有机配体对纳米零价铁还原硝基苯的影响与机理

通过FeSO4·7H2O与NaBH4反应,采用液相还原法制备纳米级零价铁(NZVI),并用XRD,SEM对其性能进行表征。研究了纳米零价铁还原硝基苯(NB)的动力学规律及柠檬酸、草酸、柠檬酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA二钠盐)几种有机小分子对其还原效率的影响,并对其机理进行了初步探讨。结果表明,纳米零价铁去除硝基苯反应符合准一级动力学方程,并且当硝基苯浓度一定时,增加NZVI投加量,去除率会显著增大;当NZVI浓度一定时,硝基苯浓度越低,去除率越高;柠檬酸和EDTA二钠盐在较低浓度时抑制还原反应进行,而在3 mmol/L左右时,具有促进还原反应进行的作用,而草酸、柠檬酸钠和草酸钠则为抑制作用。     

CTAB改性纳米零价铁的制备与橙黄Ⅱ的降解

以十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)为分散剂,制备改性纳米零价铁颗粒(CNZVI)。比表面积、XRD、SEM和TEM表征结果表明改性的CNZVI比未改性纳米零价铁颗粒(BNZVI)粒径更小、更均匀,具有更好的分散性能和抗氧化性。首次考察了CNZVI对于水中染料橙黄Ⅱ的脱色降解效果。CNZVI对橙黄Ⅱ的脱色率和降解速率均优于未改性纳米铁颗粒BNZVI,脱色率在反应进行10 min后趋于稳定。考察了溶液p H、初始浓度、NZVI投加量和温度对反应脱色率的影响。p H值和初始浓度越高,脱色率越低;脱色率随着投加量和温度提高而增大。最后优化反应条件为:p H值5.96,初始浓度100mg/L,NZVI投加量0.2 g/L,反应温度293 K,CNZVI对橙黄Ⅱ的脱色率为91.8%,比BNZVI的脱色率高出16.1%。动力学分析表明,CNZVI对橙黄Ⅱ降解反应符合伪一级反应动力学。     

零价铁对土壤中对氯硝基苯的还原作用

在常温常压下,利用零价铁(Fe0)还原土壤中的对氯硝基苯(p-CNB),研究反应产物随时间的变化以及反应条件对还原率的影响.实验结果表明,Fe0能够有效将土壤中的p-CNB还原成对氯苯胺(p-CAN),反应过程中先生成中间产物对氯亚硝基苯(p-CNSB),然后再进一步还原生成p-CAN.p-CNB还原率受到反应时间,土壤初始pH、温度、铁粉用量和土壤含水率等条件的影响.当p-CNB约为2.5×10-6mol/g,土壤初始pH为6.8,铁粉用量为50 mg,土壤含水率为75%时,在恒温生化培养箱中温度为(25±1)℃条件下,反应5 h后p-CNB还原率达到97.43%.     

纳米钯?铝双金属对水中3-氯酚的脱氯降解研究

采用置换沉积法制备了纳米钯/铝双金属催化剂,氢解还原去除水相中难降解有毒有机物3-氯酚(3-CP),考察了溶液pH、钯负载量、纳米钯/铝双金属投加量、反应温度对脱氯效果的影响并解析相关反应机制。结果表明:(1)初始pH 3.0时,沉积液中93.25%(质量分数,下同)～96.67%的钯可有效负载于铝材上。(2)在pH为3.0、纳米钯/铝双金属投加量为2g/L、钯负载量为1.16%(质量分数)、反应温度为25℃下降解初始摩尔浓度为0.389mmol/L的3-CP,反应终了时脱氯率在99%以上。利用纳米钯/铝双金属降解氯代有机污染物具有高效低耗的优势,在实际应用上具有较好的前景。     

纳米铁炭微电解去除水中硝酸盐途径及其动力学

为了研究纳米铁炭(NZVI/AC)体系去除硝酸盐的反应途径及其动力学,通过NZVI/AC、纳米铁(NZVI)、活性炭(AC)对硝酸盐的还原或吸附过程探讨微电解作用,反应前后NZVI/AC变化、氮种类变化、pH变化,以及NO_3~-和Fe~(2+)的相互作用探讨其还原途径,对比不同条件(NZVI/AC投加量、硝酸盐浓度、溶液初始pH、离子强度)的动力学规律。结果表明:NZVI/AC在去除硝酸盐的过程中存在协同作用且最终产物主要是NH_4~+,无论是在NZVI/AC不足或过量的情况下,准二级吸附动力学模型对于NO_3~-的去除和Langmuir-Hinshelwood模型对于NH_4~+的生成都能提供很好的拟合结果。     

