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.     

纳米颗粒物对肺表面活性物质界面性质的影响

以纳米二氧化硅、纳米碳粉、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米碳化硅和纳米四氧化三铁等纳米颗粒物(NPs)为代表,研究其对肺表面活性物质(PS)界面性质的影响.结果表明,NPs对PS中的磷脂和蛋白组分均有吸附作用,其中纳米二氧化硅和纳米四氧化三铁分别对磷脂和蛋白组分的吸附能力最强,吸附率为89.3%和82.5%.NPs的存在会导致PS溶液的表面张力升高,这当中纳米二氧化硅的效果最为显著.纳米碳化硅和纳米二氧化硅等颗粒物会引起PS膜的π-A等温线的内缩/外扩,且颗粒物浓度越高,表面压力变化越明显.此外,PS也会对NPs的水合动力学直径和Zeta电位产生影响,导致其分散状态变化.由此可见,NPs可通过改变PS的组成和界面性质而具备危害人体健康的潜力.     

金银合金纳米颗粒的可控合成及其光催化性能

以果糖为还原剂和表面活性剂,可控合成了平均粒径小于14.6nm的金银（Au-Ag）合金纳米颗粒.基于一步法,改变合成时间（1~8min）,Au-Ag合金纳米颗粒的成分及其表面等离子共振（SPR）波长被连续调控.采用UV-Vis、EDX、ICP、XPS、TEM、HR-TEM和SAED等分析手段对Au-Ag合金纳米颗粒进行表征,发现制备的合金纳米颗粒具有均匀的成分和合金结构.由于Au、Ag两元素的协同作用,Au-Ag合金纳米颗粒在4-硝基苯酚的光催化降解反应中表现出了优异的光催化活性和稳定性.除了改变Au-Ag合金纳米颗粒的添加量,光催化反应的动力学速率常数还可通过改变合金成分来线性调节.基于可控合成,动力学速率常数甚至可通过Au-Ag合金纳米颗粒的合成时间来线性调控.上述控制动力学速率常数的方法可为其他的光催化反应提供参考.     

供水管网中微/纳米塑料的赋存及污染特性

微/纳米塑料具有分布广泛、粒径小、难降解、可吸附有毒物质等特性,其去除效果及对环境污染的现状尚不明晰,是当前研究热点和难点.本文从供水管网中微/纳米塑料的来源、分布规律及水质安全危害等角度,概述了全球范围内供水管网中微/纳米塑料的研究现状.结果表明,给水处理厂出厂水携带残留的微/纳米塑料颗粒进入供水管网,而塑料材质管道在水力、水质作用下(流速、机械磨损、消毒剂等)同样存在微/纳米塑料释放可能.微/纳米塑料自身的密度、电荷等固有特性影响了它在供水管网中的空间分布规律,且在饮用水输配过程中,微/纳米塑料可同有机物、微生物等物质反应,从而影响供水管网的水质安全.本文旨在提出未来的研究重点和方向,从而为进一步了解微/纳米塑料对饮用水安全的影响及如何控制其污染提供理论基础.     

水中C60纳米颗粒的稳定性研究

以两种C60纳米颗粒悬浮液为对象,研究贮存时间、pH、电解质和有机物等因素对其稳定性的影响.结果表明,溶剂替换法制备的C60纳米颗粒(C60/son)稳定性优于延时搅拌法(C60/aq),可长时间保持稳定;pH升高可使C60纳米颗粒稳定性增强;电解质投加可使C60纳米颗粒的|ζ|减小、粒径增大,促进凝聚的发生;水中C60纳米颗粒凝聚过程可分为慢速凝聚和快速凝聚两个阶段,符合经典胶体稳定性(DLVO)理论.C60/son的临界凝聚浓度:NaCl 321 mmol·L-1、KCl 316 mmol·L-1、MgCl29.6 mmol·L-1和CaCl26.7 mmol·L-1,C60/aq的临界凝聚浓度:NaCl 295 mmol·L-1、KCl 278 mmol·L-1、MgCl27.8 mmol·L-1和CaCl25.9 mmol·L-1,均远高于其在天然水体中的浓度;腐殖酸存在可通过空间位阻效应显著增强水中C60纳米颗粒的稳定性,这表明C60纳米颗粒可稳定存在于典型的水环境中.     

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.     

