纳米零价铁的制备及其去除水中对氯硝基苯的研究

通过FeSO4与KBH4反应,利用液相还原法制备纳米零价铁颗粒(NZVI),用XRD、SEM和BET对其性能进行表征。在常温常压下利用纳米铁还原废水中的对氯硝基苯(p-CNB),探讨了反应条件对还原率的影响。结果表明,制备过程中碱性物质(NaOH)的添加可以明显减小颗粒粒径,增大比表面积,提高纳米铁还原反应的效率。NZVI对于对氯硝基苯有很好的去除效果,NZVI用量、p-CNB初始浓度和pH值均对其去除效率产生影响。在纳米铁投加量为1 g/L,pH=2的条件下,添加NaOH的纳米铁能在120 min内将质量浓度为50 mg/L的对氯硝基苯基本完全降解,降解率为98.8%。此外,还对NZVI还原对氯硝基苯的机理进行了初步探讨。     

包覆型纳米零价铁的制备及其去除水中的活性艳蓝

采用流变相法,以FeSO4.7H2O∶KBH4=1∶2(摩尔比)为固相介质,0.06 g/mL CMC(羧甲基纤维素)水溶液为液相介质,固液比1∶2,反应2 h制备出包覆型纳米零价铁;采用XRD、TEM等手段对合成的纳米零价铁进行表征。探讨不同反应条件对包覆型纳米铁去除活性艳蓝的影响。实验结果表明,初始活性艳蓝(浓度100 mg/L)pH为5,包覆型纳米铁的投加量为6 g/L,反应时间为30 min时,活性艳蓝的去除率可达96%。通过研究机理,其吸附过程符合二级吸附动力学,降解过程符合一级反应动力学。     

CMS包覆纳米零价铁去除2,4-二氯酚的条件优化

针对纳米零价铁(Fe~0)去除2,4-二氯酚(2,4-DCP)时易团聚、易氧化、去除效率差等问题,采用环境友好材料羧甲基淀粉钠(CMS)对纳米零价铁进行了包覆,制成包覆型纳米零价铁。探究了包覆比例(CMS:Fe0)、pH、包覆型纳米零价铁投加量等单因素对去除率的影响。在单因素实验的基础上,以包覆比例、pH、包覆型纳米零价铁的投加量为考察因素,以2,4-DCP的去除率为响应值,采用二次多项式响应面探究多因素交互作用对包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP的影响。利用响应面优化模型对包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP进行优化。模型优化结果显示:包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP的最佳条件为pH 3.0,纳米零价铁包覆比例3.59:1,包覆型纳米零价铁的投加量7.96 g·L~(-1),模型预测2,4-DCP的最高去除率为90.03%,实验值为85.77%,两者相对误差为4.73%,证明了优化模型的可靠性。     

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。     

磁性膨润土的制备、表征及类Fenton催化降解橙黄Ⅱ

以铝柱撑膨润土和铁盐为原料,采用共沉淀法制备纳米Fe3O4负载的磁性膨润土复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面孔隙分析(BET)对样品进行表征,研究了磁性膨润土对橙黄Ⅱ的类Fenton催化降解性能,并考察了催化剂用量、温度和初始pH、H2O2初始浓度等因素对降解效果的影响。结果表明,Fe3O4均匀负载在膨润土表面,未发生明显团聚,并且改善了膨润土的孔隙结构,增加了其比表面积。在磁性膨润土用量为0.6 g/L,温度为40℃,pH为3.0,H2O2初始浓度为21 mmol/L的条件下,0.5 mmol/L橙黄Ⅱ溶液在180 min内色度去除率和UV254去除率分别达到100%和97%,且催化剂重复使用4次效果稳定。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

活性炭纤维负载硫化纳米零价铁用于活化PMS降解三氯苯酚

针对纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)在反应过程中易团聚、易钝化和难回收等问题,采用比表面积大、化学稳定性好的活性炭纤维(activated carbon fibers,ACFs)作为载体,以连二亚硫酸钠(Na₂S₂O₄)作为硫化试剂,制备活性炭纤维负载硫化纳米零价铁复合材料(activated carbon fibers supported sulfidized nanoscale zero-valent iron,ACFs-S-nZVI),并考察了复合材料活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解三氯苯酚(trichlorophenol,TCP)的催化性能、反应机理及重复使用性能。材料表征结果表明,硫化不仅可以缓解nZVI的氧化,还可以加快nZVI的电子传输速率,而引入ACFs载体则极大地提高了硫化纳米零价铁(sulfidized nanoscale zero-valent iron,SnZVI)的分散性和稳定性。通过条件探究实验发现,当反应条件设置为S...     

