Fe₃O₄/BC具有良好的解析性能,用c（NaOH）为2.0 mol/L的溶液对吸附PO₄3--P饱和后的Fe₃O₄/BC进行解析,解析效率达到80%.研究显示,Fe₃O₄/BC重复利用性好,在第4次利用后还能保持75%以上的吸附效率.      

Fe3O4/GO对水溶液中Cd(II)去除的影响因素

为探索高效且快速去除水溶液中Cd （Ⅱ）污染方法,采用自制磁性四氧化三铁负载氧化石墨烯（Fe₃O₄/GO）纳米复合材料对水溶液中Cd （Ⅱ）进行去除,利用单因素实验确定影响因素水平范围（初始Cd （Ⅱ）浓度、温度、反应时间、初始pH值）,并采用响应面法（RSM）及人工神经网络-遗传算法（ANN-GA）对去除水溶液中Cd （Ⅱ）的影响因素（4因素3水平）进行优化,利用等温吸附、动力学及热力学参数研究吸附剂性能.通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪及超导量子干涉器件（SQUID）对复合材料表征.结果表明,平均粒径为30.9nm的磁性Fe₃O₄/GO纳米复合材料被成功制备.RSM用于磁性Fe₃O₄/GO纳米复合材料对水溶液中Cd （Ⅱ）去除条件优化,预测去除率达到86.451%,验证试验为82.220%,对应条件：温度为20.14℃,反应时间为57.78min,初始pH值为6.41和初始Cd （Ⅱ）浓度为11.18mg/L; ANN-GA优化条件后的预测去除率为89.722%,验证试验为87.723%,相应条件：温度为29.96℃,pH值为5.49,初始Cd （Ⅱ）浓度为28.36mg/L,反应时间为65.78min.根据模型R²值,预测的最大去除率及验证试验,ANN-GA模型性能及预测能力均高于RSM.RSM方差分析表明4个因素对磁性Fe₃O₄/GO纳米复合材料去除水溶液中Cd （Ⅱ）的影响大小为：初始Cd （Ⅱ）浓度>温度>反应时间>pH值.吸附机理分析结果显示,Fe₃O₄/GO纳米复合材料对Cd （Ⅱ）吸附过程同时存在着物理吸附和化学吸附.结合ANN-GA优化,利用磁铁实现且快速分离,磁性Fe₃O₄/GO纳米复合材料用于去除Cd （Ⅱ）是可行的.关键字：Cd （Ⅱ）;四氧化三铁负载氧化石墨烯;单因素实验;响应面法;人工神经网络-遗传算法中图分类号：X53     

利用Fe3O4纳米颗粒磁分离去除水中小粒径微塑料

建立了微塑料（Microplastics,MPs）荧光定量分析方法,系统研究了Fe₃O₄纳米颗粒对水中聚苯乙烯MPs的磁性去除效果.结果表明,MPs浓度在本实验范围内（0.2~10.0mg/L）与荧光强度线性关系良好,相关系数均>0.9990,能准确测定不同粒径（100~1000nm）MPs的浓度.MPs初始浓度与Fe₃O₄纳米颗粒投加量对MPs去除效果具有影响.增加Fe₃O₄纳米颗粒的投加量能够有效提升水中MPs的去除率,当Fe₃O₄投加量为12mg/L时,去除率可达90.8%.在低Fe₃O₄投加量时,MPs去除率随着MPs初始浓度增加而显著增加,显著性水平为0.015;但在中、高Fe₃O₄投加量时,初始浓度对去除效果影响很小,显著性水平分别为0.073和0.060.Fe₃O₄纳米颗粒对MPs的附着过程能够在180min内趋于平衡,整个动力学可通过拟一级或拟二级模型进行拟合.     

