多聚物吸附纳米零价铁在多孔介质中的迁移

针对纳米零价铁在多孔介质中的迁移特点,本文通过实验室柱实验和腐蚀实验分析了不同聚丙烯酸（PAA）包覆浓度下的纳米零价铁（nZVI）在石英砂介质中的迁移和其接触不同电解质溶液6h的反应活性.利用迁移距离和穿出率,表征了不同纳米铁材料的迁移性能.应用pH值、氧化还原电位（ORP）、Fe²⁺浓度、X射线衍射（XRD）和Fe⁰含量随时间变化图像表征纳米零价铁腐蚀程度.实验结果表明,PAA显著提高了纳米零价铁材料的迁移距离.10%聚丙烯酸包覆浓度下,实验室合成纳米零价铁的迁移效果最佳,穿出率可达58.65%.在6h的腐蚀实验中,10%聚丙烯酸包覆的零价铁含量有一定的降低,但是零价铁损失相对于20% PAA包覆的零价铁少.综合考虑迁移性和反应活性,10% PAA包覆浓度下实验室合成纳米零价铁是适用于地下水污染原位修复的最佳材料.     

氰化尾渣制备微电解填料及降解甲基橙研究

以氰化尾渣为原料,采用煤基直接还原工艺制备铁碳微电解填料,并将填料用于处理甲基橙等模拟废水.研究了焙烧温度、焙烧时间、煤用量等制备条件对填料降解甲基橙的影响.结果表明,在焙烧温度为1250℃,焙烧时间为60min,煤用量为30%的条件下制备的微电解填料对甲基橙废水的脱色效果最好.提高填料用量和降低溶液初始pH值有利于去除甲基橙.用于处理400mL浓度为100mg/L的甲基橙溶液,在填料用量为2g,溶液初始pH值在3~6的范围内,当降解时间为30min时,甲基橙脱色率均接近100%.XRD分析表明,最佳条件下制备的填料中主要结晶物相为零价铁.SEM显示填料中的零价铁颗粒粒度均在50μm以下,零价铁与残碳构成微电解填料.     

改性膨润土负载纳米零价铁处理水污染综述

文章综述了近来膨润土负载纳米零价铁的合成与改性方法,以及不同改性膨润土负载纳米零价铁对不同水相无机和有机污染物的还原降解情况,分析了膨润土的改性方法对纳米零价铁颗粒整体功能活性影响的特性和机理。总结了改性膨润土负载纳米零价铁技术尚需解决的问题和今后研究的发展方向。     

超声波辅助壳聚糖/零价纳米铁降解酸性品红

用液相还原法制备的壳聚糖/零价纳米铁处理废水中染料——酸性品红,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和紫外可见光谱(UV-vis)等不同表征手段对颗粒物进行晶体结构、形貌与尺寸表征分析.结果发现,壳聚糖可与纳米铁形成稳定的包裹体,从而降低了纳米铁的团聚性并提高了纳米铁的反应性能及抗氧化性.在超声波辅助下,发现壳聚糖稳定纳米铁粒子对酸性品红有降解作用,置于空气中65 d后壳聚糖稳定纳米铁仍具有反应活性.在25℃、壳聚糖稳定纳米铁投加量0.4 g·L-1、溶液pH =4.96、酸性品红初始浓度100 mg·L-1的条件下,反应20 min内对酸性品红的脱色率超过99％,其降解过程符合表观一级反应动力学规律,反应的活化能为55.34kJ·mol-1,说明降解过程是化学控制过程.     

基于阳离子树脂的Fenton非均相催化剂制备及性能测试

采用阳离子交换树脂颗粒为催化剂载体采用浸渍法负载二价铁离子,制备出非均相Fenton反应催化剂,并用该非均相Fenton催化剂氧化脱色亚甲基蓝溶液,考察其催化性能。实验结果表明:制备催化剂时最佳FeSO4浓度为16.67 mmol/L,pH=3.0,H2O2初始浓度为46.6 mmol/L,反应时间为30 min的条件下,亚甲基蓝溶液初始浓度为0.028 mmol/L时,亚甲基蓝溶液在非均相Fenton催化氧化过程中,其脱色率可达92.9%。采用序批形式反应使用5次后,该非均相催化剂仍有良好的催化效果,反应30 min后亚甲基蓝溶液脱色率仍可达85.2%,拓宽了Fenton技术的使用范围。     

