Effect of transition metal doping under reducing calcination atmosphere on photocatalytic property of TiO2 immobilized on SiO2 beads

TiO₂ immobilized on SiO₂ (TiO₂/SiO₂) have been prepared by sol-gel method and various ions of transition metals (Cr³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, and Zn²⁺) were doped on the photocatalyst using wet impregnation method under reducing calcination atmosphere. The photocatalytic activity of metal doped TiO₂/SiO₂ towards phenol degradation under black light irradiation were investigated and compared with undoped TiO₂/SiO₂. The results showed that the photoresponse of Cu²⁺ and Zn²⁺ doped TiO₂/SiO₂ were larger than undoped TiO₂/SiO₂, indicating that the photogenerated carriers were separated more efficiently in Cu²⁺ and Zn²⁺ doped TiO₂/SiO₂. The reactivity was in the order of Cu²⁺ > Zn²⁺ > Ni²⁺ > Cr³⁺ > Co²⁺. The different photoreactivity was ascribed to combine effect of the different ionic radii and photocorrison tendency of the dopants. The sample was also characterized by surface analytical methods such as X-ray diffraction, scanning electron micrograph/electron dispersive X-ray analyzer and UV-Vis absorption spectrum.     

甘肃白银东大沟铅锌镉复合污染场地水泥固化稳定化原位修复

以甘肃白银东大沟Pb、Zn、Cd复合污染土壤为研究对象,通过毒性浸出、形态提取、微观分析等手段,研究了水泥对重金属污染场地的固化稳定化效果及适用性.毒性浸出结果表明,水泥对污染土壤中Cd、Zn能够起到较好的固化稳定化作用,在5%的添加量下,水泥对Cd、Zn的修复效率分别达到99.5%~100%、96.6%~98.8%,而Pb的浸出浓度提高了2.6~5.8倍;在8%的添加量下,水泥对Cd、Zn的修复效率分别达到99.6%~100%,94.4%~97.9%,而Pb的浸出浓度提高了1.9~12.5倍.形态分析结果表明,水泥能够使土壤中的酸可提取态Cd、Zn向残渣态转化,可还原态Pb向可氧化态、残渣态转化,稳定性增强.微观特征分析结果表明,Pb~(2+)、Zn2+、Cd2+这3种离子可以参与水泥的水化反应,生成相应的硅酸盐矿物和氢氧化物,进而对其起到固化稳定化作用.综上,水泥在重金属污染场地修复工程中具有良好的优势,但在具体应用过程中需注意场地及环境条件的特殊性.     

SiO2纳米粉掺杂对薄膜光催化剂结构和活性的影响

针对固定膜光催化剂吸附能力差的缺陷,在催化剂的涂覆溶胶中掺杂具有较大比表面积的SiO₂纳米粉制备了一种新的TiO₂薄膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(TEM)和红外光谱(FTIR)等手段对催化剂进行表征发现,催化剂的晶相以锐钛矿为主,并含有少量的金红石,平均晶粒尺寸为27nm左右.其中掺杂的SiO₂以十几到几十纳米的无定型团簇形式分散于薄膜中,除了能增大薄膜的表面积外,对TiO₂的晶体结构和表面基团等性质几乎没有影响.光催化降解试验表明,SiO₂掺杂后薄膜的活性大大改善,并受掺杂SiO₂的原始粒径和掺杂量影响很大.此外,该催化剂还具有很好的稳定性,在连续30多天的使用中,对活性艳红X-3B的去除率一直维持在80%左右,活性未见降低.     

煤粉炉联产贝利特-Q相水泥熟料及其水化性能试验

选用长广煤为试验煤种,分析纯CaO、MgO为添加剂,在两段多相反应实验台开展联产Q相水泥熟料试验.同时,对熟料样品矿物组成进行XRD、SEM和EDS分析,并对联产获得的Q相水泥熟料样品开展水化强度、膨胀性、安定性、凝结时间和水化性能等测试.结果表明,熟料样品矿物组成主要为2CaO·SiO2、Q相和3CaO·3Al2O3.CaSO4等;Q相水泥熟料样品砂浆试样各龄期抗压强度和抗折强度接近于32.5强度等级普通硅酸盐水泥标准,当Q相水泥熟料中掺加30%的硅酸盐水泥熟料时,其砂浆试样各龄期抗压强度和抗折强度达到32.5强度等级普通硅酸盐水泥标准要求;Q相水泥熟料样品膨胀性、安定性和凝结时间符合国家水泥相关标准;除2CaO·SiO2外,联产Q相水泥熟料水化3d就出现2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O、xCaO·SiO2·yH2O和Al2O3·3H2O水化产物,且随着水化龄期的延长,2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、3CaO·Al2O3·6H2O等水化产物逐渐增多,显示出良好的水化性能.     