纳米乳化油缓解多孔介质渗透性损失的实验研究

为有效缓解乳化油在原位修复地下水污染过程中所产生的堵塞及修复效率降低的问题,采用升温相转变技术手段,制备纳米乳化油.并采用一维柱实验,开展微米及纳米乳化油在多孔介质中的迁移研究,对比分析微米及纳米乳化油造成多孔介质的渗透性损失、在多孔介质中的截留比率及迁移距离等问题,探究纳米乳化油缓解多孔介质渗透性损失的效果.实验结果显示,微米及纳米乳化油所导致的中砂介质渗透性损失分别为20.40%和3.20%,乳化油截留比率分别为28.51%和20.15%.由此可见,乳化油截留是多孔介质渗透性损失的重要原因,减小乳化油粒径可有效缓解多孔介质的渗透性损失.与微米乳化油相比,纳米乳化油有效降低中、细砂介质渗透性损失84.3%和47.5%.此外,乳化油截留对多孔介质渗透性损失的影响在一定程度上也影响到其在多孔介质中的迁移距离,微米及纳米乳化油在中砂介质中的迁移距离分别为6.53 m和8.19 m.相比之下,纳米乳化油所导致的细砂介质渗透性损失为10.70%,截留比率为25.71%,迁移距离为7.36 m,说明纳米乳化油迁移效果更佳,可适用介质范围更广.     

纳米TiO2对底泥中汞释放及活化的影响

为了研究纳米TiO2对底泥汞的释放及活化的影响,采用模拟淹水实验,分析纳米TiO2对底泥和上覆水中总汞和甲基汞浓度的影响,并结合底泥中各形态汞的变化情况探讨纳米TiO2对汞的迁移转化的影响.结果表明,纳米TiO2可促进底泥中汞的释放,导致更多的汞释放到水中,与对照相比,4g·kg-1纳米TiO2导致上覆水中总汞浓度最高时上升91.32%,最终土壤汞的释放量增加约10%,主要原因是纳米TiO2可促进氧化态汞的溶解,这可能会提高水体汞污染的风险.此外,在本实验条件下,短期内纳米TiO2可能降低了底泥甲基汞的形成和释放,但长期淹水后没有明显的影响.总体来看,纳米TiO2对底泥汞释放和转化的影响随浓度升高而增大.因此,随着底泥或土壤中纳米TiO2含量的升高,其对汞的地球化学循环过程的影响可能加剧.     

纳米沸石对土壤Cd形态及大白菜Cd吸收的影响

通过室内培养试验研究了不同镉污染水平(1、5、10和15 mg·kg-1Cd)下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg-1)的纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)对土壤镉形态分配比例(FDC)随时间的变化情况,并通过盆栽试验进一步研究纳米沸石和普通沸石对土壤镉形态和大白菜Cd吸收的影响.室内培养试验表明,施用纳米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交换态镉FDC,增加了铁锰氧化态镉FDC,在0~28 d的培养过程中,可交换态镉FDC呈先降后增后趋于平缓最后增加的趋势.培养结束时,沸石处理使可交换态镉FDC从0 d时的72.0%~88.0%降至30.0%~66.4%,各处理土壤镉主要以可交换态存在.盆栽试验表明,施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了土壤可交换态镉含量和FDC,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态镉含量和FDC,以高量纳米沸石处理(20 g·kg-1)对可交换态镉的降低效果最好.土壤可交换态镉FDC与土壤p H呈显著负相关(P0.05),与大白菜地上部和根部镉含量呈极显著正相关(P0.01).施用沸石使1和5 mg·kg-1Cd水平土壤p H分别提高了1.8%~45.5%和6.1%~54.3%,土壤可交换态镉FDC分别降低了16.3%~47.7%和16.2%~46.7%,大白菜各部位镉含量分别降低了1.0%~75.0%和3.8%~53.2%,纳米沸石对土壤和植株镉的降低效果优于普通沸石.中低量(≤10 g·kg-1)的沸石对大白菜生长有明显的促进作用,而高量沸石(20 g·kg-1)则抑制了大白菜的生长.与普通沸石相比,纳米沸石显著提高大白菜生物量的同时,也显著降低了土壤可交换态镉含量和大白菜镉含量及镉积累量.     

纳米TiO2的凝胶网格沉淀法制备及其光催化性能

以明胶为反应介质,采用凝胶网格沉淀法制备纳米TiO2光催化剂,利用TG-DTA、XRD、TEM、FT-IR、UV-Vis、FL等分析测试手段对制备过程、样品的结构和性能进行了研究.结果表明,利用凝胶网格沉淀法不仅能够控制纳米微粒的晶相和大小,而且可防止沉淀物相互聚集和团聚,获得的纳米微粒粒径更小,分散性更好.以染料罗丹明B溶液为目标降解物,1h的降解率为98%.最佳光催化剂的合成条件为8%明胶浓度、650℃煅烧2h.     

