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...     

硫化零价铁的制备及去除头孢噻肟机理研究

采用后置硫化法制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI),并采用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等方法表征了材料表面形貌及元素化学形态等特性.同时,以头孢噻肟为目标污染物,考察了S-nZVI对其去除效率及去除机理等.结果表明,S-nZVI颗粒呈球形,平均粒径为56 nm,材料表面形成一层不连续的低密度FeS/FeSn.硫化率、Fe~(2+)和溶液p H均能影响S-nZVI对头孢噻肟的去除.S/Fe=1/4(质量比),S-nZVI投加量为0.5 g·L~(-1),溶液pH为8时,120 min内头孢噻肟的去除率为82.2%,远大于nZVI的去除率(23.4%).最后,采用液相色谱-电喷雾质谱分析了头孢噻肟的降解产物,发现头孢噻肟的降解主要是由酯基取代反应和内酰胺键的开环反应引起的.     

纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解

纳米零价铁及其双金属材料因比表面积大、反应活性高,已被大量应用于地下水中卤代有机污染物、无机盐和重金属的处理,而将纳米零价铁铜双金属(Cu/n ZVI)应用于四氯双酚A(TCBPA)污染土壤的修复却鲜见报道.本文以Cu/nZVI为反应材料,探究了TCBPA起始浓度,Cu/n ZVI投加量、p H、温度等因素对土壤中TCBPA降解率的影响.批实验结果表明:反应温度为25℃,经过360 min的反应后,0.30 g的Cu/n ZVI对土壤中0.8 mg·g~(-1)TCBPA的降解率可达85%以上.Cu/n ZVI对土壤中TCBPA的降解率随TCBPA初始浓度的增加而降低,随Cu/n ZVI投加量的增加而升高,随土壤初始p H的增加而降低,Cu/n ZVI对TCBPA的降解在常温条件下即可有效的进行.Cu/nZVI对TCBPA的降解遵循准一级反应动力学模型.GC-MS结果表明,Cu/n ZVI降解TCBPA是一个逐步还原脱氯的过程.     

三种零价铁对土壤中六氯联苯PCB138降解研究

采用纳米级零价铁、镍铁双金属和微米级零价铁在常温常压条件下还原降解土壤中的六氯联苯PCB138,GC-MS分析降解产物。结果表明,3种零价铁对土壤中的PCB138均有明显的降解效果。在实验条件下,随着3种零价铁投加量的增大,土壤PCB138的降解率也随之升高。反应体系初始p H值越低,3种零价铁对土壤中PCB138的降解效果越好。在20~60℃实验条件下升高温度对土壤中PCB138含量影响不大。动力学分析显示,纳米级零价铁、镍铁双金属和微米级零价铁对土壤中PCB138降解过程均符合一级反应动力学,反应速率常数分别为0.015 46/h、0.019 37/h和0.009 89/h。3种零价铁粉比表面积和扫描电镜分析结果显示,纳米级零价铁和镍铁双金属的比表面积比微米级零价铁粉大600~800倍,其表面形态更利于污染物质发生还原降解反应。     

纳米零价铁在水处理中的应用研究综述

纳米零价铁(nZVI)作为最常用的纳米颗粒之一,在去除环境水体中的污染物方面开展了大量的研究。本篇综述通过系统全面地总结nZVI的相关进展,介绍nZVI的各个方面进而指导其发展方向。其中,研究内容主要包括制备方法、改性方式、去除不同水中污染物的作用机理和催化机理、在场地研究中的应用以及毒性作用机制。本文发现,纳米零价铁仍存在缺少综合评价方法、应用受限、各项研究不同步等问题。nZVI未来的发展,应具备考虑反应性、稳定性、迁移性、毒性的评价方法,避免同一改性材料在不同研究方向的时间差异性,让nZVI的应用更好地适用实地研究     

PAA改性纳米铁强化还原降解水中亚甲基蓝

利用纳米零价铁去除水中各类污染物是近年来的研究热点,但纳米零价铁颗粒在水中的团聚会导致反应活性降低,研究通过在纳米铁颗粒制备过程中添加分散剂聚丙烯酸(PAA),提高其分散性,强化其在水中反应活性,合成改性纳米零价铁颗粒(PAA-Fe),并首次用于降解水中的亚甲基蓝.对其SEM、TEM、XRD和比表面积表征结果表明,与未改性原始纳米零价铁颗粒相比,PAA-Fe颗粒表面较光滑,团聚减少、颗粒粒径减小,比表面积增大.改性剂PAA添加浓度为0.1 g·L-1时,经过60 min降解反应,PAA改性纳米铁颗粒对亚甲基蓝的脱色率为98.84%,较未改性颗粒脱色率提高了27.32%.改性纳米铁颗粒对亚甲基蓝的脱色效果受初始溶液的p H值、初始溶液的浓度、PAA-Fe投加量和反应温度影响.PAA-Fe与亚甲基蓝的脱色反应符合假一级反应动力学规律.     