冶金尘泥混合垃圾燃烧飞灰熔融重构固化重金属的研究

针对冶金固废组分复杂且难以高附加值利用的特性,结合当前垃圾燃烧飞灰重金属污染现状,通过将两者混合进行熔融固化及成分重组,研究了重金属固化及浸出毒性.结果表明:随着温度升高,固化渣出现明显结块,且燃烧过程中矿物发生重组,Zn、Cu、Pb和Cr取代硅酸盐中Ca~(2+)、Al~(3+)等离子而被固熔于网状基体中,生成了Cu_6Zn_4Al_2O_4、FeCr_2O_4、Cd_(0.75)Zn_(0.25)Fe_2O_4、Zn(AlO0.5Fe1.5)O4、MgCr0.4Fe1.6O4及Cu0.5Zn0.5Fe2O4等物质;且随着温度升高,Ca-Fe-Si-O体系形成一种耐热硅酸盐稳定相CaFe_3(SiO_4)2OH,由于其覆盖或包裹住含有重金属的晶体,从而延缓并阻止了灰渣分解及重金属的浸出,降低了重金属对环境的污染.     

核-壳表面磁性印迹聚合物的制备及其对水中双酚A的特异性去除

采用表面印迹技术制备了核-壳结构的磁性分子印迹聚合物(Fe3O4@SiO2-MIPs),在外磁场作用下该吸附剂很容易实现固-液分离.采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对产物的结构进行了表征.通过平衡吸附实验与斯卡查德(Scatchard)分析证实了Fe3O4@SiO2-MIPs对双酚A的吸附选择性.Freundlich模型拟合吸附等温线的相关系数R2=0.995 2;准二级动力学模型很好地拟合了吸附动力学,相关系数R2达到了0.999 9.在弱酸性条件下,制备的印迹材料表现出高吸附效率和快速的吸附动力学,达到90%的去除率仅需40 min;各种离子的存在不影响双酚A的吸附率;与非印迹聚合物(Fe3O4@SiO2-NIPs)比较,Fe3O4@SiO2-MIPs对湖水中加标的双酚A表现出显著的亲和性;7次的重复使用而性能没有明显下降证明了Fe3O4@SiO2-MIPs的可重复使用性.     

河南鸡冠洞洞穴水对极端气候的响应及其控制因素研究

为揭示洞穴水地球化学动态的变化特征及其控制因素,从2009年10月至2013年12月对黄土高原东南缘河南西部栾川县鸡冠洞洞穴水的水化学指标进行了4个完整水文年的动态监测.结果表明:1鸡冠洞洞穴水的化学类型主要是HCO-3-Ca2+-Mg2+和HCO-3-Mg2+-Ca2+型,阴离子中HCO-3占80%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+是优势离子,地下河常年处于溶蚀状态,池水、滴水处于沉积状态.2鸡冠洞洞穴滴水、池水可以很好地响应外部气候环境的变化,其地球化学指标具有显著的季节效应.3Ca2+、Mg2+、SO2-4能够敏感地响应极端气候事件引起的年际降水量变化,Ca2+、Mg2+、SO2-4浓度洪涝年升高,干旱年降低.HCO-3主要受CO2浓度控制,对极端气候事件响应不明显.4鸡冠洞地下河中Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4浓度波动幅度较小,且无明显的季节变化规律.对2010年和2013年的极端降水事件响应不明显.     

焚烧飞灰水泥窑共处置过程As的迁移特征

为了明确焚烧飞灰水泥窑共处置过程中As的迁移特性,对大量国外工业水泥窑As的监测数据进行了统计分析,研究As或Cl输入总量对As迁移特性的影响.同时,采用CHEMKIN软件对水泥窑煅烧过程中As的物相进行热力学模拟,并使用水泥回转窑系统的简化模型讨论了窑灰循环对As迁移的影响.结果表明,焚烧飞灰中As的酸可提取态、可还...     