PBTCA稳定零价纳米铁的制备及其去除水中Cr(Ⅵ)

以2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸(PBTCA)为稳定剂,通过FeCl3.6H2O与NaBH4反应,利用液相还原法制备稳定纳米级零价铁颗粒(P-NZVI),并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)进行表征,颗粒平均粒径为73 nm。考察了Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、pH、NZVI投加量、温度等条件对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并与同等条件下不加稳定剂制备的纳米铁(N-NZVI)进行对比。结果表明:Cr(Ⅵ)的去除率随温度和纳米铁投加量增加而升高,随pH和Cr(Ⅵ)溶液初始浓度升高而降低。在相同实验条件下,P-NZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于N-NZVI,表明改性后纳米铁在地表水原位修复领域具有较好的应用前景。     

改性硅藻土/纳米零价铁复合材料去除水中Cu~(2+)的研究

应用改性硅藻土(CDt)/纳米零价铁(NZVI)复合材料对水溶液中的重金属Cu~(2+)进行去除研究。结果表明,CDt/NZVI能高效去除水中Cu~(2+),在CDt/NZVI投加量为0.075g、pH=5、Cu~(2+)初始质量浓度为20mg/L、溶液体积为100mL时,Cu~(2+)去除效果最好,去除率达到98.52%。CDt/NZVI对Cu~(2+)的去除机理包括吸附和还原,吸附过程符合Langmuir方程,最大吸附量为74.29mg/g;还原产物主要为Cu_2O和Cu~0。CDt/NZVI具有良好的循环利用性,循环3次后Cu~(2+)去除率仍能保持在65%以上。     

炭基纳米铁粉对土壤中2,4-二氯苯氧乙酸去除的研究

以水稻秸秆生物炭和纳米铁粉为原材料制备炭基纳米铁粉,并利用其降解土壤中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),考察了不同2,4-D初始浓度、pH、温度以及超声波存在条件下对2,4-D降解的影响,分析了炭基纳米铁粉对2,4-D的降解机制。结果表明:在炭基纳米铁粉添加量为0.5%(质量分数),2,4-D初始质量浓度为10 mg/L,溶液pH为4.5,温度25℃的试验条件下,16h后2,4-D降解率可以达到88.0%;随着2,4-D初始浓度的增加,2,4-D降解率显著降低,但2,4-D降解的表观速率常数变化不大;反应体系温度的升高会加快2,4-D的降解速率;试验得出2,4-D降解脱氯反应的活化能为24.50kJ/mol,说明脱氯反应是由表面化学反应所主导;较低pH和400 W超声波的存在更有利于炭基纳米铁粉对土壤中2,4-D的降解。     

表面改性壳聚糖纳米铁球去除水中Cr(Ⅵ)

通过表氯醇(ECH)、乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)和戊二醛(GLA)对壳聚糖-纳米铁(chitosan nanoscale zerovalent iron,CS-NZVI)进行表面改性,提高了其机械强度。研究在不同的初始pH值、反应温度、NZVI投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度条件下,改性前与后的CS-NZVI球对去除Cr(Ⅵ)效果和动力学的影响。结果表明:4种CS-NZVI球对Cr(Ⅵ)的去除率和Kobs与NZVI投加量和反应温度成正比,与初始pH值和Cr(Ⅵ)初始浓度成反比。其中GLA-CS-NZVI球对水中Cr(Ⅵ)的去除效果最好。4种CS-NZVI球去除Cr(Ⅵ)的机理为:在前0.5 min内,物理吸附作用将Cr(Ⅵ)吸附在球表面并有部分被还原为Cr(Ⅲ),然后化学还原作用起主导作用。     

纳米铁酸铜催化剂活化过一硫酸盐降解苯胺废水

使用溶胶凝胶法制备纳米铁酸铜催化剂,并用于活化过一硫酸盐催化降解苯胺废水。探究了纳米铁酸铜投加量、过一硫酸盐投加量和pH对苯胺降解率的影响。结果表明,在纳米铁酸铜投加量为2.0g/L、过一硫酸盐投加量为0.2g/L、pH=7.0的条件下,纳米铁酸铜活化过一硫酸盐催化降解苯胺废水的效果最好,反应60min,100mL质量浓度为10mg/L的苯胺降解率可达99%。纳米铁酸铜在反应过程中的总铁溶出量仅为0.87mg/L,总铜溶出量仅为0.03mg/L。苯胺的降解途径:一是苯胺中的氨基被自由基攻击,生成亚硝基苯,继续氧化生成硝基苯,然后开环矿化为CO_2和H_2O;二是氨基对位苯环上的氢原子被羟基取代生成对羟基苯胺,对羟基苯胺被自由基攻击生成亚氨基苯醌,进一步反应生成对苯醌,然后开环矿化为CO_2和H_2O。     

Reduction of dinitrotoluene sulfonates in TNT red water using nanoscale zerovalent iron particles

Purpose

This research was designed to investigate the feasibility of converting the dinitrotoluene sulfonates (DNTS) in TNT red water into the corresponding aromatic amino compounds using nanoscale zerovalent iron (NZVI).

