紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原水中Cr(Ⅵ)机理及影响因素

采用紫外活化过硫酸盐/甲酸体系所产生的还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-)),研究了水溶液中高浓度Cr(Ⅵ)的去除效果;使用电子自旋共振(ESR)技术,鉴定识别了体系中产生的活性自由基;分析了体系的活化机理及其对Cr(Ⅵ)的还原机制;考察了过硫酸盐投加量、初始pH、腐殖酸、无机阴离子(Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-)及初始Cr(Ⅵ)浓度等对Cr(Ⅵ)去除的影响。结果表明:紫外活化过硫酸盐/甲酸体系可以有效还原Cr(Ⅵ),当过硫酸钠与甲酸浓度分别为20 mmol·L~(-1)和40 mmol·L~(-1),未调初始pH为2.4时,初始浓度为200 mg·L~(-1)Cr(VI)在50 min内基本完全可被还原;此外,Cr(Ⅵ)还原去除率随过硫酸盐浓度升高而增强,在酸性条件下(pH=2.4),体系对Cr(Ⅵ)的还原效率最高,随着pH的增大,还原效率明显降低。进一步研究表明, Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度分别为HCO_3~-NO_3~-Cl~-,腐殖酸也对Cr(Ⅵ)的去除存在抑制作用。紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原Cr(Ⅵ)过程符合零级反应动力学方程,其动力学常数为78.467μmol·(L·min)~(-1)。本研究结果为Cr(Ⅵ)废水的处理提供了一种高效的还原新技术。     

赤铁矿的硫化改性及硫化产物对水中六价铬的还原固定化

以赤铁矿为原料、硫化钠为硫化试剂,对赤铁矿进行了硫化改性,考察了硫化赤铁矿(SH)对水中六价铬Cr(Ⅵ)的还原固定化性能。Langmuir等温吸附模型拟合结果表明,该材料在pH=7时对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为66.7 mg·g^-1,约为原始赤铁矿的39倍。SH对Cr(Ⅵ)的去除过程符合准二级动力学模型,表明该过程可能受化学吸附控制。进一步采用TEM、XRD等手段对SH进行了表征,并结合材料吸附前后的XPS图谱变化,对SH去除水中Cr(Ⅵ)的机制进行了分析。结果表明,与未改性的赤铁矿相比,硫化改性赤铁矿对Cr(Ⅵ)去除性能显著提高的原因可能源于赤铁矿表面形成的铁-硫化合物层。在SH还原固定化Cr(Ⅵ)的过程中,表面硫化层中的还原性物质FeS、吸附态Fe(Ⅱ)和S(-II)将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而实现对Cr(Ⅵ)的稳定化。     

一步还原焙烧法制备炭载零价铁及其对水中Cr(Ⅵ)的去除

以活性炭为还原剂和载体,通过一步还原焙烧法制备出炭载零价铁(AC-ZVI)材料。电镜扫描和X射线衍射分析结果表明,零价铁以平均粒径为2μm的颗粒均匀分布在活性炭表面和孔道中。采用间歇实验考察了炭载零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果,结果显示炭载零价铁对水中的Cr(Ⅵ)具有很好的去除效果,在初始pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度为50 mg·L~(-1)、AC-ZVI投加量(铁用量)为0.6 g·L~(-1)和反应温度为25℃的条件下,反应5 h后Cr(Ⅵ)的去除率达到86.8%;降低溶液pH、增加炭载零价铁投加量和提高反应温度均有利于Cr(Ⅵ)的去除,反应过程符合准一级动力学,表观反应速率常数k为0.655 h~(-1)(30℃),反应活化能为67.6 k J·mol~(-1)。研究结果表明,通过一步还原焙烧法制得的炭载零价铁可作为一种高效吸附还原材料用于Cr(Ⅵ)污染水体的治理。     

固定化催化剂TiO2膜光催化降解三氯乙醛的研究

研究了负载于玻璃上的固定化催化剂TiO2膜光催化降解水中三氯乙醛的效果,探讨了TiO2膜光催化降解三氯乙醛的机理,考察了溶液pH值和三氯乙醛初始浓度埘TiO2膜光催化降解三氯乙醛的影响,并研究了固定化催化剂TiO2膜光催化降解三氯乙醛的动力学.结果表明,固定化催化剂TiO2膜光催化降解水中三氯乙醛的效果良好,当三氯乙醛初始浓度为2.25 mg/L时,在紫外光照时间3 h下,三氯乙醛的降解率高达100%.在相司紫外光照时间下,三氯乙醛的光催化降解率随着三氯乙醛初始浓度的增大而下降.在溶液pH=6.5时,三氯乙醛的降解效率最高.固定化催化剂TiO2膜光催化降解三氯乙醛的反应遵循一级反应动力学,反应速率常数随三氯乙醛初始浓度的增大而减小.     