Fe2O3/TiO2负载膨胀珍珠岩光催化降解罗丹明B

为获得高效催化活性的光催化材料,研究不同煅烧氛围对材料在可见光下催化性能的影响,以膨胀珍珠岩（EP）为载体,采用溶胶-凝胶法,在不同煅烧氛围（O₂和/或NH₃）下制备Fe₂O₃/TiO₂负载EP的光催化复合材料〔Fe₂O₃-TEP（O₂）、Fe₂O₃-TEP（NH₃）、Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）〕,采用EDS（X-射线色散能谱）、BET（比表面积及孔径分析）、XRD（X射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）、XPS（X射线光电子能谱）等对复合材料进行表征,并研究了其在可见光下对罗丹明B的光催化降解效果.结果表明:①复合材料成功负载了Ti、Fe元素,负载的TiO₂以锐钛矿型存在,Fe₂O₃的掺杂增强了TiO₂对可见光的响应能力;②不同的煅烧氛围明显影响复合材料的晶粒尺寸、比表面积和光催化性能,其中,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）的光催化性能最好,4 h后罗丹明B降解率达到87.59%,Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）4 h后对罗丹明B的降解率则分别为65.02%、62.48%和47.48%;③在试验条件下,复合材料的光催化反应符合一阶反应动力学方程,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）相应的降解速率常数分别为0.008 3、0.004 3、0.004 3和0.002 7 min-1.研究显示,通过溶胶-凝胶法所制备的复合材料（Fe₂O₃-TEP）经煅烧后所得矿相均一;Fe₂O₃掺杂TiO₂可形成Ti—O—Fe键,减小TiO₂固有的禁带宽度;复合材料光催化性能也受到煅烧氛围的影响,先O₂后NH₃煅烧条件下所得材料的光催化性能最佳.      

纳米Fe3O4增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结特性试验研究

目的 探究纳米Fe₃O₄增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结特性。方法分别开展准静态拉伸试验、界面法向和切向黏结强度试验。采用超弹性理论,分析纳米Fe₃O₄增强硅橡胶材料的拉伸行为,采用双线性和指数内聚力模型,分析纳米Fe₃O₄增强与铁氧体的界面破坏行为。结果 通过拉伸试验获得了不同纳米Fe₃O₄含量的硅橡胶的工程应力应变曲线及两参数Mooney-Rivlin模型,小变形范围的模型误差在1%以内,大变形范围的最大误差为3.8%。通过界面强度试验,获得了不同纳米Fe₃O₄含量的硅橡胶和铁氧体界面的法向和切向力-位移曲线、黏结强度和界面断裂能,得到了界面法向和切向黏结强度内聚力模型参数。结论 随着纳米Fe₃O₄含量增加,硅橡胶的拉伸强度增加,界面法向黏结强度和断裂能增大,而切向黏结强度和断裂能变化不显著。双线性内聚力模型更适合作为纳米Fe...     

Fe3O4/CeO2复合材料催化降解橙黄G的效能及降解途径

为研究磁性纳米Fe₃O₄/CeO₂复合材料在高浓度难降解有机废水处理中的应用,利用共沉淀法制备Fe₃O₄/CeO₂复合材料,并将其作为非均相类Fenton催化剂降解橙黄G染料废水,利用单因素法优化出最佳降解工艺,同时利用TOF-MS/MS(飞行时间质谱)检测降解中间产物,推测出可能降解途径.结果表明,当Ce/Fe为1 :1(质量比)时制备的Fe₃O₄/CeO₂复合材料催化效果最佳.最佳降解工艺条件:初始pH为2.0,温度为30 ℃,H₂O₂投加量为30 mmol/L,Fe₃O₄/CeO₂复合材料的投加量为2.0 g/L,初始ρ(橙黄G)为50 mg/L.在最佳降解工艺条件下反应120 min后,橙黄G去除率为96.2%,TOC去除率为65.0%,Fe₃O₄/CeO₂复合材料至少可重复利用6次.研究显示,橙黄G降解主要有三条可能的降解途径,包括偶氮键断裂、偶氮键与苯环断开、脱磺酸基、羟基化以及开环等过程,共检测出八种可能的降解中间产物,主要有苯胺、苯酚、萘酚以及羧酸等.      

