电活性微生物激活生物质炭/零价铁协同钝化Cr(Ⅵ)及机制

纳米零价铁（nZVI）具有对六价铬［Cr（Ⅵ）］还原去除能力,但其存在易老化和易团聚的问题,会大大降低对Cr（Ⅵ）反应活性.本文将具有异化铁还原能力的MR-1引入到老化生物质炭负载纳米零价铁（nZVIB）除Cr（Ⅵ）的反应体系中.研究厌氧条件下老化后nZVI/B与MR-1之间对Cr（Ⅵ）去除存在的协同效应机制,以及反应体系中pH条件,初始Cr（Ⅵ）浓度和MR-1菌浓度对这种协同效应的影响.结果表明,在pH为7时体系有明显协同效应,去除率提高51.3%.并且该协同效应随初始Cr（Ⅵ）增加而减弱,随着MR-1浓度增加而增强.固相分析结果表明Cr（Ⅵ）主要以还原为Cr（Ⅲ）的形式被固定.MR-1的异化铁还原能力起到了重要的作用,通过零价铁表面铁氧化物老化层还原,为反应体系提供了大量还原性的Fe（Ⅱ）,同时也释放了内部nZVI的反应活性位点,而生物质炭不仅分散了nZVI还介导MR-1的胞外电子传递过程,从而增强了体系对Cr（Ⅵ）协同钝化能力.本研究为有效解决nZVI长期使用过程中的老化问题提供了新思路.     

生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除

合成了一种低成本、高效生物炭负载纳米零价铁的复合材料(ZVI-SM)并应用于铜、钴、镍、铬污染土壤的修复。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和金属吸附实验等方法,考察了不同碳化温度下制备的生物炭前驱体和生物炭复合材料对复合重金属污染修复的影响及去除作用机制。其中,吸附-还原后形成的FeCr₂O₄极大地降低了铬的毒性,同时提高了铜、钴、镍的去除率。Fe0的引入既提高了生物炭对重金属的吸附量,又解决了Cr(Ⅵ)毒性的问题;XPS的结果进一步阐明了生物炭可以作为电子传递介质,通过表面官能团得失电子与Fe0间形成强相互作用,增强了复合材料对多重金属离子的去除效果。除ZVI-SM500外,ZVI-SM100、300、400、700 4种材料对于铜、钴、镍、铬的去除率要远高于商用纳米Fe0和单纯的生物炭材料,表现为对铬和铜有较强的亲和力和反应性,均能在5 min内完全去除铜和铬,钴和镍也能在180 min内达到80%以上的去除率。在反应过程中存在显著的离子竞争效应:铬≥铜>钴>镍,这与金属离子的标准还原电位大小的趋势一致。土壤修复实验表明:ZNI-SM300用于污染土壤的修复,15 d后,Cr(Ⅵ)含量从480 mg/kg降至0.52 mg/kg,水溶态Cr总量从500 mg/kg降至1.2 mg/kg,两者的固定化效率均达到99%以上,并能达到完全去除水溶态的铜、钴、镍、Cr(Ⅵ)的效果。因此,以SM300为载体的纳米零价铁可作为复合重金属污染土壤修复的理想材料。     

生物炭负载零价纳米铁去除土壤中十溴二苯乙烷

作为十溴联苯醚的替代品,新型溴代阻燃剂十溴二苯乙烷（DBDPE）已经在国内外大量使用.随着DBDPE在各种环境介质中被普遍检测到,其造成的环境污染正引起广泛关注.本论文首先制备生物炭（BC）负载零价纳米铁（nZVI）材料（BC/nZVI）,进而研究了BC/nZVI去除土壤中DBDPE的动力学过程,并探究了作用机制.结果表明：BC加入能促进nZVI均匀分散在生物炭的表面,并改善了其分散程度;BC/nZVI去除效率最高（投加量为0.1 g·g^-1,BC：nZVI为2：1,DBDPE初始浓度为10 mg·kg^-1）,24 h内达到了89.74%,去除过程涉及到吸附和降解的共同作用,实验数据符合准一级动力学方程;采用LC-MS-MS探究了DBDPE的降解产物和途径;ECOSAR毒性评价数据显示BC/nZVI能够降低DBDPE的生态毒性.     