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。     

EGCG-Fe配合物对水中Cr(Ⅵ)还原

通过实验对水溶液中EGCG-Fe(Ⅱ)、EGCG-Fe(Ⅲ)还原Cr(Ⅵ)进行了研究。结果表明,EGCG-Fe(Ⅱ)能高效的还原六价铬,其反应速率与EGCG-Fe(Ⅱ)的分布以及溶液pH有关。提高反应物浓度和pH有利于EGCG-Fe(Ⅱ)的形成从而提高Cr(Ⅵ)的还原速率;与之相反,EGCG-Fe(Ⅱ)与Cr(Ⅵ)的反应速率常数则随pH的升高而降低,在pH=3.75、4.02、4.32以及4.61的条件下分别为3 556.3、2 049.5、1 453.7和1 022.0 L·(mol·s)-1。在pH5的条件下EGCG还可以还原Fe(Ⅲ)并形成EGCG-Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环,其间产生的多种中间体可能对Cr(Ⅵ)具有较强的反应活性,并大幅提高Cr(Ⅵ)的还原速率。在pH5的条件下由于水中溶解氧的竞争反应会降低EGCG-Fe(Ⅱ)对Cr(Ⅵ)的还原效率,而对于pH4的情形则可忽略溶解氧的影响。     

铁粉还原-Fenton氧化处理络合铜废水的研究

采用铁粉还原-Fenton氧化工艺处理含络合铜工业废水,研究了联合工艺对络合铜的破络效果,重点考察了常温下H2O2投加量、初始pH值、反应时间、Cu(Ⅱ)初始浓度以及铁粉粒径等因素对该工艺处理效果的影响,同时探讨了相关机理。结果表明:在初始Cu(Ⅱ)浓度为50 mg/L,初始pH=3的体系中,加入过量铁粉,H2O2投加量控制在H2O2∶COD=1.5∶1(质量比),反应30 min后在pH=9的条件下沉淀,废水的COD去除率为86.5%,Cu(Ⅱ)去除率为99.9%,处理水达到《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)要求。研究还表明:铁粉粒径对处理效率的影响较小,采用工业级铁粉即可达到理想效果。     

螺旋载体式厌氧生物膜反应器的除铬性能与机理研究

构建附着生物量大、经久耐用的连续流螺旋载体式厌氧生物膜反应器处理模拟含铬地下水,考察进水Cr(Ⅵ)、碳源投加量、水力停留时间(HRT)及初始pH对反应器除铬效果的影响。结果表明,反应器最优运行参数为碳源投加量35mg/L、HRT为8h、初始pH为4~10。反应器主要通过生物吸收、吸附或者沉淀作用去除Cr(Ⅵ),而10%的Cr(Ⅵ)在出水中以毒性较低的Cr(Ⅲ)态存在。可见,本研究构建的生物膜反应器在地下水污染处理方面具有较大的应用前景。     

射频放电诱导还原水中六价铬

采用射频放电等离子体对水中六价铬(Cr(Ⅵ))进行还原研究,用高速相机观察了放电过程中等离子体宏观形貌的变化,用光谱仪检测了放电产生的自由基种类,并考察了入射功率、初始pH,Cr(Ⅵ)初始浓度以及羟基自由基(·OH)清除剂对Cr(Ⅵ)还原的影响。结果表明:等离子体形貌在宏观上呈现周期性变化;放电产生了·OH和氢原子(·H)。降低溶液的pH,增加放电的入射功率以及加入·OH清除剂均有利于Cr(Ⅵ)的还原;·H和次级产物过氧化氢(H_2O_2)是Cr(Ⅵ)还原的主要活性物质;射频放电的能量效率高于光催化,与辉光放电和电晕放电相近。利用射频放电还原水中Cr(Ⅵ)是一种高效、简易的水处理技术。     

改性天然磷灰石去除废水中Cr(Ⅵ)

用改性天然磷灰石处理低浓度含Cr(Ⅵ)废水,考察反应时间、改性天然磷灰石用量、反应温度和初始pH对Cr(Ⅵ)去除的影响,研究了Cr(Ⅵ)去除的动力学及热力学,分析了反应机理。结果表明:(1)在改性天然磷灰石用量为10g/L、Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10.000mg/L、初始pH为2.0、反应温度为283.15K、反应时间为90min的条件下,Cr(Ⅵ)去除率为99.38%,Cr(Ⅵ)残余质量浓度为0.062mg/L,低于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类标准限值(0.1mg/L)。(2)改性天然磷灰石去除Cr(Ⅵ)的反应符合一级反应动力学模型,是放热反应,反应温度低于410.83K时反应能自发进行。作用机理主要是以络阴离子形式存在的Cr(Ⅵ)自发吸附在磷灰石溶解形成的带正电荷表面,然后与溶解的Ca2+反应,形成铬酸钙沉积在固体表面,实现相转移。     