过氧化钙/海泡石海藻酸钠缓释凝胶复合材料的制备及其对内源磷的控制性能

以载纳米过氧化钙海泡石为基本骨架,采用海藻酸钠包覆和镧离子交联研制了CPS60@SA/La复合材料,通过批量吸附实验和表征分析考察了其对富营养化水体中磷的去除效果及机制.结果表明,所制材料具有良好的释氧性和除磷能力,纳米过氧化钙和镧位点是其主要的活性组分.随着缓释凝胶用量增加,磷的去除率也相应增加;CPS60@SA/La对高浓度磷的去除过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型的描述,最大吸附容量为198.25 mg·g^-1 (20℃);CPS60@SA/La在p H 3～9范围内均对磷酸盐有良好的去除能力,F^-、HCO₃^-、CO₃^2-和HA的共存对CPS60@SA/La的除磷效果有轻微抑制作用;在实际河道水体中,该复合材料可缓慢释氧,保持水体溶解氧浓度大约为8.51 mg·L^-1,为泥水界面处的好氧微生物提供良好条件,对上覆水和间隙水中的磷酸盐均有良好的去除和固定能力,去除效果稳定,其使用有望提升水体自净能力.     

Fe3O4耦合厌氧微生物强化低碳源废水还原硒(Ⅳ)的研究

为提升厌氧微生物对含硒(Ⅳ)废水的处理效果,利用ASBR反应器研究Fe₃O₄对厌氧微生物还原除硒(Ⅳ)的影响,分析了出水硒浓度、硒形态与分布、硒还原酶活性和微生物菌群等变化.结果表明,高碳源浓度时,投加Fe₃O₄对厌氧微生物去除硒(Ⅳ)没有影响;低碳源浓度时,Fe₃O₄能显著提高厌氧微生物还原除硒(Ⅳ)的效率和速率,Fe₃O₄使硒(Ⅳ)去除率由对照组的(97.3±0.5)%提升至(98.2±0.5)%,最大反应速率也提高了3.6倍.同时投加Fe₃O₄也降低上清液硒(Ⅳ)、硒(0)占比,增加硒(-Ⅱ)占比,促进厌氧微生物还原硒(0)-硒(-Ⅱ)的进程.通过酶活性和微生物菌群结构等分析发现,Fe₃O₄提高亚硫酸盐还原酶、谷胱甘肽还原酶、周质延胡索酸还原酶和亚硝酸盐还原酶的活性,增加了铁还原科细菌Rhodocyclaceae以及与电...     

铁/炭凝胶颗粒高效吸磷以及位点能量分析

以有机废弃物制备生物炭吸附水体中磷,同步实现了固废的高价值利用以及水体富营养化的抑制,然而缺乏表面修饰的生物炭对磷的吸附能力有限。该文以磁性Fe₃O₄作为生物炭表面修饰剂,并以壳聚糖为固化剂制备了高效的除磷凝胶颗粒。利用多种表征技术以及近似位点能量分布理论对磷的吸附机理进行了探讨,分析了吸附性能提升的关键原因。结果表明Fe₃O₄的加入极大地促进了磷的吸附,在293 K下,生物炭对磷的饱和吸附量由13.76 mg/g增加到87.79 mg/g。该凝胶颗粒对磷的吸附是一个吸热过程,准二级动力学模型以及Langmuir模型能够更好地描述磷在凝胶颗粒上的吸附行为。通过表征技术发现Fe与磷之间形成的沉淀是磷吸附的重要机制,孔隙填充、氢键结合和静电吸引同样是B-Fe-C吸附磷的机制。整体而言,化学吸附是主要的吸附机制。此外,对表面近似位点能量分布的分析发现,促进磷与吸附剂表面之间的亲和力以及增加表面高能吸附位点的密集分布是促进磷吸附的一种重要手段。研发的凝胶颗粒对于天然水体中的各种离子具有一定的抗干扰能力,在天...     

La2O3纳米颗粒对水溶液中As (Ⅲ)的吸附

以十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）为表面活性剂,采用共沉淀法制得La₂O₃纳米颗粒。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和比表面积分析仪（BET）对La₂O₃纳米颗粒进行分析。采用批实验考察了溶液pH、典型阴离子和离子强度等因素对La₂O₃纳米颗粒吸附溶液中As （Ⅲ）的影响,并对吸附动力学、吸附等温模型及吸附机理进行研究。结果表明:添加质量分数为0.2%的CTMAB时制得的La₂O₃对As （Ⅲ）的吸附效果最好。当溶液pH为5~9时,As （Ⅲ）去除率较高,可达85.36%。溶液中共存的SO2-₄和CO2-₃对As （Ⅲ）的吸附影响较小,而SiO2-₃和PO₄3-增加到10 mmol/L时,As （Ⅲ）去除率从85.36%分别降低至39.14%和25.36%。离子强度对As （Ⅲ）的吸附影响较小,表明该吸附过程为内层吸附。La₂O₃纳米颗粒对As （Ⅲ）的吸附符合伪二级反应动力学和Langmuir吸附等温模型,表明该吸附为单分子层吸附,理论最大吸附量为45.5 mg/g。La₂O₃纳米颗粒吸附As （Ⅲ）的机理分析为La₂O₃表面羟基化后产生的羟基基团La—OH与As （Ⅲ）反应生成单齿或双齿络合物,从而将As （Ⅲ）从水溶液中去除。     