粉煤灰电石渣用作金属废渣和酸性铬污泥的稳定/固化剂的试验研究

粉煤灰、电石渣与水泥存在着某些相似的理化性质 ,研究它们对金属废物和酸性铬污泥的稳定 /固化作用 ,实现以废治废将具有重要意义。本文通过试验研究证实了粉煤灰和电石渣对金属废渣有良好的稳定 /固化作用 ;对酸性铬污泥 ,电石渣有很好的稳定 /固化作用 ,二者完全可以替代水泥用作金属废渣和酸性铬污泥的固化剂。     

Simulated-sunlight-activated photocatalysis of Methylene Blue using cerium-doped SiO2/TiO2 nanostructured fibers

Cerium-doped SiO₂/TiO₂ nanostructured fibers were fabricated by electrospinning technology. The prepared fibers were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Using the fibers as catalysts, photocatalytic degradation of Methylene Blue (MB) aqueous solution was carried out under simulated sunlight. The 0.2% Ce doping proved to be the optimal concentration for the doping of TiO₂/SiO₂, compared to other Ce-doped molar concentrations. The 0.2% Ce-doped SiO₂/TiO₂ fibers exhibited higher photocatalytic activity than industrial Degussa P25 and the samples doped with only Ce or SiO₂. The reasons for improving the photocatalytic activity were also discussed. Several operational parameters were studied, which showed that the photocatalytic efficiency of MB was influenced by parameters such as the initial dye concentration, the initial pH, inorganic anions, and so on. In addition, the influences of an electron acceptor and a radical scavenger suggested that OH was the dominant photooxidant during the photocatalytic process. The reuse evaluation of the fibers indicated that their photocatalytic activity had good stability.     

黄河三角洲浅层地下水化学特征及形成作用

黄河三角洲高效生态经济区开发建设和黄河下游生态调度均需要了解当地地下水化学特征.在沉积环境分区和补-径-排系统分区的基础上,采用数理统计与地统计、Piper三线图和离子比例系数等方法,对黄河三角洲浅层地下水化学特征及成因进行了系统研究.结果表明,①主要水化学参数Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO24-、HCO3-和TDS的质量浓度分别介于0.1～25.0g.L-1、3.6～3 815.0 mg.L-1、5.6～3 377.0 mg.L-1、0.1～45.1 g.L-1、24.2～4 947.0 mg.L-1、62.6～850.0 mg.L-1和0.4～80.7 g.L-1之间,各离子质量浓度均值进一步表明区域内Cl-、Na+和TDS质量浓度很高,而HCO 3-、CO23-和K+质量浓度很低.②Cl-和TDS质量浓度沿地下水流向逐渐增大,二者均呈现显著的方向性空间变异和空间分布一致性,揭示了Cl-是浅层地下水水质的主控离子.③从补给区到排泄区,浅层地下水水化学类型由Na+-Mg2+-Ca2+-Cl--SO42-等复杂类型快速过渡到Na+-Mg2+-Ca2+-Cl-(或Mg2+-Na+-Ca2+-Cl-)及Na+-Mg2+-Cl-型,并在海岸滩涂区演化成Na+-Cl-这一简单类型的水.④混合、蒸发浓缩、溶滤、阳离子交替吸附作用及人类活动的影响是黄河三角洲地区浅层地下水化学成分形成的主要作用.该地区浅层地下水化学特征形成的关键驱动因素是黄河入海流路的变迁和海水入侵.     

北京大气PM2.5与惰性SiO2的生物毒性比较

以惰性SiO2颗粒作为模式颗粒,与野外采集PM2.5分别作用于模式生物粟酒裂殖酵母菌(Schizosaccharomyces pombe),旨在通过对比实验确定PM2.5致毒的主要因素.采用紫外分光光度法测定细胞增值率,环境扫描电镜观察颗粒物在细胞表面的附着状态,DHE荧光染色剂显色法测定细胞ROS生成情况,单细胞凝胶电泳实验检测细胞DNA损伤.结果表明,SiO2颗粒在超细粒径尺度(60 nm)下能抑制S.pombe细胞增殖,主要是通过附着在细胞表面来改变细胞外壁的通透性,并不能通过诱导细胞生成ROS而造成对细胞的氧化损伤;而平均粒径较大的PM2.5主要是通过诱导细胞生成ROS对细胞造成氧化损伤,同时可损伤DNA.结论认为PM2.5毒性大小与颗粒物粒径等物理性质并无直接关系.     

BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

污泥烧结轻骨料调质影响研究

研究了污泥添加不同比例的SiO₂,Al₂O₃,CaCO₃和Na₂CO₃后的烧结体建材性能,并从晶体相反应机理角度讨论了添加剂改变烧结体建材性能的作用机理.结果表明,添加硅、铝能显著提高烧结体的抗压强度,硅是玻璃体成陶组分,对提高烧结体的抗压强度主要发挥物理作用;铝主要与污泥中的磷反应生成类似石英结构的AlPO₄高强晶体. 添加钠能增加烧结体的熔融液相,降低烧结体的吸水率,但烧结体变脆抗压强度降低. 添加钙增大吸水率,降低抗压强度. 此外,硅、铝会导致烧结体烧结温度提高,钠则能显著降低烧结温度.      

利用X射线吸收近边结构光谱(XANES)研究水泥窑共处置产品中Ni和Cd的微观组成

在模拟水泥窑中高温煅烧掺有Ni、Cd化学试剂的水泥生料,并由制取的水泥熟料制备水泥净浆片.利用X射线吸收近边结构光谱（XANES）对水泥窑共处置产品中Ni、Cd的微观组成进行了研究.结果表明：Ni在水泥窑煅烧过程中发生了较为彻底的化学变化,形成了Ni-Mg化合物,该化合物可能是以氧化物、氢氧化物或碳酸盐的形式存在;水泥...     

TiO2复合催化剂弱光催化降解模拟海水中苯酚及其催化活性的影响

为了获得适用于海水中有机污染物光降解催化剂,分别选用纳米SiO_2粒子和氧化石墨烯GO为载体,利用吸附相反应技术并结合热处理过程制备了基于TiO_2的复合催化剂,研究了弱光(光强小于1mW·cm~(-3))激发下复合催化剂光催化降解模拟海水中苯酚.结果表明,吸附相反应技术结合焙烧得到的La~(3+)掺杂TiO_2-SiO_2,表面亲水性较强和对苯酚吸附能力较弱,难以克服盐离子的干扰并有效降解模拟海水中高浓度苯酚.而吸附相反应技术结合醇溶剂热还原处理后,La~(3+)掺杂TiO_2-SiO_2催化剂表面亲水性显著减弱,但该催化剂在模拟海水中不能形成稳定的悬浮体系.吸附相反应技术得到的TiO_2-GO和La~(3+)掺杂TiO_2-GO中,TiO_2粒子粒径小于10nm且均匀负载于GO的表面.醇溶剂热还原处理可使TiO_2形成晶型结构,从而提高其催化活性,同时还能将GO表面的含氧基团还原,降低催化剂表面亲水性.从而提升催化剂对苯酚的吸附能力和对盐离子的抗干扰能力.另外,还原GO与小粒径TiO_2粒子紧密结合,使光生电子能很快转移至还原GO表面,增大光生电荷分离率,进一步提升催化剂的光降解性能.     

Assessing the role of mineral particles in the atmospheric photooxidation of typical carbonyl compound

Mineral particles are ubiquitous in the atmosphere and exhibit an important effect on the photooxidation of volatile organic compounds (VOCs). However, the role of mineral particles in the photochemical oxidation mechanism of VOCs remains unclear. Hence, the photooxidation reactions of acrolein (ARL) with OH radical (OH) in the presence and absence of SiO₂ were investigated by theoretical approach. The gas-phase reaction without SiO₂ has two distinct pathways (H-abstraction and OH-addition pathways), and carbonyl-H-abstraction is the dominant pathway. In the presence of SiO₂, the reaction mechanism is changed, i.e., the dominant pathway from carbonyl-H-abstraction to OH-addition to carbonyl C-atom. The energy barrier of OH-addition to carbonyl C-atom deceases 21.33 kcal/mol when SiO₂ is added. Carbonyl H-atom of ARL is occupied by SiO₂ via hydrogen bond, and carbonyl C-atom is activated by SiO₂. Hence, the main product changes from H-abstraction product to OH-adduct in the presence of SiO₂. The OH-adduct exhibits a thermodynamic feasibility to yield HO₂ radical and carboxylic acid via the subsequent reactions with O₂, with implications for O₃ formation and surface acidity of mineral particles.     