反应气氛对绿色合成纳米铁的组分及其活性的影响

成本低廉和无二次污染的"绿色"合成纳米材料是发展原位纳米环境修复技术的前沿研究课题之一.本文以绿茶提取液为还原剂和稳定剂进行"绿色"合成纳米铁,探讨在不同的气氛下"绿色"合成的纳米铁颗粒的主要成分,以期为调控合成纳米铁系材料提供基础研究.首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对不同反应气氛下合成的纳米铁颗粒的表面微观形貌、尺寸和价态结构进行分析.结果发现,在通入N2情况下,合成的纳米铁颗粒粒径为(84.7±11.5)nm,其主要成分以纳米零价铁为主;在通入空气情况下,合成的纳米铁粒径为(117.8±26.2)nm,其主要成分是纳米零价铁、氧化铁和四氧化三铁的混合物;通入O2时,合成的纳米铁粒径为(141.2±26.3)nm,其主要成分以四氧化三铁为主.其次,评价在不同气氛条件下合成纳米铁颗粒对去除亚甲基蓝(MB)的反应活性.结果表明,在反应温度313 K下降解初始浓度为50 mg·L-1的MB溶液,反应5 min时已达到平衡,通入N2合成的纳米铁降解MB,去除率高达98.7%,而通入O2合成的纳米铁反应效率低,对MB的去除率仅为65.3%.最后,从以上发现提出不同气氛下可以调控"绿色"合成的铁系纳米材料成分,从而导致不同的纳米修复环境中污染物的能力.     

pH值对纳米零价铁吸附降解2,4-二氯苯酚的影响

在不同pH条件下,对纳米铁(颗粒粒径为30～40 nm)及其降解2,4-二氯苯酚反应体系进行取样,并进行透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱联用(SEM-EDX)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等形貌观测与分析表征,以考察pH值在纳米零价铁降解氯酚反应过程中的影响和作用.结果表明,在降解2,4-二氯苯酚的过程中纳米铁由分散的颗粒逐渐团聚,其表面逐渐氧化,并最终被呈针状结晶的碱式氧化亚铁(FeOOH)覆盖,从而阻碍了降解反应的进一步进行.在酸性体系中,纳米零价铁的氧化和团聚现象有所缓解,尽管会造成一部分铁量的损失,但反应产生大量的亚铁离子参与并促进了脱氯降解反应的进行,反应过程中溶液pH值有逐渐升高的趋势.不同pH条件下,纳米铁对氯酚的去除率随pH值的降低而升高,酸性条件有利于提高氯酚的还原降解速率,当pH=3时,24 h内氯酚的去除率可达到90%以上.     

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。     

纳米零价铁降解水中四氯化碳的试验研究

以四氯化碳为目标污染物,研究了不同因素对自制纳米零价铁降解水中四氯化碳的影响,并对反应产物及可能的反应路径进行了探讨.结果表明,自制纳米零价铁对四氯化碳有很好的降解效果.在pH=3和30℃的条件下,当初始四氯化碳浓度为2.0 mg·L~(-1),纳米零价铁浓度为1.0 g·L~(-1)时,去除率高达96.7%.纳米零价铁降解四氯化碳的酸碱适应范围较大(pH值3~9).随着温度升高和纳米零价铁投加量的增大,四氯化碳降解率显著提高.该反应符合一级动力学,且反应活化能较低,反应易于进行.     

核-壳结构的Fe-FeOxH2x-3催化UV/H2O2降解腐殖酸

采用硼氢化钠还原法制备了核-壳结构的Fe-FeOxH2x-3纳米复合材料,在近紫外光和H2O2催化条件下,对饮用水消毒副产物前驱体腐殖酸的去除比纳米零价铁的去除高.说明零价铁表面铁氧化物能加速界面电子转移,提高反应效率.探讨了H2O2浓度、腐殖酸初始浓度和起始溶液pH对反应速率的影响.研究结果表明,H2O2最佳投加量为5 mmol·L-1,在pH为5～9时,催化剂都显示了较高的活性;腐殖酸不但被脱色降解,而且TOC去除率达到60%,并且生成的中间产物降低了三氯甲烷的生成趋势.     

Interaction between Cu2+ and different types of surface-modified nanoscale zero-valent iron during their transport in porous media

This study investigated the interaction between Cu²⁺ and nano zero-valent iron (NZVI) coated with three types of stabilizers (i.e., polyacrylic acid [PAA], Tween-20 and starch) by examining the Cu²⁺ uptake, colloidal stability and mobility of surface-modified NZVI (SM-NZVI) in the presence of Cu²⁺. The uptake of Cu²⁺ by SM-NZVI and the colloidal stability of the Cu-bearing SM-NZVI were examined in batch tests. The results showed that NZVI coated with different modifiers exhibited different affinities for Cu²⁺, which resulted in varying colloidal stability of different SM-NZVI in the presence of Cu²⁺. The presence of Cu²⁺ exerted a slight influence on the aggregation and settling of NZVI modified with PAA or Tween-20. However, the presence of Cu²⁺ caused significant aggregation and sedimentation of starch-modified NZVI, which is due to Cu²⁺ complexation with the starch molecules coated on the surface of the particles. Column experiments were conducted to investigate the co-transport of Cu²⁺ in association with SM-NZVI in water-saturated quartz sand. It was presumed that a physical straining mechanism accounted for the retention of Cu-bearing SM-NZVI in the porous media. Moreover, the enhanced aggregation of SM-NZVI in the presence of Cu²⁺ may be contributing to this straining effect.     