Fe3O4-nZVI类Fenton法降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀和液相还原两步法制得四氧化三铁负载纳米零价铁(Fe₃O₄-nZVI),将其作为类Fenton反应的催化剂用于水中磺胺甲恶唑(SMX)的降解.通过批实验法研究了H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量、pH值、SMX初始浓度、反应温度等因素对SMX降解的影响.SEM、EDS、XRD和XPS表征结果表明,制备的Fe₃O₄-nZVI为纳米级磁性复合材料.批实验结果表明,在一定实验条件范围内,提高H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量和反应温度,以及降低体系pH值,均可提高SMX的降解率.动力学拟合参数表明,SMX的类Fenton催化降解符合拟一级动力学模型.在25℃时,当H₂O₂浓度为10mmol/L、Fe₃O₄-nZVI投加量为0.8g/L、pH=3、SMX初始浓度为10mg/L,SMX在180min时的降解率为99.61%.用VSM测得Fe₃O₄-nZVI的饱和磁化强度为105.52emu/g,表明其易于磁回收.重复利用实验表明,Fe₃O₄-nZVI具有较好的反应活性和稳定性.自由基淬灭实验表明,·OH的氧化作用是SMX降解的主要机理.     

球磨－煅烧法制备Fe3O4-CuxO及其活化Oxone降解盐酸左氧氟沙星

采用机械球磨-煅烧方法成功制备Fe₃O₄-Cu_xO复合材料,利用SEM、XRD与多功能磁学测量系统等手段对复合材料进行表征,并对其催化Oxone降解水体中盐酸左氧氟沙星的性能进行评估.考察了煅烧温度、球磨时Fe与CuO的质量比对该复合材料的催化性能影响.复合材料降解盐酸左氧氟沙星（LVF）实验探究了材料投加量、Oxone浓度、pH值等因素的影响.结果表明：当煅烧温度为300℃,Fe与CuO的质量比为1：1时材料催化性能最佳;重复性实验结果表明该催化剂具备较好的稳定性.当LVF的初始浓度为10mg/L时,最优降解条件为：催化剂投加量为1.4g/L、Oxone浓度为0.6mmol/L,pH值为11,反应60min后,LVF的降解率达到99.5%.淬灭实验及ESR分析证实LVF的降解是由SO₄^-·与·OH共同作用的结果.     

Fe2O3@SCe多相芬顿催化剂的制备及其降解放热性能

为研究多相Fenton体系降解有机污水过程的放热规律,为污水处理的能源化利用提供技术支撑,本文以半焦（SCe）为载体,制备了Fe₂O₃@SCe新型复合材料,并对复合材料进行了BET、FTIR、XRD、SEM表征,研究了Fe₂O₃@SCe/H₂O₂多相Fenton体系处理邻苯二胺（OPD）模拟废水的降解性能和放热规律.结果表明,Fe₂O₃均匀负载于SCe颗粒表面,Fe₂O₃@SCe复合材料保留了改性SCe的多孔形态和强吸附性,在3.1~8.9的pH值范围内均表现出较高的催化活性;Fe₂O₃@SCe/H₂O₂多相Fenton体系在去离子水中自身分解和在邻苯二胺模拟废水的降解反应都释放了大量的热量,在[OPD]= 0.04mol/L;pH=7.8;T₀=30℃;[H₂O₂]=0.25mol/L;[Fe₂O₃@Sce]=533g/L;t=180min反应条件下的溶液温度升高数值为7.1℃,降解率为88.2%; H₂O₂的投加浓度是影响反应放热量的主要因素.     