Methods

NZVI particles were simultaneously synthesized and stabilized by sodium borohydride reduction in a nondeoxygenated system. The morphology, elemental content, specific surface area, and crystal properties of the NZVI were characterized before and after the reaction by environmental scanning electron microscope; energy dispersive X-ray; Brunauer, Emmett, and Teller; and X-ray diffraction, respectively. The reduction process was conducted at pH?=?6.3 at ambient temperature. The efficiency of the NZVI-mediated DNTS reduction process was monitored by HPLC, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy analyses.

Results

The properties of the NZVI particles prepared were found to be similar to those obtained through oxygen-free preparation and inert stabilization processes. Both 2,4-DNT-3-sulfonate (2,220?mg?L^?1) and 2,4-DNT-5-sulfonate (3,270?mg?L^?1) in TNT red water underwent a pseudo-first-order transformation when mixed with NZVI at room temperature and near-neutral pH. Their observed rate constants were 0.11 and 0.30?min^?1, respectively. Within 1?h of processing, more than 99% of DNTS was converted by NZVI-mediated reduction into the corresponding diaminotoluene sulfonates.

Conclusions

NZVI can be simultaneously prepared and stabilized in a nondeoxygenated system. NZVI reduction is a highly efficient method for the conversion of DNTS into the corresponding diaminotoluene sulfonates under near-neutral pH conditions. Therefore, NZVI reduction may be useful in the treatment of TNT red water and subsequent recovery of diaminotoluene from explosive wastewater.     

Fenton氧化降解垃圾渗滤液中COD的动力学研究

对絮凝预处理后的垃圾渗滤液进行Fenton氧化处理。通过微分法对Fenton氧化的反应级数进行求解,确定其反应级数为2,并初步建立了Fenton氧化的动力学模型,即1/c=1/c0+kt,由此建立起来的降解的动力学模型与实验数据相吻合;在4个实验基准条件下———初始COD浓度为960 mg/L、pH值4、H2O2投加量0.4 mol/L、nH2O2/nFe2+3∶1,探讨了其中某一变量对反应速率的影响。实验水样为絮凝反应出水,进水COD浓度为912～960 mg/L,出水COD浓度为80～112 mg/L,COD去除率在87%～92%之间,表明Fenton试剂能够有效地处理垃圾渗滤液。     

微波-Fenton对沼液中抗生素和激素的高级氧化

采用微波强化Fenton氧化处理系统,研究H2O2浓度、Fe2+浓度、初始pH、微波辐射时间和微波辐射功率对沼液中喹乙醇、土霉素、四环素及金霉素降解效果的影响.结果发现,采用微波强化Fenton氧化降解沼液中抗生素与激素的最优条件是:H2O2浓度为40 mg/L、Fe2+浓度为12 mg/L、初始pH为4、微波辐射时间为2 min、微波辐射功率为中火(445W),沼液中喹乙醇、土霉素、四环素、金霉素和COD的去除率分别达到67％、93％、91％、88％和46％.在水浴条件下,与单独微波辐射和单独Fenton相比,微波强化Fenton氧化有明显的优越性.     

电化学氧化法去除超高盐榨菜废水中的氨氮

采用电化学氧化法去除超高盐榨菜废水中的氨氮,阳极为Ti/RuO2-TiO2-IrO2-SnO2网状电极,阴极为网状钛电极,考察了电流密度、电解时间、极板间距、初始pH以及极水比对氨氮去除率的影响,并分析了电流密度对氨氮能耗和阳极效率的影响。结果表明,在初始氨氮浓度为472.73 mg/L,电流密度为156 mA/cm2,极板间距为1.5 cm,极水比为0.8dm2/L,原水pH为4.3～5.0时,电解30 min和60 min时氨氮的去除率分别为89.75%和99.94%,电解30 min时,氨氮能耗最低为96 kWh/kg,阳极效率最高为8.47 g/(h.m2.A)。     

