纳米Fe3O4负载的浮游球衣菌去除重金属离子的工艺研究

以纳米Fe₃O₄负载浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）制备复合生物吸附剂,对此吸附剂进行表征并考察了其吸附水中重金属离子的性能.红外光谱分析表明,此复合生物吸附剂表面的主要活性基团为酰胺基（—CONH—）和羟基（—OH）.吸附性能研究表明,菌含量和流量是影响复合生物吸附剂吸附重金属离子的主要因素,在Cu²⁺初始浓度c₀<20 mg/L,菌含量1.5 g/L（菌/ Fe₃O₄＝3∶2）,流量0.96 L/h 时吸附剂对Cu²⁺的吸附效果最好;用稀盐酸对复合生物吸附剂进行再生,吸附剂可重复使用10次以上,再生液可重复使用3次; 吸附选择性为：Pb²⁺ > Cu²⁺ > Zn²⁺>Cd²⁺.     

纳米Fe3O4负载的浮游球衣菌去除Cr(Ⅵ)的研究

以纳米Fe3O4负载浮游球衣菌(Sphaerotilus natans)为复合生物吸附剂,考察了其对Cr(Ⅵ)的吸附性能,并对生物吸附机理进行了初步研究.结果表明,pH值是影响复合生物吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的主要因素,吸附的最佳pH为2～3;用此复合生物吸附剂对Cr(Ⅵ)进行吸附,其单位吸附量为0.0217 mmol/g.用HCl对其进行再生,再生率在90%以上;-CONH2和-NH-是菌体吸附Cr(Ⅵ)的主要活性基团,静电吸引是复合生物吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的主要机理之一.     

壳-核结构Fe3O4/MnO2磁性吸附剂的制备、表征及铅吸附去除研究

采用共沉淀法制备了具有壳-核结构的磁性吸附剂Fe₃O₄/MnO₂,对其性质进行了系统表征,并对其铅吸附行为进行了初步研究.透射电镜(TEM)结果表明,Fe₃O₄/MnO₂为大小不规则的纳米级细小颗粒.X-射线衍射仪(XRD)表征结果表明,Fe₃O₄/MnO₂具有尖晶石的结构.振动样品磁强计(VSM)测得比饱和磁化强度为54.7 A·m²·kg^-1, 吸附剂磁性较强,易于磁分离;BET比表面积为76.5 m²·g^-1.吸附试验结果表明,Fe₃O₄/MnO₂对铅具有良好的去除效果(特别是在低平衡浓度情况下),最大吸附量为142.0 mg·g^-1(pH=5.0);Langmuir等温线能更好地拟合Fe₃O₄/MnO₂对溶液中铅的吸附(R²=0.852);吸附速率较快,在初始30 min内可达到平衡吸附量的80%,准二级动力学模型(R²=0.959)能较好地描述吸附过程;溶液pH对Fe₃O₄/MnO₂吸附铅的影响较为明显,随pH升高,吸附量增大,但离子强度变化对吸附影响不大.     

邯郸市PM2.5-O3复合污染特征及相互影响研究

本研究在河北工程大学监测站点开展了大气中56种VOCs、NO_x以及气象参数的长期在线监测,结合2013—2019年国控站的在线监测数据,对邯郸市PM_2.5-O₃复合污染特征进行分析.结果表明,邯郸市2013—2019年复合污染天数波动较大,近几年呈现增加趋势,且集中在每年的春夏季.2013—2017年复合污染天数峰值均出现在6月,2018年和2019年出现在3月和4月.气象因素分析结果表明,温度、湿度和气压对邯郸市复合污染影响较明显,当温度为21.0~29.0℃、湿度较高、气压偏低的条件下,更容易发生复合污染,而风速对邯郸市复合污染影响较小.对PM_2.5与O₃相互作用分析发现,冬季高浓度PM_2.5对O₃有抑制作用,夏季PM_2.5浓度不超标时,O₃浓度随其升高而上升,PM_2.5浓度超标后变化趋势相反,当PM_2.5浓度大于125 μg·m^-3时不再出现PM_2.5-O₃复合污染.虽然近年来PM_2.5、SO₂和NO₂浓度下降,但二次转化率依然较高甚至有加强趋势.利用VOCs/NO_x值分析邯郸市O₃生成敏感性,结果显示邯郸市春冬季属于VOCs控制到NO_x控制的过渡区,夏秋季属于NO_x控制区,且复合污染日VOCs/NO_x值（6.3）最小,清洁日（9.3）最大.复合污染时NO₃^-和OC浓度较高,OC/EC值与其他污染日相比最大,说明复合污染时二次污染严重,有效治理PM_2.5-O₃复合污染必须减排能同时形成O₃和二次有机气溶胶的高活性有机物.     