Fe3O4活化过硫酸盐体系同步去除诺氟沙星和铅

采用Fe₃O₄活化过硫酸盐（PS）同步去除水中的NOR （诺氟沙星）和Pb （II）.探讨了Fe₃O₄投加量、PS浓度、初始pH值和Pb （II）浓度对NOR降解的影响.结果表明,NOR的降解符合伪一级反应动力学,在温度为30℃、NOR初始浓度为5.0mg/L、Pb （II）浓度为1.0mg/L、Fe₃O₄投加量为2.0g/L、PS浓度为1.5mmol/L、初始pH值为7.0的条件下,反应120min后,NOR降解率达90.2%,Pb （II）去除率为99.5%.自由基淬灭实验证实,硫酸根自由基（SO₄^-·）是NOR降解的主要自由基.通过LC-MS分析结果推测了NOR可能的降解路径和中间产物.Fe₃O₄活化PS高级氧化工艺可作为一种同步去除有机污染物和重金属的工艺.     

PDMS/Fe3O4/还原氧化石墨烯气凝胶复合材料的合成及其油水分离应用研究

近年来海上石油泄漏事件频发,不仅造成石油资源的浪费,还导致严重的生态和环境风险.因此,如何兼顾环境效益和经济效益治理海洋石油污染是目前亟待解决的问题.该文设计、制备了一种高效油水分离材料,以氧化石墨烯（GO）作为模板,负载纳米Fe₃O₄粒子,经聚二甲基硅氧烷（PDMS）改性,最终获得疏水亲油的PDMS/Fe₃O₄/还原氧化石墨烯气凝胶复合材料（RGA）;并利用多种现代表征方法测试材料的表面官能团、疏水性、热稳定性和微观形貌特征,利用吸油测试及重复试验测试其性能.结果表明:①改性后GO含氧官能团数量下降,水、油接触角测量结果表明RGA的亲水角为133.36°,亲油角为44.44°,具有较高疏水亲油性.②RGA的热稳定性较强,孔隙结构发达,油可填充在气凝胶微纳米结构形成的空隙中.③RGA质量轻,机械强度强,吸油量最多可达自重的18倍,对不同油水混合物均有较好的吸附能力且可重复使用,具有良好的吸油性能.研究显示,RGA具有质量轻、易回收、疏水亲油性良好、可重复使用等优点,具有大规模应用的潜力.      

新型Fe3O4@SA/La复合凝胶微球的制备及吸附性能

将海藻酸钠（SA）、Fe₃O₄和La（Ⅲ）离子通过溶液反应法制得一种新型磁性海藻酸镧复合凝胶微球（Fe₃O₄@SA/La）,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）及红外光谱（FT-IR）等进行表征.以直接红棕RN（DRB RN）和直接深棕2M（DDB 2M）2种直接染料为吸附对象,考察了染料溶液pH值、吸附时间和温度对吸附剂性能的影响.结果表明：在吸附剂投加量为0.1g、染料溶液自然pH值条件下,Fe₃O₄@SA/La复合凝胶微球室温下对DDB 2M和DRB RN均有良好的吸附性,120min即可达吸附平衡,吸附量分别可达678和688mg/g.吸附过程符合拟二级吸附动力学方程,等温吸附符合Freundlich模型.吸附剂对2种染料的吸附热力学参数（ΔG<0、ΔH<0、ΔS>0）表明吸附反应均为混乱度增加的自发放热反应.     

Fe3O4-RGO纳米复合催化剂类芬顿处理垃圾渗滤液

采用共沉淀法制备Fe₃O₄-RGO纳米复合催化剂,并将其应用于类芬顿处理垃圾渗滤液,研究了反应时间、初始pH值、催化剂质量浓度和H₂O₂投加量对Fe₃O₄-RGO纳米复合催化剂类芬顿降解垃圾渗滤液COD去除率的影响。结果表明:反应时间为90 min,初始pH值为3,催化剂质量浓度为1 mg/L,H₂O₂投加量为0.08 mmol/L时,COD去除率达到最大值64.7%。有机物组分对比结果显示,类芬顿反应后垃圾渗滤液中大分子有机物得到较好的降解转化。Fe₃O₄-RGO纳米复合催化剂具有较好的重复利用性,重复使用5次后对垃圾渗滤液的COD去除率仅降低2.3%。