工业糖浆处理地下水中六价铬的实验研究

利用廉价工业糖浆还原水中的六价铬,研究了反应初始pH、温度、工业糖浆浓度、地下水常见溶解性离子、地下水介质等因素对反应的影响。结果表明,工业糖浆还原六价铬的反应符合一级反应动力学模型。较低的初始pH、较高的工业糖浆浓度和温度对反应均有促进作用;由于地下水介质对工业糖浆具有吸附作用导致工业糖浆损失不利于反应,而地下水常见溶解性离子对反应的影响不大。     

五硫代碳酸钠处理含Cr(Ⅵ)水溶液的实验研究

采用一种新型还原剂五硫代碳酸钠(Na2CS5)处理含Cr(Ⅵ)水溶液.考察了含Cr(Ⅵ)水溶液的pH值、五硫代碳酸钠的用量、反应时间、沉淀时间和Cr(Ⅵ)的浓度等对Cr(Ⅵ)去除率的影响.结果表明,含白(Ⅵ)水溶液初始pH值和沉淀阶段溶液的pH值分别控制为1.5和8～8.5,n(Cr2O72-):n(CS52-)=1:...     

柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

采用柚皮粉吸附去除水中Cr(Ⅵ)。考察了pH、吸附时间、柚皮粉用量和Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对吸附效果的影响,测定了吸附等温线,对等温吸附规律及吸附机理进行了探讨。结果表明,pH、吸附时间、柚皮粉用量、Cr(Ⅵ)初始浓度、温度等因素对柚皮粉吸附水中Cr(Ⅵ)有显著影响。适宜的吸附条件为:pH 1.5,吸附时间6 h,柚皮粉用量0.5 g/100 mL,Cr(Ⅵ)初始浓度不大于10 mg/L,温度25℃。在该条件下,Cr(Ⅵ)的去除率可达98%以上。柚皮粉对水中Cr(Ⅵ)的等温吸附规律可用Freundlich、Langmuir和Temkin模式较好地描述,吸附呈单分层形式,吸附性能良好,吸附易于进行。柚皮细胞成分中的活性基团与Cr(Ⅵ)发生表面络合作用是吸附的主要机理。     

还原沉淀法对含铬重金属废水的处理研究

采用还原沉淀法处理含铬(Cr)重金属废水,研究了单质Fe、FeSO4、NaHSO3、Na2SO3等4种常用还原剂对Cr(Ⅵ)的还原效果,中性及弱碱性条件下FeSO4对Cr(Ⅵ)的还原以及重金属离子沉淀的最佳pH。结果表明:对于酸性含Cr重金属废水,NaHSO3是Cr(Ⅵ)还原的优选还原剂;对于中性及弱碱性废水,采用FeSO4对Cr(Ⅵ)进行还原,可以避免反复调节pH,简化工艺,降低成本;对于本试验用含Cr重金属废水,沉淀重金属离子最适宜的pH为10.0。     

针对含砷硫酸烧渣酸浸液的铁盐沉淀固砷

为考察含砷硫酸烧渣中酸浸脱砷效果和铁盐沉淀固砷行为,采用常温常压酸浸法脱除硫酸烧渣中的砷,并对进入浸出液中的砷以铁盐沉淀的形式脱除,进而对沉淀渣的浸出毒性进行研究。同时,研究了磨矿细度、酸浓度、固液比、浸出时间对硫酸烧渣中砷脱除效率的影响。结果表明,通过控制浸出参数可以将硫酸烧渣中砷的质量分数降低到0.2%以下,通过调节浸出液的pH和Fe/As摩尔比将其中的砷以沉淀的形式脱除。当Fe/As 2、pH=4～6时,溶液中砷浓度降到了0.5 mg·L~(-1)以下。沉淀砷渣主要是以非晶态的形式存在,提高铁砷比有利于提高砷渣稳定性,从而降低浸出毒性。在Fe/As=3、pH=6.04～6.22的条件下,得到的沉淀渣的浸出毒性为0.711 mg·L~(-1)。因此,通过酸浸脱除硫酸烧渣中的砷,进而采用铁盐沉淀的方法能够实现硫酸烧渣中砷的安全处置。     