超顺磁性纳米Fe3O4@SiO2功能化材料对镉的吸附机制

含镉废水的处理对于重金属镉的排放控制具有重要的意义.通过共沉淀法制备出了超顺磁性纳米Fe₃O₄@SiO₂功能化材料（MFS）,采用等温吸附实验和动力学实验方法研究了MFS对Cd²⁺的吸附热力学和动力学特征,并借助BET、XRD和SEM等结构表征研究了MFS对Cd²⁺吸附过程及机制.结果表明,MFS对Cd²⁺有较好的吸附效果,Langmuir方程能极好地描述吸附等温特征,最大吸附容量值为69.49 mg·kg^-1;吸附反应的自由能变ΔG、焓变ΔH和熵变ΔS表明MFS材料对Cd²⁺的吸附是自发、吸热和熵增的过程;反应体系最佳初始pH为7;溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-、Ca²⁺和NO₃^-这4种干扰离子对吸附反应存在一定的抑制作用;拟二级动力学模型表明MFS对Cd²⁺的吸附过程分为快速的外扩散阶段与缓慢的内扩散阶段;MFS吸附Cd²⁺后经洗脱再生,材料重复使用3次后对Cd²⁺去除率仍达73%以上.BET、XRD、FTIR和VSM结构表征表明SiO₂成功修饰在Fe₃O₄表面,MFS主要成球状,平均粒径为38.7 nm,饱和磁化强度为85.38 emu·g^-1;XRD、EDS和XPS图谱揭示Cd²⁺被成功吸附到材料上,主要机制为Cd²⁺与材料表面的—OH发生配位反应.     

磁性吸附材料CuFe2O4吸附砷的性能

根据Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)都对砷有较强的亲和性,制备了同时含有Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的、可用磁分离方法进行分离回收的磁性吸附材料CuFe₂O₄,并对其进行了表征及吸附砷的性能研究.结果表明,该吸附剂对砷的吸附能力与溶液pH有关,在弱酸性及中性条件下,吸附砷的能力最强,而对As(V)的吸附能力比对As(Ⅲ)更强些,在平衡浓度为10μg/L时,其吸附容量可达10mg/g左右,可以很容易地将水中浓度为1～20mg/L的As(V)降到10μg/L以下.实验考察了几种无机阴离子对吸附砷的影响,表明较高浓度(砷浓度的20倍)的硫酸盐对As(Ⅲ)和As(V)的吸附均有一定影响,盐酸盐及磷酸盐则影响不明显;负载的As(V)可较容易地用0.1mol/L NaOH洗脱下来,使吸附剂再生,而As(Ⅲ)则难以洗脱,这与2种价态砷的吸附机理不同有关.     

磁性核壳CoFe2O4@SiO2@PIL-AO复合材料的制备及其吸附U (VI)性能研究

通过化学合成法制备了磁性核壳CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO复合材料,采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对其进行了表征,研究了溶液pH、吸附时间、U （VI）初始浓度和温度等参数对U （VI）吸附性能的影响.实验结果表明：在c₀=0.2 mg·L^-1、pH=6.00±0.05、T=298.15 K、m=0.02 g和t=8 h的条件下,CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO对U （VI）的吸附作用最强,吸附率达到了97.54%;CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO吸附U （VI）是一个自发进行的吸热反应,U （VI）吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich模型;CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO复合材料具有良好的可循环使用性,循环使用5次后它对U （VI）的吸附容量没有明显下降,可重复使用.     

草粉担载Na2CO3可逆脱硫吸附剂的制备及脱硫活性

通过浸渍方法,制备了5%～90%(质量分数)担载量Na₂CO₃/草粉脱硫剂.实验结果表明,较小的草粉粒度(≤0.28mm)和较低的气体流量(40mL/min)有利于SO₂脱除,但是脱硫温度(70℃～300℃)对脱硫效果影响不大.利用XRD,SEM,ATR-IR等分析手段,研究了草粉改性Na₂CO₃脱硫吸附剂的机理.实验证明:改性Na₂CO₃吸附剂高效脱硫的机理主要在于吸附剂表面结构的无定形态,因而具有比较大的比表面积(12.14m²/g)和孔体积(0.093cm³/g).     