甘蔗渣负载纳米零价铁吸附剂去除水中Cr(Ⅵ)的研究

以改性甘蔗渣做载体,采用液相还原法制备负载型纳米零价铁吸附剂,研究了原甘蔗渣、改性甘蔗渣、纳米零价铁及纳米零价铁/改性甘蔗渣4种物质对于水中Cr(Ⅵ)的吸附特性,探讨了反应时间、溶液pH值、固液比、Cr(Ⅵ)初始浓度等因素对于Cr(Ⅵ)吸附效果的影响。实验结果表明:4种吸收剂中,纳米零价铁/甘蔗渣的吸附能力最好,在pH=4,固液比=0.5 g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度小于25 mg/L时,可全部去除Cr(Ⅵ)。并对甘蔗渣基纳米零价铁和Cr(Ⅵ)的反应机理进行了初探。     

碳基材料负载纳米零价铁去除六价铬的研究进展

近年来,纳米零价铁(nZVI)因具有比表面积大、还原能力强、成本低的特点被用于去除环境中的六价铬〔Cr(Ⅵ)〕,然而由于高表面能、固有磁力等因素的影响,nZVI具有易团聚、易氧化和不稳定的缺点,限制了其广泛应用. 鉴于此,本文以碳材料作为支持材料改性nZVI,比较了制备碳基nZVI复合材料的方法,分析了不同碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应效能,阐述了影响复合材料去除Cr(Ⅵ)的因素. 结果表明:①湿化学法合成的复合材料有利于提高nZVI的分散性,减少团聚. 热转化法合成的复合材料有利于节约成本,提高碳材料和nZVI的结合性. ②不同碳材料负载nZVI能有效提高nZVI的分散性、稳定性和抗氧化性. ③碳基材料负载nZVI能有效降低环境因素对nZVI的负面影响. ④碳基nZVI复合材料能提高对Cr(Ⅵ)的去除能力,其对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2～20倍. 本文旨在深入了解碳基nZVI复合材料的合成方法,提高碳基nZVI复合材料的性能,以期为开发高效稳定的碳基nZVI复合材料修复环境中的Cr(Ⅵ)提供一些启示.      

改性生物炭负载nZVI对土壤Cr(VI)的修复差异研究

考察了生物炭(BC)、酸洗生物炭(HCl-BC)和纳米零价铁负载生物炭(n ZVI-HCl-BC)对土壤中Cr(VI)还原和总Cr形态转化的影响.结果表明,生物炭对Cr(VI)还原率随土壤含水率的升高而显著提高.在较高土壤含水率(70%)条件下,各生物炭对Cr(VI)的最高还原率排序为:HCl-BC(97.26%)n ZVI-HCl-BC(88.36%)BC(87.61%).在不同Cr(VI)污染水平下(150、300、600和900 mg·kg~(-1)),HCl-BC对土壤中Cr(VI)的还原率最高.随Cr(VI)含量升高,BC和HCl-BC对Cr(VI)的还原率呈降低趋势,而n ZVI-HCl-BC对Cr(VI)的还原率为先降低后升高.形态分析表明,生物炭在不同程度上增加了土壤中Cr残渣态的比例:n ZVI-HCl-BC(11.58%)HCl-BC(9.53%)BC(1.42%),表明生物炭对土壤Cr起到稳定作用.综上,改性生物炭显著促进Cr(VI)还原及总Cr向残渣态转化,表明其具有修复Cr污染土壤的潜力.     

纳米零价铁的制备技术及其应用研究进展

纳米零价铁（nZVI）因具有还原性强、粒径小、比表面积大等特性,对重金属及含卤有机污染物等具有良好的吸附特性和反应活性,在环境修复方面表现出较好的应用前景。但nZVI易氧化、团聚和机械强度低等不利因素限制了其大规模应用。系统比较了机械法、气体冷凝法及还原法制备nZVI技术的特点,重点总结表面改性、金属改性、载体负载和基质封装等手段制备改性nZVI的研究进展,及其在水体及土壤环境修复方面的应用。     

纳米零价铁改性生物炭对水中氨氮的吸附特性及机制

传统生物炭材料对水中氨氮(NH⁺₄-N)的吸附效果不佳.以生物炭为载体负载纳米零价铁制得生物炭基纳米零价铁复合吸附剂nZVI@BC,通过吸附实验,考察nZVI@BC对NH⁺₄-N的吸附特性,并采用SEM-EDS、 BET、 XRD和FTIR分析nZVI@BC的组成和结构特性,探讨nZVI@BC吸附NH⁺₄-N的主要机制.结果表明,在298K下铁/生物炭质量比为1∶30时制备的复合吸附剂(nZVI@BC1/30)对NH⁺₄-N的吸附性能最佳,比负载前生物炭的吸附量提高了45.96%,饱和吸附量可达16.60 mg·g^-1.伪二级动力学模型和Langmuir模型更符合nZVI@BC1/30对NH⁺₄-N的吸附过程.共存阳离子与NH⁺₄-N之间存在竞争吸附,其对nZVI@BC1/30吸附NH⁺     