纳米铁改性生物炭制备及其对含铬废水的吸附性能

本文针对废水中Cr(Ⅵ),以市政脱水污泥为原料,通过液相还原技术成功制得纳米铁改性污泥基生物炭(nZVI/BC),并考察了nZVI/BC对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和可能的吸附机理。表征结果表明,零价铁颗粒成功负载到生物炭表面且无明显团聚现象。吸附实验结果表明,初始pH、溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)的去除效果均有显著影响。nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以使用伪二级(PSO)吸附动力学模型拟合。吸附等温线拟合分析结果表明,nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于nZVI和BC。Cr(Ⅵ)的去除机制可能涉及其在nZVI/BC表面的化学还原,此外,nZVI/BC抗氧化性较强,且在一定条件下可实现再生处理。总体而言,作为一种环境友好型材料,nZVI/BC的应用为废水中Cr(Ⅵ)的去除可提供良好途径。     

铁-苹果酸配合物对高价铬的光还原处理

研究了Fe(Ⅲ)-苹果酸配合物体系对Cr(Ⅵ)的光还原处理,考察了光源、初始pH值、Fe(Ⅲ)、苹果酸盐和Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对Cr(Ⅵ)光还原效率的影响。结果表明:光照条件下,铁-苹果酸配合物能有效实现对六价铬的光还原。pH=3时Cr(Ⅵ)的光还原处理效果最佳;Fe(Ⅲ)和苹果酸盐初始浓度的增加可提高Cr(Ⅵ)的光还原效率;光还原的初始速率随各组分浓度的增大而增大,Fe(Ⅲ)浓度是影响反应速率的主要因素;Fe(Ⅲ)-苹果酸盐配合物光解产生的Fe(Ⅱ)是Cr(Ⅵ)的主要还原剂。     

TiO2膜光催化降解4, 4’-二溴联苯的研究

研究了负载于玻璃上的固定化催化剂TiO₂膜光催化降解水中4, 4’-二溴联苯（4, 4’-DBB）的效果,考察了溶液pH值和4, 4’-DBB初始浓度等对TiO2膜光催化降解4,4’-DBB的影响,探讨了降解机理。结果表明,TiO₂膜光催化降解水中4, 4’-DBB的效果良好,紫外光照射8 h,初始浓度为4 mg/L的4, 4’-DBB的降解率高达94%,降解速率随着4,4’-DBB初始浓度的增大而下降。在溶液pH=1时,4, 4’-DBB的降解效率最高。超声的加入使降解反应的速率加快。经拟合发现4, 4’-DBB的降解符合拟一级反应规律,并推导出动力学方程。     

利用CPS还原稳定化修复Cr(Ⅵ)污染土壤

通过研究多硫化钙(CPS)与水溶液中六价铬(Cr(Ⅵ))中的反应,得出CPS与Cr(Ⅵ)的化学计量关系及主要反应产物;以CPS为修复剂,开展还原稳定化法对Cr(Ⅵ)污染土壤的修复实验,并用Fe SO_4作对比,比较两者的稳定化效果。结果表明:CPS与水溶液中Cr(Ⅵ)反应的化学反应计量比为3∶2,对反应产物进行XRD表征,发现其主要成分为Cr(OH)3和单质S;CPS能够在短时间内大幅度降低砂土中总铬和Cr(Ⅵ)的浸出浓度以及土壤的Cr(Ⅵ)含量;经CPS处理之后的Cr(Ⅵ)污染土壤,pH值从原来的8.9下降至8.2,而经Fe2+处理的土壤明显酸化,其pH值降至7.5;土壤氧化还原电位(ORP)先显著下降,后期随着CPS的逐步消耗稍有上升;经CPS稳定化处理后,土壤可交换态铬和碳酸盐结合态铬均明显减少,铬的稳定性增强,环境风险显著减小。     

纳米ZrO2-SRB颗粒对酸性铬和氟污染地下水的修复

为使北京某地区地下水中超标污染物F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)等离子得到有效处理,基于微生物固定化技术,将所合成的纳米ZrO_2~-聚丙烯酰胺杂化材料作为包埋剂,对硫酸盐还原菌(SRB)进行固定化处理形成纳米ZrO_2-SRB颗粒,通过单因素实验优化了纳米ZrO_2-SRB颗粒对污染地下水的最佳反应条件。结果表明:当SRB投加量为35%、杂化材料投加量为300 mL、温度为35℃时,对地下水中F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)的去除率分别为92.4%、99.8%、99.7%、70.4%。还原和吸附动力学拟合结果表明:SRB对Cr(Ⅵ)、SO_4~(2-)的还原过程符合一级还原动力学;杂化材料对F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)的吸附过程符合二级吸附动力学。以上结果为处理铬和氟污染地下水提供重要的参考依据。