磁性CeO2-Fe3O4复合材料光催化/吸附去除水中As(III)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO₂半导体的光催化活性及CeO₂和Fe₃O₄对As（V）的强亲和力,合成了双组份磁性CeO₂-Fe₃O₄复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始pH值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O₂^-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As（Ⅲ）能完全被氧化为毒性较低的As（V）,同时将As（V）高效吸附于CeO₂-Fe₃O₄粒子表面.在中性条件下,CeO₂-Fe₃O₄粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g^-1.共存离子Cl^-和SO₄^2-对As（V）的吸附没有显著影响,而CO₃^2-、SiO₃^2-和PO₄^3-与As（V）存在明显的竞争吸附,使As（V）的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As（V）的吸附以化学吸附为主导.CeO₂-Fe₃O₄复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

负载NH4+-N生物炭对土壤N2O-N排放和NH3-N挥发的影响

利用生物炭吸附面源污染水体NH₄⁺-N并将其进行还田可实现此氮资源由水体到农田的安全有效迁移,而探索负载NH₄⁺-N生物炭对N₂O-N排放和NH₃-N挥发的影响则对于减施化肥和降低土壤氮素损失意义重大.本研究采用土柱试验,设置4个处理：对照（不施氮肥,CK）、单施化肥（NPK）、负载氮+化学磷钾肥（N-BC+PK）和生物炭+化肥（BC+NPK）.结果表明,相较NPK和BC+NPK处理,N-BC+PK处理N₂O-N累积排放量、NH₃-N累积挥发量、气态氮素累积损失量（以N计）分别显著降低了33.62%和24.64%、70.64%和79.29%、64.97%和73.75%（P<0.05）.特别需要说明的是,BC+NPK处理相比NPK处理显著增加了NH₃-N累积挥发量（P<0.05）.综上所述,负载NH₄⁺-N生物炭可显著减少N₂O-N排放和NH₃-N挥发,且其减排效果显著优于传统的生物炭化肥配施.本研究结果将为富营养化水体NH₄⁺-N农田回用和土壤气态氮素减排提供理论依据和数据支持.     

浮游球衣菌去除废水中Pb2+的研究

以浮游球衣菌为生物吸附剂,考察了菌铅比、pH、温度和时间等因素对Pb²⁺吸附的影响.结果表明,浮游球衣菌对Pb²⁺有很好的吸附效果,该过程10min内即可达到吸附平衡,且温度对吸附效果影响不大.当pH5.5,菌含量0.6 g/L,铅离子初始浓度不大于20 mg/L时,Pb²⁺去除率近100%,浮游球衣菌最大单位吸附量为2.1 mmol/g干菌体.浮游球衣菌对0～60 mg/LPb²⁺的吸附符合Freundlich方程.HCl和EDTA溶液可有效地将Pb²⁺从菌体上解吸下来并可重复使用.     

Nano-sized Fe2O3/Fe3O4 facilitate anaerobic transformation of hexavalent chromium in soil–water systems

The purpose of this study is to investigate the effects of nano-sized or submicro Fe_2O_3/Fe_3O_4 on the bioreduction of hexavalent chromium(Cr(VI)) and to evaluate the effects of nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 on the microbial communities from the anaerobic flooding soil.The results indicated that the net decreases upon Cr(VI) concentration from biotic soil samples amended with nano-sized Fe_2O_3(317.1 ± 2.1 mg/L) and Fe_3O_4(324.0 ± 22.2 mg/L) within21 days,which were approximately 2-fold of Cr(VI) concentration released from blank control assays(117.1 ± 5.6 mg/L).Furthermore,the results of denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE) and high-throughput sequencing indicated a greater variety of microbes within the microbial community in amendments with nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 than the control assays.Especially,Proteobacteria occupied a predominant status on the phylum level within the indigenous microbial communities from chromium-contaminated soils.Besides,some partial decrease of soluble Cr(VI) in abiotic nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 amendments was responsible for the adsorption of nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 to soluble Cr(VI).Hence,the presence of nano-sized Fe_2O_3/Fe_3O_4 could largely facilitate the mobilization and biotransformation of Cr(VI) from flooding soils by adsorption and bio-mediated processes.     

Sphaerotilus natans对Zn~(2+)吸附的研究

以球衣菌作为生物吸附剂,研究了球衣菌对Zn2+吸附过程中的影响因素,包括吸附时间,pH,菌龄等。结果表明:Zn2+浓度为1.0mg/L,菌体浓度为0.5g/L,菌龄32h,pH7.0,吸附时间30min时,吸附的效果最好,吸附率达到77.2%,吸附量为3.86mg/g。吸附作用是一个快速的过程,30min就基本达到平衡。     

聚合多巴胺包覆的磁性微球吸附Cr(Ⅵ)

用聚合多巴胺(PDA)包覆溶剂热法制备Fe_3O_4磁性微球,得到Fe_3O_4@PDA复合材料,并采用红外光谱、扫描电镜、透射电镜对复合材料进行表征。同时,对Fe_3O_4@PDA吸附溶液中六价铬(Cr(Ⅵ))的性能进行研究,考察了溶液pH对其吸附性能的影响。结果表明:Fe_3O_4@PDA在溶液pH为3.0时对Cr(Ⅵ)有较好的吸附性能,其吸附动力学数据符合伪二级动力学方程,等温吸附符合Langmuir吸附模型,最大吸附容量达到108.8 mg/g,热力学实验计算出的吉布斯自由能为负值,表明Cr(Ⅵ)在Fe_3O_4@PDA的吸附为自发过程。     