零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水

采用零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水,研究了初始pH、零价铁投加量、过氧化氢(H_2O_2)投加量及温度对红水中总有机碳(TOC)去除效果的影响,同时进行了TOC去除过程中反应动力学的探讨。结果表明,零价铁耦合芬顿氧化体系可有效降解TNT红水中的2,4-二硝基甲苯-3-磺酸钠和2,4-二硝基甲苯-5-磺酸钠。在初始pH为2,温度为20?C的条件下,加入1.5 g·L~(-1)零价铁反应1 h后,再加入100 mL·L~(-1)H_2O_2反应4 h,红水中二硝基甲苯磺酸盐浓度从500 mg·L~(-1)降至0 mg·L~(-1),去除率为100%,TOC浓度从150 mg·L~(-1)降至30 mg·L~(-1),去除率达到80%。反应中TOC的降解过程遵循拟二级反应动力学方程。零价铁耦合芬顿氧化法可以作为TNT红水的有效处理途径。     

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。     

零价铁Fenton技术处理含聚乙烯醇的印染退浆废水

采用零价铁Fenton技术处理含聚乙烯醇(PVA)的印染退浆废水。通过单因素实验和正交实验,考察了初始pH、H2O2投加量、铁屑粒径及投加量和反应时间对实验结果的影响。结果表明,初始pH和H2O2投加量对处理效果影响很大。最佳反应条件是初始pH=4.0,H2O2投加量为100mmol/L,铁屑(粒径为1~3mm)投加量为15g/L,反应时间为30min。在该条件下,出水PVA质量浓度为0.9mg/L,PVA去除率为99.9%,COD去除率为23.6%,BOD5/COD由0.12升高至0.34,可生化性明显提高。无论从处理效果考虑还是从成本考虑,零价铁Fenton技术都优于传统Fenton技术。     

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。     

活性焦和活性炭负载纳米铁处理TNT红水中的二硝基甲苯磺酸钠

以活性焦和活性炭为载体,采用液相还原法制备了负载纳米铁,比较了两种负载纳米铁对TNT红水中难降解物质二硝基甲苯磺酸钠(包括2,4-DNT-3-SO3Na和2,4-DNT-5-SO3Na)的去除能力。实验结果表明,作为负载材料活性焦的相对有效比表面积与孔体积要优于活性炭,而且有利于更好地发挥出负载纳米铁的优势。单位面积活性焦负载纳米铁去除2,4-DNT-5-SO3Na的能力明显高于活性炭负载纳米铁,单位面积活性焦负载纳米铁去除2,4-DNT-3-SO3Na的能力在较小投加量条件下高于活性炭负载纳米铁,但均随投加量的增加而下降;而对于活性炭负载纳米铁,其单位面积去除能力基本不受投加量的影响,而且对二硝基甲苯磺酸钠的去除率高于活性焦负载纳米铁。耦合混凝沉淀的总去除效果表明,单位面活性焦负载纳米铁对2,4-DNT-5-SO3Na的去除能力高于活性炭负载纳米铁,而对2,4-DNT-3-SO3Na的去除能力则低于活性炭负载纳米铁。     

壳聚糖/纳米CdS复合颗粒可见光光催化降解猩红B动力学研究

采用仿生矿化法制备了壳聚糖/纳米CdS复合颗粒光催化剂,并用于可见光光催化降解猩红B染料模拟废水,研究了猩红B初始浓度、pH、催化剂投加量和催化剂重复使用次数等因素对猩红B光催化降解的影响.X射线衍射(XRD)分析表明,壳聚糖能有效负载CdS纳米微晶.采用Langmuir-Hinshelwood模型描述壳聚糖/纳米CdS复合颗粒可见光光催化降解猩红B反应动力学行为,在猩红B初始质量浓度较低(≤20 mg/L)时,光催化降解过程符合假一级动力学方程.降低猩红B初始浓度和溶液pH都可显著增大光催化降解速率常数;催化剂投加量小于0.7 g/L时,光催化降解速率随其增加而增大,但催化剂投加量过大会使光催化降解速率减小;催化剂重复使用第5次时,猩红B光催化降解速率常数仍为第1次使用时的63.4%.     

微波辅助Pb/ZrO_x光催化降解水中的对硝基苯酚

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法制备了适用于微波辅助光催化体系的高效Pb/ZrO_x催化剂,并对其进行了XRD、XPS、BET和SEM等表征,其XPS结果显示在Pb/ZrO_x表面,Zr以+2、+3和+4三种价态共存。考察了微波辅助光催化氧化(MW/PC)对硝基苯酚(PNP)过程中,微波辐照功率、催化剂投加量、溶液初始pH和PNP初始浓度对PNP去除效果的影响,得到最优操作条件为,PNP初始pH值为5,催化剂投加量为1.0 g·L~(-1),微波辐照功率为200 W。此条件下,初始浓度为50 mg·L~(-1)的PNP溶液反应12min后,PNP转化率达95%,TOC去除约70%。并且,Pb/ZrO_x能够在重复使用5次的情况下仍保持较好的活性。比较了MW、PC和MW/PC 3种体系,得到MW/PC体系将PNP去除率从单独PC体系的48%提高至95%。微波与紫外光存在良好的协同作用,MW/PC能够快速、高效去除水中PNP,为微波辅助光催化氧化去除污染物提供理论基础。     