电化学脱硝过程参数的响应曲面优化研究

以Ti/IrO2-TiO2-RuO2为阳极,Cu/Zn合金电极为阴极,在无隔膜电解池中对这一新构造电极对的脱硝氮性能进行了研究。为了有效结合阴极硝氮还原能力和阳极氧化能力,采用响应曲面法中的Box-Behnken设计优化了对电化学脱硝过程有显著影响的4个重要因素:氯化钠含量、电流密度、pH和初始硝氮浓度。优化结果表明,相对于pH和初始硝氮浓度,氯化钠含量和电流密度对脱硝性能影响更大,而阴极硝氮还原性能主要受初始硝氮浓度、pH的影响。以6 h内电极对脱氮百分率为响应量,优化得最佳电化学脱硝过程参数为:氯化钠含量,1 g/L;电流密度,24.99 mA/cm2;pH,1.81;初始硝氮浓度100 mg/L。在此实验条件下,6 h内电极对脱氮百分率预测值为99.84%。通过3次重复验证实验,确认实际6 h内电极对脱氮百分率为91.34%。预测值与实测值两者相差不大,由此可知,Box-Behnken设计是一种优化电化学脱氮实验参数的有效方法,经过优化后的电极对具有较佳的脱氮效率。     

高浓度钻井废水的混凝-催化氧化处理

以华北油田某深井的高浓度钻井废水(COD高达14 460.0 mg/L)为研究对象,提出了酸化-混凝-催化氧化-吸附的组合处理工艺。重点研制了钻井废水催化氧化处理催化剂(镍基催化剂),通过实验确定了最佳工艺参数条件。着重考察了催化氧化处理的工艺条件,在pH值为4,次氯酸钙投加量为4.4 g/L,催化剂投加量为1.6 g/L的条件下COD降至403.5 mg/L,进一步吸附处理后COD降至139.9 mg/L、色度为30倍、石油类含量为3.8 mg/L、pH为8.0和SS浓度为52mg/L,最终出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)二级标准,处理成本为84.8元/m3。     

非均相UV/Fenton氧化法降解水中六氯苯的研究

采用超声辐照促进浸渍法制备了非均相UV/Fenton催化剂Fe/Al2O3,并对其进行了表征.以制备的催化剂对水中六氯苯进行非均相UV/Fenton法氧化降解.考察了铁的负载量、初始pH、H2O2投加量、催化剂投加量和反应时间对六氯苯降解效果的影响,并探讨了六氯苯的降解动力学规律.结果表明,制备的催化剂表面活性组分分散均匀,对六氯苯具有较高的催化活性和重复利用性.非均相UV/Fenton法降解六氯苯的最佳实验条件为:铁的负载量为2%,废水初始pH为3,H2O2和Fe/Al2O3催化剂的投加量分别为34 mg/L和150 mg/L,反应时间为20 min.在此条件下,浓度为500μg/L的六氯苯降解效率达94.5%.HCB的降解反应动力学规律可用Langmuir-Hinshwood方程很好地描述.六氯苯在催化剂表面的吸附常数为1.962 L/mg,表面反应速率常数为0.08 mg/(L·min).     

催化臭氧氧化染料溶液的研究

采用催化臭氧化技术降解染料废水,以甲基紫溶液为目标污染物,研究了过渡型金属离子的类型,Fe2+的浓度,溶液初始pH值,染料浓度和正丁醇等因素对其降解率的影响。实验结果表明:臭氧氧化甲基紫溶液的过程中,加入一定浓度的过渡型金属离子对甲基紫的去除具有促进作用;当臭氧浓度为16 mg/L,一定浓度范围内,Fe2+催化臭氧化的效果随着浓度的增加而增加,但Fe2+浓度为13 mg/L时,甲基紫的降解率下降;在酸性范围时,pH值增大其降解率会减小;染料浓度增加,甲基紫的降解率减小,但是其绝对降解值会增加;正丁醇的加入抑制氧化反应的进行,甲基紫的降解率下降,说明催化臭氧化过程中有羟基自由基产生。染料降解过程符合一级反应动力学规律。     

旋转填料床/柠檬酸盐法吸收-解吸SO2

提出采用旋转填料床结合柠檬酸盐法脱除烟气中SO2的方法,考察了旋转填料床转子转速、液气比、初始柠檬酸根浓度和初始pH值等因素对脱硫效率的影响。结果表明,采用超重力法超重机转子转速为1 000 r/min、液气比为7L/m3、初始柠檬酸根浓度为1.5 mol/L、吸收液的初始pH值为5.0,脱硫效率稳定在99%左右。研究了水蒸气汽提法解吸SO2时初始柠檬酸根浓度、初始pH值、SO2浓度、富液流量和水蒸气流量对解吸效率的影响,得出了影响SO2解吸率的基本规律,并进行了分析。通过实验证明该方法在技术上是可行的,具有良好的应用前景。