有机凹凸棒石负载纳米零价铁去除水中六价铬

以黏土为载体负载纳米零价铁（nZVI,nanoscale zero-valent iron）可改善零价铁颗粒的团聚行为,增强其反应性.在负载过程中铁和黏土用量比例不同,对nZVI颗粒团聚和反应性的影响也不同.以有机凹凸棒石（CTMAB/A）为载体,采用液相还原法在1：3和1：5两种铁土质量比条件下制备负载型纳米零价铁复合材料CTMAB/A-nZVI-3和CTMAB/A-nZVI-5.利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征了两种负载样品和不添加黏土载体时nZVI的分散差异,并通过X射线光电子能谱仪（XPS）分析样品与Cr（VI）反应后的产物分布.结果表明：降低负载反应时的铁土比能明显改善nZVI粒子的团聚现象、减小nZVI平均粒径、提高小粒径颗粒占比、增强其反应活性.小于10nm的nZVI颗粒在CTMAB/A-nZVI-3和CTMAB/A-nZVI-5负载nZVI总数中占比分别为3.60%和7.60%,在不负载的nZVI样品中占比为0.铁的投加量同为0.75g/L时,CTMAB/A-nZVI-5中铁对Cr（VI）去除率为86.20%,CTMAB/A-nZVI-3中为78.00%.     

粉煤灰基多孔材料负载纳米铁的制备及其对龙胆紫的去除效果

为制备新型可再生吸附反应材料,以工业废弃物粉煤灰、棕榈壳等为主要原料,烧结制备FAP（粉煤灰基多孔材料）,并以FAP为载体负载纳米零价铁,制备FAP/nZVI（粉煤灰基纳米零价铁多孔材料）,以散失率、龙胆紫去除率、纳米零价铁负载量等为指标,确定FAP及FAP/nZVI的最佳制备条件,并考察二者对染料龙胆紫的去除特性.结果表明:① FAP的最佳制备条件为m（粉煤灰）:m（膨润土）:m（棕榈壳）=190:95:15,升温速率10℃/min,烧结温度800℃,保温时间30 min.② FAP/nZVI最佳制备条件为m（Fe）/m（FAP）1:3,振荡时间1 h,选用抗坏血酸为稳定剂,过程中无需使用惰性气体;SEM结果表明纳米零价铁被成功负载于FAP上.③ FAP/nZVI对200 mg/L龙胆紫的去除率为94.8%,FAP同条件下的去除率仅为26.2%,FAP/nZVI对龙胆紫的去除同时存在物理吸附和化学还原作用,并且纳米零价铁的还原占主导作用.④ FAP/nZVI再生10次后30 min内对100 mg/L龙胆紫去除率高达97.6%.研究显示,FAP可将纳米零价铁氧化产物Fe2+固定在表面,经还原后可再生为纳米零价铁,具有良好的再生性能.      

氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(VI)

以聚乙烯亚胺（PEI）为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@PEI-HBC）,并利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr（VI）的影响及其去除机理.结果表明：在投加量为0.5 g·L^-1,温度为20℃,pH值为5,Cr（VI）初始浓度为20 mg·L^-1条件下,各材料对Cr（VI）的去除率大小为nZVI@PEI-HBC > nZVI > PEI-HBC > HBC.SEM显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr（VI）效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr（VI）去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr（VI）的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe（II）的释放,促进Cr（VI）还原为Cr（III）,然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.     

改性生物炭负载零价铁对土壤中三氯乙烯的去除及微生物响应

三氯乙烯是场地及地下水中广泛存在的典型有机污染物,生物炭基零价铁材料可用于去除地下水中三氯乙烯,然而其也会影响含水层土壤的微生物群落,进而改变三氯乙烯的归趋.通过限氧控温热解,NaOH和HNO₃改性处理,并采用球磨法合成了改性生物炭负载零价铁复合材料,研究了不同改性生物炭负载零价铁对模拟含水层土壤中三氯乙烯的去除及微生物群落的作用机制.结果表明,NaOH改性显著提高了复合材料的比表面积.NaOH改性和Fe/BC为1∶10的复合材料(BC＿2处理组)对三氯乙烯的去除率最高,为90.01%.除BC＿1处理组外,不同处理组均提高了土壤微生物的多样性,改变了微生物群落结构,其中芽孢杆菌属(Bacillus)、硫杆菌属(Thiobacillus)和假单胞菌属(Pseudomonas)可能是三氯乙烯的降解菌属.BC＿2处理组增加了土壤中硫杆菌属和假单胞菌属的相对丰度,有利于三氯乙烯的降解.类诺卡氏菌属(Nocardioideas)、Thermincola、溶杆菌属(Lysobacter)、Gemmatimonas、Microvirga和假单胞菌属维持了微生物群落结构的稳定.微...     