零价铁复合有机膨润土处理染料废水的研究

针对目前印染废水处理现状及膨润土在水处理中回收困难等问题,提出将零价铁复合到有机膨润土中制成零价铁复合有机膨润土(ZVI-OB),以达到高效吸附并降解污染物的目的。以染料废水(Orange II) 作为研究对象,考察了废水中染料的初始浓度、pH以及吸附时间对ZVI-OB去除染料效率的影响,并研究了吸附后降解过程中时间和pH对污染物降解的影响以及降解前后膨润土层结构的变化。研究结果表明,ZVI-OB相对于CTMAB改性的有机膨润土而言,其吸附量有所降低,但ZVI-OB在吸附污染物之后能有效降解有机物。ZVI-OB在饱和吸附Orange II后经催化氧化,总有机碳含量降低为原来的19%,可以重复利用。     

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。     

预磁化零价铁活化过硫酸盐体系降解双氯芬酸钠

双氯芬酸钠(diclofenac sodium,DCF)是一种常用的消炎止痛药,已在地下水、地表水和饮用水中被广泛检出,成为一种新型微量污染物,具有潜在危害,基于此,采用预磁化零价铁/过硫酸盐(Pre-Fe~0/PS)和零价铁/过硫酸盐(Fe~0/PS)2种体系对DCF进行降解。考察了过硫酸盐(PS)投加量、零价铁投加量、初始pH对2种体系降解DCF的影响,探究了2种体系中铁离子的产生情况和pH的变化,并利用ESR技术检测了体系中生成的自由基。结果表明,与Fe~0/PS体系相比,在不同PS量(0.125～1.0 mmol·L~(-1))、 Fe~0量(0.125～1.0 mmol·L~(-1))和初始pH3.0～10.0下,Pre-Fe~0/PS体系对DCF的降解速率常数提高了2.1～6.2倍;Pre-Fe~0/PS体系中会产生更多的铁离子,且在反应过程中pH下降更快;Pre-Fe~0/PS体系比Fe~0/PS体系产生更多的SO·4-和·OH,且能在较长的时间保持较高的浓度。Pre-Fe~0/PS体系降解DCF可以适用更宽的pH范围,是DCF废水处理的有效途径。     

零价铁与厌氧微生物协同还原地下水中的硝基苯

通过间歇式实验,考察了零价铁与厌氧微生物协同还原地下水中硝基苯的效果。实验结果表明,由零价铁腐蚀为厌氧微生物提供H2电子供体还原硝基苯的效果明显优于零价铁和微生物单独作用,硝基苯去除率分别提高21.8%和57.0%。弱酸性条件有利于协同反应进行,当初始pH为5.0和6.0时,4 d后硝基苯去除率比初始pH为7.0时的提高74.4%和35.2%。增加零价铁投加量可提高协同还原的效果,零价铁最佳投加量为250 mg/L。零价铁腐蚀产生的Fe2+无法作为电子供体被微生物利用,但可作为无机营养元素促进协同过程。由于零价铁产H2速率受表面覆盖物影响不明显,在地下水修复过程中可保证协同效果并延长零价铁的使用寿命。     

纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ降解性能的研究

采用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe_2O_4,以其为非均相催化剂,开展了纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ降解性能的研究,考察了纳米CuFe_2O_4焙烧温度对其结构及催化性能的影响,探讨了初始pH、K_2S_2O_8投加量和橙黄Ⅱ初始浓度对该体系降解性能的影响,评价了纳米CuFe_2O_4的稳定性,并在此基础上,探究了纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ的降解机制。结果表明:(1)纳米CuFe_2O_4最佳焙烧温度为400℃,此焙烧温度下制备的纳米CuFe_2O_4晶型较好、比表面积较大、催化活性和稳定性较高;(2)在纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系中,橙黄Ⅱ快速降解最适宜的反应条件为初始pH 5.3、K_2S_2O_8投加量0.5g/L、橙黄Ⅱ初始质量浓度20mg/L、纳米CuFe_2O_4投加量1g/L;(3)纳米CuFe_2O_4在反应中的稳定性较好,金属溶出量较低,可通过有效催化K_2S_2O_8分解为SO_4~-·和HO·,实现橙黄Ⅱ的开环降解。     

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<正>本期"水污染防治"栏目刊发了《基于蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO_2材料去除水中三氯乙烯》(任路遥,陈帅,刘勇弟,李辉)一文。该文报道的研究成果对于原位修复土壤地下水中的氯代有机物具有参考价值。近年来,硫化纳米零价铁(Fe/FeS)因其对卤代烃优异的降解性能而受到广泛的关注,但在应用过程中仍会产生团聚等问题,从而影响去除污染物的效果。该文作者针对硫化纳米零价铁(Fe/FeS)颗粒间的团聚以