向家坝水库营养盐时空分布特征及滞留效应

向家坝建库后改变了河流原有的水动力、营养盐分布及输移条件.为研究向家坝水库营养盐分布特征及滞留效应,通过2015～2016年分季度水库水质监测结果,分析向家坝水库水体总氮(TN)、总磷(TP)和溶解性硅(SiO_3~(2-)-Si)营养盐时空分布特征、滞留量、滞留效率.研究发现,向家坝水库TN、TP和SiO_3~(2-)-Si营养盐质量浓度均值分别为0. 905、0. 034和7. 98mg·L~(-1).其中,TN质量浓度在城镇人口密集区偏大,分布主要受点源影响;磷营养盐以颗粒态磷为主,TP质量浓度在水库中自上而下沿程降低,SiO_3~(2-)-Si质量浓度分布在时空上差异较小.向家坝对TN、TP和SiO_3~(2-)-Si营养盐滞留量为2. 30×10~4、0. 146×10~4和-2. 4×10~4t·a~(-1).在不同季度,TN和SiO_3~(2-)-Si滞留量有正有负,而TP则始终表现为正滞留. TN、TP和SiO_3~(2-)-Si月平均滞留效率分别为17. 5%、32. 8%和-2. 14%.整体上实际滞留效率表现为丰水期高于枯水期,并且TP的滞留作用更为显著. TN滞留量主要受反硝化作用,以及外源负荷输入影响; SiO_3~(2-)-Si输送通量主要受径流量影响;水库运行周期以及磷的颗粒形态则是TP滞留的主要因素.向家坝水库对营养盐的滞留效应与TN和SiO_3~(2-)-Si质量浓度变化无明显相关性,而水库对TP的滞留效应使TP质量浓度在水库纵向上沿程减小,在各监测样点垂向水深上TP质量浓度则有增大的趋势.     

Leaching characteristics of heavy metals during cement stabilization of fly ash from municipal solid waste incinerators

The leaching characteristics of heavy metals in products of cement stabilization of fly ash from a municipal solid waste incinerator were investigated in this paper. The stabilization of heavy metals such as Cd, Pb, Cu, and Zn in fly ash from such incinerators was examined through the national standard method in China based on the following factors: additive quantity of cement and Na₂S, curing time, and pH of leaching liquor. The results showed that as more additives were used, less heavy metals were leached except for Pb, which is sensitive to pH of the leachate, and the worse effect was observed for Cd. The mass ratio of cement to fly ash = 10% is the most appropriate parameter according to the national standard method. When the hydration of cement was basically finished, stabilization of heavy metals did not vary after curing for 1 d. The mixtures of cement and fly ash had excellent adaptability to environmental pH. The pH of leachate was maintained at 7 when pH of leaching liquor varied from 3 to 11. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(12): 2564–2569 [译自: 环境科学]     

大气湿沉降对长江口水域营养盐的贡献

为研究我国长江口大气湿沉降对近海水域营养盐的贡献,2004年6月～2005年5月于长江口水域崇明岛收集31个大气湿沉降样品,采用分光光度法测定溶解性NH4 、NO3-、NO2-、PO)034-和SiO23-.结果表明,大气湿沉降中营养盐月平均浓度变化较大,NH4 和NO3-浓度较高.营养盐湿沉降通量具有明显的季节性,总无机氮(TIN)、PO34-和SiO32-的湿沉降通量分别为52.02、0.17、0.10 mmoll(m2·a).NH4 是TIN的主要贡献者,占TIN的70.9%.由于大气湿沉降中营养盐的浓度和组成比例与长江口表层海水有显著的差别,可使海水表层的营养盐结构、盐度、pH等发生改变,从而影响到浮游植物生长和种群结构,甚至会引发赤潮.