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.     

硫化纳米零价铁对PCB153的降解研究

硫化纳米零价铁(S-nZVI)是近年来兴起的一种纳米零价铁改性材料,已有研究发现其在重金属污染物去除方面具有较好的效果,而有关其对多氯联苯(PCBs)的反应活性目前尚未见报道.因此,本研究对比了采用前置硫化合成法制备的S-nZVI(S/Fe=0.103)、纳米零价铁(nZVI)和羧甲基纤维素稳定纳米零价铁(CMC-nZVI)3种纳米零价铁材料降解六氯联苯PCB153的反应动力学,研究了pH值、阴离子、腐殖酸(HA)等因素对该反应的影响,分析了反应前后材料表面性质的变化,探讨了脱氯路径和反应机理.结果表明,3种纳米零价铁材料对PCB153的降解反应符合准一级动力学,降解机理相似,降解效果依次为CMC-nZVInZVIS-nZVI.硫化改性降低了nZVI去除PCB153的反应活性,S-nZVI表面的硫铁化物并未直接参与PCB153降解反应,S-nZVI反应活性低的原因可能是硫铁化物的形成损耗了一部分Fe~0的还原能力.此外,与CMC-nZVI、nZVI不同,高pH更有利于S-nZVI对PCB153的降解,阴离子和HA对3种纳米零价铁活性的影响规律相似.研究结果可为S-nZVI在持久性有机污染物降解中的应用提供理论依据和技术支持.     

活性炭及硫化双因素改性纳米零价铁去除溶液中Cr(Ⅵ)的特性及条件优化研究

采用两步液相还原法制备了活性炭及硫化双因素改性的纳米零价铁材料(S-nZVI@AC)，并采用SEM-EDS、BET、XPS对材料表面形貌、元素特征等进行了表征分析.结果表明，纳米零价铁优先负载于活性炭较小孔洞中，而硫化则以材料表面纳米零价铁为主.以2 g·L^-1的投加量处理200 mL浓度为50 mg·L^-1的Cr(Ⅵ)溶液，探究了S-nZVI@AC的反应特性.结果表明双因素改性协同促进了材料中铁的高效稳定溶出，反应过程受化学吸附限速.在一定范围内，Cr(Ⅵ)的去除率随Fe/C质量比、S/Fe物质的量的比及溶液初始pH各因素水平的上升，呈现出先升高后降低的趋势.采用响应面法探讨上述3个因素的交互作用并进行条件优化，结果表明：各因素对材料去除Cr(Ⅵ)效率均有显著影响，强弱顺序为S/Fe物质的量的比>Fe/C质量比>pH.其中，Fe/C质量比与pH的交互作用以及S/Fe物质的量的比与pH的交互作用对材料去除Cr(Ⅵ)效率影响显著.在最佳条件下(Fe/C质量比为1.16,S/Fe物质的量的比为0.12,pH为5.92),S-nZVI@...     

海泡石负载型纳米零价铁对水中Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的去除研究

针对日益突出的水体重金属污染问题,采用液相还原法制备海泡石负载纳米零价铁(S-nZVI),并研究其对Cu(II)、Zn(II)的去除效果.同时,利用比表面积与孔径分析(BET)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对制备出的材料进行表征,研究pH、S-nZVI投加量、重金属离子溶液初始浓度对去除率的影响,拟合S-nZVI材料去除Cu(II)、Zn(II)的动力学模型和吸附等温模型,并对反应后的S-nZVI进行回收及再生.结果表明,液相还原法可以成功制备出S-nZVI,且颗粒分布均匀.在60 min左右,S-nZVI对Cu(II)、Zn(II)的去除达到平衡.Cu(II)、Zn(II)的去除率随着pH值的升高而升高.当Cu(II)、Zn(II)溶液初始浓度为20 mg·L~(-1)时,最佳S-nZVI投加量分别为0.030、0.050 g,此时去除率分别为98.98%、98.97%.当Cu(II)浓度为90 mg·L~(-1)时,S-nZVI材料对Cu(II)的去除量最大,为127.57 mg·g~(-1);对Zn(II)来说,当浓度为110 mg·L~(-1)时去除量最大,为109.13 mg·g~(-1).去除过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型.S-nZVI可通过外加磁场进行回收,5次再生处理后其对Cu(II)、Zn(II)的去除率仍维持在96.84%、80.25%.实验结果显示,S-nZVI在废水除Cu(II)、Zn(II)领域具有很好的应用前景.     