Interaction between Cu and different types of surface-modified nanoscale zero-valent iron during their transport in porous media

This study investigated the interaction between Cu^2 + and nano zero-valent iron (NZVI) coated with three types of stabilizers (i.e., polyacrylic acid [PAA], Tween-20 and starch) by examining the Cu^2 + uptake, colloidal stability and mobility of surface-modified NZVI (SM-NZVI) in the presence of Cu^2 +. The uptake of Cu^2 + by SM-NZVI and the colloidal stability of the Cu-bearing SM-NZVI were examined in batch tests. The results showed that NZVI coated with different modifiers exhibited different affinities for Cu^2 +, which resulted in varying colloidal stability of different SM-NZVI in the presence of Cu^2 +. The presence of Cu^2 + exerted a slight influence on the aggregation and settling of NZVI modified with PAA or Tween-20. However, the presence of Cu^2 + caused significant aggregation and sedimentation of starch-modified NZVI, which is due to Cu^2 + complexation with the starch molecules coated on the surface of the particles. Column experiments were conducted to investigate the co-transport of Cu^2 + in association with SM-NZVI in water-saturated quartz sand. It was presumed that a physical straining mechanism accounted for the retention of Cu-bearing SM-NZVI in the porous media. Moreover, the enhanced aggregation of SM-NZVI in the presence of Cu^2 + may be contributing to this straining effect.     

CMC改性的纳米Fe/Cu双金属去除2,4-二氯苯酚的研究

为解决纳米零价金属在水中暴露出的极易聚集与氧化的问题,本研究使用铜作为纳米零价铁(NZVI)的复合金属,制得纳米Fe/Cu双金属,并用羧甲基纤维素钠(CMC)对其包覆改性.使用扫描电子显微镜、X射线衍射以及氮气吸附/脱附等温线对改性前后的双金属进行表征.结果表明,改性之后的材料具有更大的尺寸以及比表面积,且抗氧化性得到显著增强.材料的沉降实验以及对2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)降解实验的结果揭示,CMC的包覆比对改性后双金属的分散性与反应活性影响较大.当包覆比为80%时,双金属的分散稳定性最强,释放的活性位点个数最多,表现为最高的反应活性.此时脱氯效率达到90.3%,且脱氯过程和产物发生明显改变.     

F-127改性纳米零价铁及对水中2,4-DCP的去除

为了增强纳米零价铁的分散性,本研究采用环境友好型材料Pluronic F-127对纳米零价铁(NZVI)进行表面改性,形成分散型纳米零价铁(F-NZVI),并用于水中2,4-DCP的去除.通过不同质量比的F-NZVI颗粒沉降试验和对2,4-DCP的去除试验,发现存在沉降去除和悬浮去除两个阶段,确定F-127与NZVI颗粒的最佳质量比为2∶1,2,4-DCP最大去除率为72.32%.通过SEM、FTIR、XRD、XPS对样品进行表面形貌、组成和晶体结构分析,发现F-127对提高NZVI分散性和抗氧化性有显著作用.通过控制不同因素研究F-NZVI去除水中2,4-DCP的最优条件,实验结果表明,当2,4-DCP初始浓度为20 mg·L~(-1)时,F-NZVI去除2,4-DCP的最佳pH值为5,F-NZVI最佳投加量为3 g·L~(-1).     

稳定型纳米零价铁去除地下水中2,4-二氯苯酚

为改善纳米零价铁(NZVI)在水溶液中容易发生团聚和易被氧化的缺点.本文研究利用廉价易得的环境友好型材料羧甲基淀粉钠(CMS)对NZVI进行包覆改性,利用空间位阻效应提高其分散悬浮性.利用透射电镜和X射线衍射研究了改性后的纳米铁微观结构及物相组成,通过化学实验研究其对2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的去除效果.结果表明,改性后的NZVI直径大约在80~100 nm,呈链状或分散颗粒分布,主要物质组成为零价铁,具有强还原性.当CMS的比例为80.00%时,悬浮性最佳;经过CMS包覆改性后,NZVI还保留原有的活性,在不同包覆比例对于2,4-DCP的去除效果的实验中发现,同样CMS比例为80%时去除效果最好,达到83.69%,且有明显的脱氯降解过程.     