制备工艺对nZVI/污泥基生物炭中Zn、Cu、Pb形态分布及其生态风险的影响

以市政污泥为原料、纳米零价铁（nZVI）为添加剂,采用热解法制备污泥生物炭,考察了nZVI添加量、热解温度和升温速率对生物炭中Zn、Cu、Pb形态分布及其生态风险的影响。结果显示:高nZVI添加量、高热解温度及低升温速率可提高稳定态（BCR法） Zn、Cu和Pb的含量;高nZVI添加量可促使Zn、Cu和Pb向可氧化态转化,而高热解温度和低升温速率有利于残渣态Zn、Cu和Pb的生成;最优nZVI添加量、热解温度和升温速率分别为2000 mg/kg,800℃和4℃/min。此外,当nZVI添加量为800 mg/kg、热解温度为800℃和升温速率为2℃/min时有利于降低Zn、Cu和Pb的生态风险;Zn、Cu和Pb总体生态风险等级分别为低风险、低风险和无风险,与Cu和Pb相比,Zn的生态风险较高;以RI值为评价指标,nZVI/污泥基生物炭的优化制备工艺为:nZVI添加量为200 mg/kg,热解温度为800℃,升温速率为5℃/min。     

桉树生物炭负载绿色合成纳米零价铁去除水中Cr (Ⅵ)

以桉树叶提取物绿色合成的纳米零价铁（nZVI）为主体,使用桉树生物炭（EBC）负载,成功制备一种高效去除Cr （Ⅵ）的复合材料（EBC-nZVI）,考察单一材料和复合材料去除Cr （Ⅵ）的效果差异和循环利用潜力;并研究投加量和溶液初始pH对去除效果的影响.使用GC-MS分析合成前后提取液中成分变化,通过SEM-EDS、FTIR、XRD和XPS对材料表征,结合吸附动力学和吸附等温线实验讨论去除机制.结果表明,绿色合成过程中桉树叶提取液提供了充当还原剂和封端剂的生物分子,复合材料分散性良好并有效缓解nZVI的钝化.复合材料去除Cr （Ⅵ）的过程中EBC和nZVI表现出协同作用,在pH为3,投加量1g·L^-1条件下对100mg·L^-1的Cr （Ⅵ）溶液去除率达到99.5%以上,且具有良好的循环利用潜力.EBC-nZVI吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,活性位点与Cr （Ⅵ）的化学吸附过程是去除速率的主要限制因素.EBC-nZVI与Cr （Ⅵ）的反应机制是nZVI和Fe （Ⅱ）将吸附的Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）,然后通过表面络合、官能团吸附和共沉淀以FeOOH、Fe₂O₃、Cr （OH）₃和Cr₂O₃的形式实现去除.     

不同制备温度下污泥生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以城市剩余污泥为原料,于300,400,500,600 ℃温度条件下制备生物炭,通过单因素静态吸附实验探讨制备温度对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响。结果表明:在500 ℃以内随着温度上升制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量增加,制备温度高于500 ℃后变化不明显;扫描电镜（SEM）、比表面积（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）表征结果显示,热解温度对生物炭表面形貌和官能团组成有显著影响;等温模型及动力学拟合结果表明,生物炭吸附Cr（Ⅵ）为单分子层吸附、物理-化学复合吸附。热解温度对污泥制备生物炭吸附Cr（Ⅵ）的性能有显著影响,最佳制备温度为500 ℃,在此条件制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的理论吸附量可达7.93 mg/g。     