FeS去除废水中Cr(Ⅵ)的效能研究

该文通过沉淀法制备了FeS,并利用SEM及XRD对其表征,通过批实验进行了FeS去除水中Cr(Ⅵ)的研究,主要考察了温度、pH、FeS投加量及初始Cr(Ⅵ)浓度对Cr(Ⅵ)去除效率的影响。结果表明:Cr(Ⅵ)的去除效率随着温度的升高以及溶液pH值的降低而升高;当Cr(Ⅵ)为30mg/L时,FeS的最佳投加量为0.2g/L。FeS与Cr(Ⅵ)的反应符合假一级反应动力学模型,表观活化能为21.78kJ/mol。     

绿色合成纳米铁同时去除水体中的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)

植物提取液绿色合成纳米铁是用于环境修复最有潜力的技术之一.本文利用苦丁茶提取液绿色合成纳米铁(Fe NPs),考察了Fe NPs去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的性能,同时,比较了不同温度对Fe NPs去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响.结果表明,在p H=3.5、温度303 K、Fe NPs投加量为2.0 g·L-1的条件下,反应60 min后,Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)复合溶液中Pb(Ⅱ)的去除率为91.0%,Cd(Ⅱ)的去除率达31.4%,而单独的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)溶液中,Pb(Ⅱ)的去除率高达93.8%,Cd(Ⅱ)的去除率高达41.7%.根据Fe NPs对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)反应前后的表征结果和Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除动力学的研究结果表明,Pb(Ⅱ)的去除反应遵循伪一级动力学,而Cd(Ⅱ)的去除遵循伪二级动力学,去除机理可能是Fe NPs对Pb(Ⅱ)起到还原、吸附作用,而对混合液中的Cd(Ⅱ)起到吸附作用.     

FeS-Fe0纳米复合材料活化过硫酸盐降解双酚S的研究

双酚S(BPS)是一种新兴的内分泌干扰物,在环境中广泛存在,并对自然环境和人体健康有严重危害。制备了FeS-Fe⁰纳米复合材料作为催化剂,明确了FeS-Fe⁰纳米复合材料活化PS体系(FeS-Fe⁰/PS体系)的反应条件对去除BPS的影响,包括材料中FeS与Fe⁰摩尔比、材料投加量、PS浓度、溶液初始pH值等,并应用X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等技术表征该复合材料,通过反应体系对比实验、Fe离子溶出实验、PS的消耗实验、猝灭实验、电子顺磁共振波谱检测,探究了FeS-Fe⁰纳米复合材料的活化机理。实验结果表明:FeS-Fe⁰/PS体系降解BPS的最优条件为溶液初始pH=3、FeS与Fe⁰摩尔比1∶25、材料投加量0.10 g/L、PS浓度1.0 mM;FeS-Fe⁰/PS体系中产生的硫酸根自由基(SO₄^·-)和羟基自由基(HO·)可降解BPS,且HO·占主导作用;FeS-Fe⁰纳米复合材料表面的FeS促进了铁离子的溶出和循环,因此其活化能力优于纳米零价铁。     

磷酸改性生物炭负载硫化锰去除废水中重金属镉

采用磷酸作为活化剂对黍糠生物炭进行改性,得到富含活性官能团的功能性生物炭（fCBC）,并将其作为硫化锰（MnS）的载体,最终成功制备出硫化锰负载的磷酸改性生物炭（MnS-fCBC）,可用于水体中镉（Cd）的高效去除.系统评价了初始浓度、初始pH值以及MnS-fCBC投加量对于吸附反应的影响. MnS-fCBC表现出优越的吸附Cd的能力,在初始Cd浓度为200mg/L、pH=6和投加量1g/L的条件下,MnS-fCBC对于Cd的吸附容量最大,达145.15mg/g.吸附反应受pH值影响显著,在偏酸性条件下能取得较好的去除效果.通过X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪（Raman）对MnS-fCBC进行结构表征分析,结合批次试验探讨了Cd的去除机理.结果表明,表面络合和化学沉淀是Cd去除的主要机理.材料的回用性能试验显示,在5次循环使用后,材料依然有较高的Cd去除能力,表明其具有较高的可重用性.因此,MnS-fCBC可作为一种高效的Cd吸附剂,应用于含Cd废水处理.     

Fe(Ⅲ)催化氧化S(Ⅳ)机理及其动力学

为了探索Fe3 催化氧化S(Ⅳ)的反应动力学规律,实验考察了pH、Fe3 浓度、S(Ⅳ)浓度、温度对反应动力学的影响.结果表明,Fe3 催化氧化S(Ⅳ)过程中动力学控制步骤为Fe2 的氧化,且pH在0～3范围内,氧化速率随着H 浓度的升高而降低;Fe3 浓度为0～0.01 mol·L-1时,氧化速率随Fe3 浓度的增加而加快,继续增加Fe3 浓度,氧化速率没有明显变化;S(Ⅳ)浓度为0～0.1 mol·L-1时,氧化速率随S(Ⅳ)浓度的增加而加快.由实验数据得到了氧化速率公式.反应速率在20～40 ℃范围内随温度升高而加快,反应活化能约为13kJ·mol-1.在实验基础上推测反应为自由基链反应机理.     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸钠深度处理工业园区污水处理厂出水

采用Fe(Ⅱ)活化过硫酸钠(PS)技术对工业园区污水处理厂出水进行深度处理,通过响应曲面法考察了PS/COD、Fe(Ⅱ)/PS和pH对COD和TOC去除率的单独和联合效应.利用紫外-可见扫描、凝胶色谱及三维荧光等手段表征深度处理前后的有机物特性变化.结果表明,PS/COD和Fe(Ⅱ)/PS对COD去除影响极显著;而PS/COD、Fe(Ⅱ)/PS和pH对TOC去除均有显著影响.PS/COD和pH联合效应对COD去除影响显著.最优工艺条件PS/COD比3.47、Fe(Ⅱ)/PS比3.32、pH 6.5时,COD和TOC去除率为50.7%和60.6%.Fe(Ⅱ)-PS氧化能将大分子有机物转化为小分子,削减类蛋白质、类富里酸和类腐殖酸的含量.     