氧化石墨烯负载零价纳米铁吸附水中环丙沙星的研究

通过溶液还原法制备了氧化石墨烯负载零价纳米铁NZVI16-GO1(F16G1),并将其用于水中环丙沙星的去除.同时,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)和热重分析仪(TG)等手段表征了F16G1的结构、化学组成和微观形貌.结果发现,F16G1对水中环丙沙星具有良好的吸附性能;氧化石墨烯的引入可以有效降低零价纳米铁的自身团聚;F16G1与环丙沙星的吸附作用很大程度上受静电引力的影响.实验同时考察了p H值、反应时间、初始浓度、投加量等因素对F16G1吸附环丙沙星的影响.结果表明,在p H=4~5之间,溶液的p H值对吸附量没有明显影响;F16G1对环丙沙星的最大吸附量是656.66 mg·g-1;Langmuir等温吸附模型可以用来描述吸附平衡过程.零价纳米铁的磁性使复合材料便于回收.     

纳米零价铁去除水中微量N-亚硝基二甲胺的研究

采用纳米零价铁催化降解水中微量N-亚硝基二甲胺(NDMA),并研究了溶解氧、纳米铁投加量、NDMA初始浓度、初始pH值、温度对纳米铁降解NDMA的影响.结果表明,纳米铁可以在中性厌氧条件下有效降解NDMA,作用效果远胜于普通铁粉;其对NDMA的去除速率随着纳米铁投加量的增加而增大,但与NDMA初始浓度无关;pH值降低或温度升高均有利于NDMA的降解.纳米铁降解NDMA存在一个启动期,启动期的长短与pH值和反应温度有关,提前活化纳米铁能有效提高反应速率.NDMA的降解产物主要是DMA和NH4+,其他产物如UDMH需进一步确认.     

花状软锰矿的超声合成及其对亚甲基蓝的脱色性能

首次通过操作简便成本低廉的超声方法合成花状软锰矿(MWs).采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能量散布分析仪(EDS)等测试手段对其结构和形貌进行表征.研究了MWs对偶氮染料亚甲基蓝(MB)的脱色性能,考察pH值、反应时间、MWs投加量以及MB初始浓度等影响因子对脱色效果影响.结果表明,MWs对MB具有优良的脱色性能,90min达到近100%的脱色率,无需使用H2O2或者UV灯和超声等其它辅助设备,这明显优于其他催化剂,如Mn3O4/H2O2需3h达到99.7%最大脱色率、ZnS/CdS在光照下需6h最大脱色率仅为73%、硫改性的TiO2光照下需4h才能达到近100%的脱色率.     

Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)铁氧体工艺原位处理PVA废水及其沉淀物回收利用

为了评价Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA（聚乙烯醇）废水处理的可行性,采用Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺原位处理PVA模拟废水,考察不同作用时间、总铁投加量、初始ρ（PVA）和废水硬度对该工艺处理效果的影响.利用XRD（X射线衍射）、FT-IR（傅里叶转换红外光谱）、BET比表面积、VSM（磁滞回线测试）对沉淀物进行表征,解析该工艺原位处理PVA模拟废水的主要机理,并以该工艺沉淀物为吸附剂,通过锑吸附试验,探讨该工艺沉淀物的回用性.结果表明:①Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA模拟废水具有良好的处理能力,初始ρ（PVA）为1 000 mg/L时,该工艺在20 min以内即可达到80%以上的去除率,并且基本没有金属铁的残余,该工艺对PVA的去除率随总铁投加量的增加而提高且基本不受水体硬度影响. ②在Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA的原位去除过程中,PVA作为一种反应物参与沉淀物Fe₃O₄的生成,并促进纳米Fe₃O₄比表面积增大,最终形成一种类似于凝胶的Fe₃O₄聚合物. ③Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效处理模拟PVA-MB（亚甲基蓝）染料废水.对于含有100 mg/L MB（亚甲基蓝三水）和500 mg/L PVA的混合溶液,MB和COD_Cr去除率在1 min时分别达到97.37%和89.47%.沉淀物通过磁分离、乙醇和水清洗后,在水中浸出的ρ（TOC）和ρ（COD_Cr）很低,分别为0.86和2 mg/L,可作为吸附剂直接使用,得益于其具有较高的比表面积,对金属锑的拟合吸附量可达71.94 mg/g. ④Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺具有一定的实际应用价值.对东莞某实际印染废水处理5 min,COD_Cr和染料的去除率分别为85.71%和98.98%.研究显示,Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效去除PVA,沉淀物为易回收的磁性Fe₃O₄,可作为吸附剂直接使用.