可迁移性零价铁的制备及其活化过硫酸盐氧化修复石油污染土壤

纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸盐(PS)体系具有活性高、持效性长等潜在优势,在有机污染土壤修复领域具有良好的应用前景.然而,nZVI颗粒易于发生团聚和被空气氧化,在土壤中迁移性能和稳定性能较差,限制了其活化性能的发挥.本研究采用聚天冬氨酸(PASP)修饰和硫化改性技术,制备了可迁移的零价铁复合材料(PASP-S-nZVI),评价了PASP-S-nZVI的活化PS性能及其在石英砂填充介质中的迁移性能,优化了该材料活化PS降解土壤中石油烃的反应条件,并开展了土壤污染修复小试试验. SEM-EDS和XPS表征结果显示,PASP-S-nZVI材料为表面具有PASP涂层及硫铁化物(FeS_x)的零价铁.与未改性nZVI和S-nZVI相比,PASP-S-nZVI材料的悬浮稳定性、Zeta电位和电子利用率都显著增加,表明双重改性增加了nZVI的稳定性能.柱试验结果显示,PASP-S-nZVI具有较低的附着效率,其实际碰撞效率是S-nZVI的38.0%、nZVI的26.5%,在含水介质中的迁移性能显著增加,且增加程度与填充介质的粒径尺寸和水体pH有关.在优化的条件参数下,PASP...     

零价纳米铁吸附去除水中六价铬的研究

利用液相还原法制备的零价纳米铁(nZVI)进行了去除水中Cr(Ⅵ)的实验研究.结果表明,nZVI对Cr的去除效果明显优于还原铁粉和粉末活性碳;pH值越小、初始Cr浓度越低、nZVI放置时间越短及投加量越大均有利于水中Cr(Ⅵ)的去除,最佳去除率近100%;反应动力学拟合结果表明,nZVI去除六价铬符合准二级动力学模型;反应后nZVI颗粒的扫描电镜及电子能谱结果显示Cr占12.02%(wt),结合对反应溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)分析,说明吸附、还原与共沉淀可能是nZVI去除水中六价铬的主要机理.     

绿色纳米零价铁材料在环境修复应用中的改性技术探究

在坚持绿色低碳可持续发展的背景下,环境友好型材料已成为当前生态环境修复领域的研究热点。纳米零价铁（nZVI）由于具有高比表面积、强还原能力和绿色安全无毒等优点,在环境污染修复中应用前景广阔。本文系统总结了nZVI改性技术的最新研究进展并对其存在的相关问题进行了探讨,其中包括固体载体抑制nZVI团聚、物理化学法处理nZVI表面氧化壳层、nZVI掺杂贵金属改性、n ZVI表面硫化改性、大分子有机化合物修饰nZVI表面等,最后对nZVI技术应用的未来发展趋势进行了展望。     

两种铁改性生物炭对微碱性砷镉污染土壤的修复效果

改性生物炭作为良好的重金属钝化剂,已被广泛应用于环境修复.为探究不同改性方法对生物炭钝化土壤砷-镉(As-Cd)的影响,采用共沉淀法和浸渍热解法制备铁改性生物炭,通过吸附试验和土壤培养试验,对生物炭性质、吸附As-Cd以及钝化土壤As-Cd的能力进行分析.结果表明,两种改性方法均可提高生物炭铁含量和零电荷点,且共沉淀法制备的铁改性生物炭(FeBC-1)负载的铁矿物主要为Fe₃O₄、 FeO(OH)和γ-Fe₂O₃等,而浸渍热解法制备的铁改性生物炭(FeBC-2)主要为α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃等铁氧化物.FeBC-1对As和Cd均展现出很强的吸附去除能力,去除率达21.40%～34.14%,可显著促进土壤中非专性吸附态As向残渣态As转化,而FeBC-2仅对As具有较好的吸附效果.BC、 FeBC-1和FeBC-2对Cd的吸附能力与自身的阳离子交换量(CEC)呈正比,其中,BC对Cd的吸附去除效果优于FeBC...     

氯代烃污染土壤的纳米零价铁厌氧修复研究

有机氯代烃引发的土壤环境污染问题已日趋严重。以纳米零价铁厌氧还原技术为核心的厌氧降解修复技术已逐渐成为有机氯代烃污染土壤厌氧降解研究的热点。有机氯代烃自身分子结构的差异性决定了有机氯代烃的挥发性、持久性及生物毒性等理化性质差异巨大,最终影响到污染土壤厌氧修复技术的优化。文章系统梳理、总结了不同分子结构的有机氯代烃污染土壤的纳米零价铁厌氧修复研究进展,分析了不同分子结构的有机氯代烃的厌氧降解途径,比较了不同分子结构有机氯代烃的厌氧降解效果,以期能够为深入开展有机氯代烃污染土壤的纳米零价铁修复研究工作提供借鉴。