腐植酸对nZVI去除水中Cr(VI)的抑制及抑制作用的消除

以纳米级零价铁(nZVI)为主要工具修复受污染水体中的Cr(VI),考察了腐植酸(HA)对nZVI去除水中Cr(VI)的抑制作用,并初步探讨了淀粉稳定化nZVI对HA抑制作用的消除.结果表明,随着HA初始浓度由0增加大5,10,15,20,30mg/L,反应10min nZVI对Cr(VI)的去除效率分别达到91.9%,82.6%,78.6%,70.4%,70.0 %和69.4 %.可见,HA对nZVI去除Cr(VI)的影响是双方面的,一方面,HA会吸附在nZVI的表面,占据nZVI表面的活性反应部位,导致反应速率的下降;另一方面,HA表面带有大量的活性基团, 有较大的负电性,会起到一定传递电子的作用,进一步促进反应的进行.由于nZVI的比表面积较大,HA的吸附作用占据主导地位, 导致HA的加入对nZVI去除Cr(VI)反应产生明显的抑制作用. 适量淀粉(0.5g/L)的加入确实能够起到阻碍nZVI颗粒团聚和HA在nZVI颗粒表面吸附的作用,从而维持nZVI较高的反应活性,消除HA对nZVI去除Cr(VI)的抑制作用.     

纳米零价铁硫化改性对印染废水中锑的强化去除机制研究

针对目前印染废水中特征污染物锑难以达标的问题,采用纳米零价铁(nZVI)并对其进行硫化改性(S-nZVI),研究了nZVI在硫化改性前后的除锑性能变化及吸附机理.表征分析显示,硫化改性后形成的FeS_x会使材料形成不规则的、具有复杂形态的FeS_x及FeO_x表面,增大了材料的比表面积;其次,FeS_x可以提高电子的转移效率,促进氧化还原反应的发生,使得少部分Sb(V)被还原为更容易沉淀的Sb(OH)₃或FeSbO₃;同时由于硫元素的存在,形成的无定型态铁氧化物更为稳定,不易向结晶态转变,而无定型态铁氧化物对Sb(V)的吸附效果要远高于结晶态铁氧化物;此外,锑也可以与硫元素结合形成稳定的锑硫化合物而从废水中去除.实验结果表明,投加量为60 mg·L^-1的S-nZVI能够使初始浓度为200μg·L^-1 Sb(V)的模拟印染废水和实际印染废水中总锑浓度处理至排放标准(<50μg·L^-1),体现出S...     

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.     

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。     

Superior trichloroethylene removal from water by sulfide-modified nanoscale zero-valent iron/graphene aerogel composite

Sulfide-modified nanoscale zero-valent iron (S-nZVI) is a promising material for removal of organic pollutants from water, but S-nZVI nanoparticles (NPs) easily agglomerate and have poor contact with organic contaminants. Herein, we propose a new S-nZVI/graphene aerogel (S-nZVI/GA) composite which exhibits superior removal capability for trichloroethylene (TCE) from water. Three-dimensional porous graphene aerogel (GA) can improve the efficiency of electron transport, enhance the adsorption of organic pollutants and restrain the agglomeration of the core-shell S-nZVI NPs. The TCE removal rates of FeS, nZVI, GA and S-nZVI were 27.8%, 42%, 63% and 75% in 2?hr, respectively. Furthermore, TCE was completely removed within 50?min by S-nZVI/GA. The TCE removal rate increased with increasing pH and temperature, and TCE removal followed the pseudo-first-order kinetic model. The results demonstrate the great potential of S-nZVI/GA composite as a low-cost, easily separated and superior monolithic adsorbent for removal of organic pollutants.     