Cr(VI) removal from aqueous solution with bamboo charcoal chemically modified by iron and cobalt with the assistance of microwave

Bamboo charcoal (BC) was used as starting material to prepare Co-Fe binary oxideloaded adsorbent (Co-Fe-MBC) through its impregnation in Co(NO3)2 , FeCl3 and HNO3 solutions simultaneously, followed by microwave heating. The low-cost composite was characterized and used as an adsorbent for Cr(VI) removal from water. The results showed that a cobalt and iron binary oxide (CoFe2O4 ) was uniformly formed on the BC through redox reactions. The composite exhibited higher surface area (331 m2/g) than that of BC or BC loaded with Fe alone (Fe-MBC). The adsorption of Cr(VI) strongly depended on solution pH, temperature and ionic strength. The adsorption isotherms followed the Langmuir isotherm model well, and the maximum adsorption capacities for Cr(VI) at 288 K and pH 5.0 were 35.7 and 51.7 mg/g for Fe-MBC and Co-Fe-MBC, respectively. The adsorption processes were well fitted by the pseudo second-order kinetic model. Thermodynamic parameters showed that the adsorption of Cr(VI) onto both adsorbents was feasible, spontaneous, and exothermic under the studied conditions. The spent Co-Fe-MBC could be readily regenerated for reuse.     

生物吸附剂ZL5-2对Cr(Ⅵ)的吸附机理

为测定环境样品中氯菊酯农药残留,用活泼酯法将氯菊酯半抗原(Py)与卵白蛋白(OVA)偶联,制备合成抗原Py-OVA作包被原,建立间接竞争酶联免疫吸附测定法.方阵滴定确定了抗血清最佳稀释度(1∶2 500),包被抗原的最适工作浓度0.45μg/mL,并建立了标准工作曲线.工作曲线表明在10～800μg/L浓度范围内呈良好的线性关系,回收率>97%.     

草酸改性杨树叶对六价铬的吸附性能

利用草酸改性杨树叶为试验材料,对溶液中六价铬进行吸附去除。试验结果表明:当p H=2,吸附剂剂量为0.3 g,反应时间为120 min时,该材料对50 m L浓度为50 mg/L含铬废水的去除率达99.1%;伪二级动力学方程能较好地拟合该材料对Cr(VI)的吸附动力学过程,揭示其吸附主要是离子交换吸附;Langmuir方程能较好模拟该材料对Cr(VI)的等温吸附过程,表明其吸附主要是单分子层吸附,最大吸附量为40.91 mg/g。热力学研究表明,Cr(VI)在该材料表面的吸附是一个自发、吸热的物理吸附过程。     

新型生物吸附剂去除水中六价铬的研究

以Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．Ｇｘ４－１发酵培养得到的细菌胞外聚合物作吸附剂，研究其对水中重金属Ｃｒ（ＶＩ）的吸附，吸附剂对Ｃｒ（ＶＩ）吸附的最佳ｐＨ初值为０．５～２．０。Ｃｒ（ＶＩ）的吸附分三个阶段：５ｍｉｎ达７５％的快速吸附阶段；１０～４０ｍｉｎ达表现一级反应动力学吸附阶段；５０ｍｉｎ以的趋于平衡，吸附过程符合Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ和Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温方程。     

可渗透反应复合电极法对铬(Ⅵ)污染土壤的电动修复

将Fe0、沸石等活性材料附着在电极上构成可渗透反应复合电极,以Cr(Ⅵ)污染土壤为处理对象,对电动修复过程中可渗透反应复合电极法对土壤pH的控制、Cr的去除效果以及形态变化进行了研究.结果表明,添加可渗透反应材料的复合电极法比单一电极法无论在土壤pH控制还是Cr的去除方面都有明显的改善和提高,其中以在阳极同时添加Fe0和沸石效果最为显著.在施加2 V.cm-1的直流电压,运行5 d后,相比在阳极单纯添加沸石或Fe0可渗透反应层,添加"Fe0+沸石"反应层能在最大程度上减小阳极土壤pH值的波动,可将土壤pH值控制在5.5～8.5范围内,土壤中任意位置Cr(Ⅵ)的去除率可提高到97%以上,土壤中残留的Cr(Ⅲ)更少,可渗透反应层对Cr的截留量可分别提高8倍和1.8倍,并将98%的Cr(Ⅵ)转化为低毒的Cr(Ⅲ).研究结果为开发具有实用意义的可渗透反应复合电极修复技术提供了理论依据.