纳米铁锰氧化物对钒的吸附特性研究

为寻求处理土壤和地下水钒污染的吸附剂,采用模拟实验,开展了纳米铁锰氧化物(MnFe_2O_4)对五价钒(V~(5+))的吸附特征研究,分析了纳米铁锰氧化物浓度、pH值、时间、温度和初始钒浓度等因素对MnFe_2O_4吸附V~(5+)的影响,以揭示纳米铁锰氧化物的吸附动力学及热力学等特征,并通过扫描电镜(SEM)和红外光谱(IR)等表征方法分析了纳米铁锰氧化物吸附V~(5+)的机理.结果表明,在初始钒溶液为100 mg·L~(-1),MnFe_2O_4加入量为0.1 g,pH=4,温度为25℃的条件下,吸附过程在24 h达到平衡,且此条件下有最大吸附值和吸附率,分别为15.14 mg·g~(-1)和60.54%.纳米铁锰氧化物吸附钒的动力学过程符合伪二级动力学模型,等温吸附线符合Langmuir模型.热力学研究表明,升高温度有利于吸附,吸附过程为吸热过程.由扫描电镜结果可知,纳米铁锰氧化物有较大的比表面积,可提供较多的活性位点.因此,纳米铁锰氧化物可作为一种吸附材料用于钒污染废水处理.     

赤泥基纳米零价铁对多金属污染土壤修复效果

为实现重金属复合污染（Pb、Zn、Cu和Cd）土壤同步修复,构建土壤-小白菜体系,探究赤泥（RM）、纳米赤泥（RMn）以及纳米赤泥负载纳米零价铁（RMn-nZVI）这3种不同赤泥基钝化剂对Pb、Zn、Cu和Cd复合污染土壤的修复效果与机制,并考察土壤中Pb、Zn、Cu和Cd形态分布对小白菜积累Pb、Zn、Cu和Cd的控制作用.结果显示,3种钝化剂施用可显著提高土壤pH,降低土壤酸可提取态（F1）Pb、Zn、Cu和Cd含量,增加残渣态（F4）含量,最终钝化效果表现为：RMn-nZVI>RMn>RM.此外,3种钝化剂显著降低了小白菜可食用部分Pb、Zn、Cu和Cd的积累,其中RMn-nZVI处理下降低程度最高,Pb、Zn、Cu和Cd含量分别下降35.11%、45.05%、69.52%和59.63%.结果表明,纳米赤泥负载纳米零价铁新型钝化材料在重金属复合污染土壤修复领域具有一定的应用潜力.     

纳米颗粒物采样技术及其在大气监测中的应用

细粒径的颗粒物、尤其是空气动力学粒径1.0μm以下的纳米颗粒物是导致灰霾天气的主要原因之一.日本专利技术"纳米颗粒物采样系统"利用惯性纤维过滤分级纳米颗粒物,用一套系统实现对大气颗粒物在全粒径范围内的同步、连续分级监测,可同时获得多个粒径范围的颗粒物浓度和颗粒物化学成分含量,应用表明,该技术特点鲜明,在大气复合污染监测研究领域具有推广价值.     

微纳米曝气对植物浮床处理支浜水脱氮效果的影响

为探索微纳米曝气技术对再力花植物浮床脱氮的影响,研究了不同曝气方式〔微纳米曝气组、鼓风曝气组、无曝气浮床(对照组)〕的处理效果. 结果表明,与对照组相比,微纳米曝气组对TN和NH₄+-N的去除率提高了13.35%和21.72%,而鼓风曝气组分别提高了5.64%和10.61%. 但微纳米曝气形成的富氧环境不利于NO₃--N的去除,去除率低于鼓风曝气组和对照组浮床. 微纳米曝气对植物的生长有显著改善,试验结束时植物生物量增加了65.38%,而鼓风曝气组、对照组分别只增加了21.05%及63.93%. 植物吸收的TN也存在显著差异,微纳米曝气组最高,为90.60 mg,鼓风曝气组为54.84 mg,对照组为63.42 mg. 微纳米曝气比鼓风曝气具有更好的充氧效果,可显著改变植物根系微环境,有利于植物根系氨化细菌、硝化细菌的生长,但不利于反硝化细菌的生长.      