Performance of bimetallic nanoscale zero-valent iron particles for removal of oxytetracycline

In this study, bimetallic nanoscale zero-valent iron particles(nZVI), including copper/nanoscale zero-valent iron particles(Cu/nZVI) and nickel/nanoscale zero-valent iron particles(Ni/nZVI), were synthesized by one-step liquid-phase reduction and applied for oxytetracycline(OTC) removal. The effects of contact time and initial p H on the removal efficiency were studied. The as-prepared nanoscale particles were characterized by scanning electron microscopy(SEM), energy dispersive spectroscopy(EDS) and X-ray diffraction(XRD). Finally, the degradation mechanisms of OTC utilizing the as-prepared nanoparticles were investigated by using X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and mass spectrometry(MS). Cu/n ZVI presented remarkable ability for OTC degradation and removed71.44% of OTC(100 mg/L) in 4 hr, while only 62.34% and 31.05% of OTC was degraded by Ni/nZVI and nZVI respectively. XPS and MS analysis suggested that OTC was broken down to form small molecules by ·OH radicals generated from the corrosion of Fe0. Cu/nZVI and Ni/n ZVI have been proved to have potential as materials for application in OTC removal because of their significant degradation ability toward OTC.     

Kinetics of Solvent Blue and Reactive Yellow removal using microwave radiation in combination with nanoscale zero-valent iron

We investigated the efficiency and kinetics of the degradation of soluble dyes over the p H range 5.0–9.0 using a method employing microwave radiation in combination with nanoscale zero-valent iron(MW–n ZVI). The n ZVI particles(40–70 nm in diameter) were prepared by a liquid-phase chemical reduction method employing starch as a dispersant.Compared to the removal of Solvent Blue 36 and Reactive Yellow K-RN using only n ZVI,more rapid and efficient dye removal and total organic carbon removal were achieved using MW–n ZVI. The dye removal efficiency increased significantly with decreasing p H, but was negligibly affected by variation in the microwave power. The kinetics of dye removal by MW–n ZVI followed both an empirical equation and the pseudo first-order model, while the kinetics of dye removal using n ZVI could only be described by an empirical equation. It was also concluded that microwave heating of the dye solutions as well as acceleration of corrosion of n ZVI and consumption of Fe(II) were possible reasons behind the enhanced dye degradation.     

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.     

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.     

硫化纳米零价铁(S-nZVI)对水体中镉的去除研究

由于矿山开采、工业废水排放及农业施肥等人类活动,使得我国镉污染日益突出.本研究采用液相还原法制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),研究其对Cd的去除行为.考察了不同硫化剂、合成方法、S/Fe比(物质的量比)及pH对Cd去除的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)等技术对反应前后的材料进行表征,结合批实验结果探讨Cd的去除机理.结果表明,采用一步法以硫化钠(Na_2S)为硫化剂合成的S-nZVI对Cd的去除效率远高于其它方法,去除容量可达385.6 mg·g~(-1).反应120 min后,S-nZVI对Cd的去除率随S/Fe比的增加而升高,S-nZVI反应体系受pH影响较小.材料表征结果显示,S-nZVI颗粒由Fe~0、Fe_3O_4、FeS组成,其中,FeS的含量随S/Fe比的升高而增加.S-nZVI对Cd的去除机理主要是Cd将FeS中的Fe置换,与S结合形成稳定的CdS.     

生物炭负载纳米零价铁制备及修复六价铬污染土壤技术研究进展

近年来,纳米零价铁颗粒（nZVI）应用于Cr（Ⅵ）污染修复治理技术研究备受关注。生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@BC）作为纳米零价铁改性技术之一,具有低成本、易制备和修复效果优越等优点,但此技术应用于Cr（Ⅵ）污染土壤修复方面研究尚不多。生物炭（BC）主要通过植物秸秆热解生成,生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）则通过生物炭与纳米零价铁在热解-液相还原法或一步热解法合成。制备的nZVI@BC能够有效解决纳米零价铁团聚和钝化等缺点,显著提高纳米零价铁（nZVI）利用率。综述了生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）应用于修复Cr（Ⅵ）污染土壤反应机理和研究进展,总结出提升该材料性能的途径有:通过调整BC热解条件和改性BC以提升BC性能;适当的质量比（BC/nZVI）;使用聚乙二醇（PEG）、羧甲基纤维素（CMC）、污泥衍生的BC和茶多酚（TP）提高nZVI稳定性。nZVI@BC材料能够提高土壤中有机质含量,在Cr（Ⅵ）修复治理方面极具应用前景。     

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%.