纳米氧化物对斑马鱼胚胎孵化率的影响

为评价纳米氧化物的水生态毒理效应,以模式生物斑马鱼胚胎为研究对象,观察了纳米ZnO、纳米TiO2、纳米Fe2O3、纳米Fe3O4和纳米SiO2对其96h孵化率的影响.结果表明,纳米氧化物毒性与其成分有很大关系.纳米ZnO对斑马鱼胚胎孵化抑制作用明显,毒性较大,且其毒性与浓度之间存在一定的剂量-效应关系;在低浓度时,纳米ZnO抑制胚胎孵化的效应较等浓度Zn2+强,说明纳米ZnO特殊理化性质发挥了一定作用.纳米Fe2O3在低浓度下不影响胚胎孵化率,而在高浓度下抑制胚胎孵化.纳米TiO2、纳米Fe3O4、和纳米SiO2对斑马鱼胚胎96h孵化率没有明显影响.     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

磁性纳米材料吸附处理工业废水的研究进展

介绍了磁铁矿、磁赤铁矿、MFe₂O₄型铁氧体等几种常见的磁性纳米颗粒及其制备和功能化方法,综述了磁性纳米吸附剂在重金属废水、染料废水、含油废水、含酚废水吸附处理中的新研究进展.根据研究过程中所存在的问题总结并展望了磁性纳米吸附材料的未来发展趋势,在今后的研究可从吸附剂的制备优化、吸附机理、实用性和再生回用等方面展开探究,以期发挥其在实际工业废水处理中的应用潜力.     

纳米TiO2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响

为了探讨纳米材料对植物的生理效应,以拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为受试生物,研究了纳米TiO_2在拟南芥中的富集、转运及对其生长和生理的影响.本研究将拟南芥分别暴露于浓度为0、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5 mg·L-1的纳米TiO_2中,通过ICP-MS测定纳米TiO_2在根和叶中的生物积累量,并采用TEM技术观察纳米TiO_2转运至叶片后对叶绿体结构的影响.在处理0、7和14 d后,测定拟南芥生物量、根系活力、叶片相对电导率和超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、活性氧自由基(ROS)等生长生理指标的变化.结果显示:拟南芥能吸收纳米TiO_2并向地上部转运,但转运系数较低;TEM切片观察到纳米TiO_2能进入拟南芥体内并造成叶绿体内囊体中质体小球数目增多、体积变大.与对照组相比,幼苗地上部生物量、叶片相对电导率、叶肉原生质体活力呈下降的趋势,地下部生物量及根系活力呈上升趋势;纳米TiO_2还可引起叶片及根部活性氧(ROS)含量的变化,进而导致MDA、SOD、GSH等抗氧化体系酶活性的应激变化,同时与根部相比,叶片引起的毒性效应更强.说明纳米TiO_2在拟南芥中富集并转运至地上部后,对拟南芥叶片的生长具有显著的抑制作用,诱导其产生氧化应激.同时,一定浓度的纳米TiO_2胁迫下,拟南芥根部与叶片对纳米TiO_2的响应不同,敏感度存在差异,叶生长受到抑制的同时却对根有促进作用.     

超声波辅助壳聚糖/零价纳米铁降解酸性品红

用液相还原法制备的壳聚糖/零价纳米铁处理废水中染料——酸性品红,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和紫外可见光谱(UV-vis)等不同表征手段对颗粒物进行晶体结构、形貌与尺寸表征分析.结果发现,壳聚糖可与纳米铁形成稳定的包裹体,从而降低了纳米铁的团聚性并提高了纳米铁的反应性能及抗氧化性.在超声波辅助下,发现壳聚糖稳定纳米铁粒子对酸性品红有降解作用,置于空气中65 d后壳聚糖稳定纳米铁仍具有反应活性.在25℃、壳聚糖稳定纳米铁投加量0.4 g·L-1、溶液pH =4.96、酸性品红初始浓度100 mg·L-1的条件下,反应20 min内对酸性品红的脱色率超过99％,其降解过程符合表观一级反应动力学规律,反应的活化能为55.34kJ·mol-1,说明降解过程是化学控制过程.     

纳米磁性颗粒Fe3O4用于吸附水相中酸性红73及其机理研究

利用纳米磁性颗粒处理含酸性红73废水以利于进一步降低其色度.实验以酸洗废液制备的纳米磁粉Fe3O4作为吸附剂,并通过单因素实验和吸附动力学及热力学的分析探讨其对酸性红73的表面吸附的吸附机理.结果表明:纳米磁粉Fe3O4对酸性红73的表面吸附符合假二级动力学方程,其反应活化能为49.05 kJ·mol-1.磁粉对酸性红73的吸附是快速的表面物理吸附,其表面吸附行为符合Langmuir等温吸附式,是放热和熵减的自发过程.在温度T为303 K的条件下,20 min内的饱和吸附量能可达到40.1 mg·g-1.因此,用纳米磁粉Fe3O4吸附处理含偶氮染料废水,吸附平衡可在很短的时间内实现.