新生态铁的混凝作用探索

利用双氧水和亚铁瞬时反应制备新生态铁作为混凝剂,采用杯罐试验确定了最优制备条件老化时间、酸的添加量、n(H2O2)/n(Fe),并且通过对比新生态铁、硫酸铁、聚合硫酸铁分别对浊度、UV254吸光度的去除效果、沉后水Zeta电位来衡量新生态铁的混凝效果并推测其可能的反应机制.结果表明,老化时间对新生态铁的除浊效果影响极小,可忽略不计;添加酸浓度为[H+]=0.1 mol.L-1时制备出的新生态铁混凝效能最佳;提高n(H2O2)/n(Fe)可显著增强新生态铁的混凝效果,最为经济有效的摩尔比值为0.55.新生态铁对浊度的去除效果与硫酸铁、聚合硫酸铁相近;对UV254吸光度有机物的去除率比Fe2(SO4)3高20%～44%;沉后水Zeta电位随新生态铁投量增加逐渐趋近于0 mV,电中和作用较强.新生态铁是一种具有开发价值的新型混凝剂,老化时间极短,过程简化,原料价格低廉,对浊度、UV254吸光度去除效果较好.     

基于反硝化脱氮的硫铁复合填料除磷机制

为提高硫铁复合填料反硝化脱氮同步除磷效果,对比研究了不同填料和耦合微生物后的除磷效果,分析了微生物耦合硫铁复合填料反硝化脱氮同步实现除磷的机制.结果表明与单纯海绵铁填料比较,硫磺与海绵铁复合填料除磷效率提高30%,达到95%以上,出水磷含量可降至0.1 mg·L~(-1)以下.X射线衍射(XRD)和总铁浓度分析表明,硫铁复合填料除磷系统反应产物主要为FeOOH、FeS和Fe_4(PO_4)_3(OH)_3固体物质和溶解性铁离子,产生于海绵铁的腐蚀和除磷过程;腐蚀产生的Fe~(2+)及Fe~(3+)的水解产物FeOOH和Fe S通过吸附沉淀作用将PO_4~(3-)转化为Fe_4(PO_4)_3(OH)_3去除.微生物耦合硫铁炭复合填料反应器运行稳定后,TN、TP去除率分别在90%左右和83%以上;硫自养反硝化产生的H~+和生物铁作用也可以促进海绵铁腐蚀和除磷过程,体系将"异养协同自养"复合反硝化与化学除磷有机结合,实现了城市污水处理厂尾水高效反硝化脱氮同步除磷的目的.     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌介导的次生铁矿物形成的影响因素分析

酸性矿山废水(AMD)具有酸度高并含有大量可溶性Fe、硫酸根及重(类)金属的特点,采用生物矿化法促使AMD中Fe向羟基硫酸铁次生矿物转变,对AMD后期石灰中和减少氢氧化铁和废石膏的产生,提高中和效率具有实际意义.本研究模拟AMD,考察了初始pH、Fe~(2+)浓度、Fe/Na摩尔比对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)体系中Fe~(2+)氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相的影响.结果表明,高浓度Na~+会抑制A.ferrooxidans的氧化能力,当Na~+浓度在A.ferrooxidans耐受范围内时,其不影响Fe~(2+)氧化及总Fe沉淀去除效果,表现在160、80、20 mmol·L~(-1)的Fe~(2+)分别在72、48、48 h内被完全氧化,培养至终点时平均总Fe沉淀率分别为20.04%、16.43%、0.99%.此外,在Fe~(2+)浓度为160mmol·L~(-1)体系中,当Fe/Na摩尔比为1.0、2.0时,pH为2.0~2.6时获得次生铁矿物均为纯净施氏矿物.而当Fe/Na摩尔比降至0.5时,次生铁矿物的合成途径开始向黄钠铁矾转移,且其特征衍射峰随着Na~+浓度提高而愈加显著.本研究结果可为生物合成次生铁矿物工艺的优化及其在AMD治理领域的有效应用提供必要的参数支撑.     

纳米Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,在Fe3O4/Ce O2-H2O2非均相类Fenton体系中对目标污染物的降解进行研究,考察催化剂的催化效果和温度、p H、H2O2投加量等因素对催化剂催化效果的影响.结果表明,以纳米Fe3O4/Ce O2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/Ce O2的催化效果不断提高;在偏酸性环境中,p H越低催化效果越好,p H=2时反应去除效率可达96.67%;随着H2O2投加量的增加,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为15 mg·L-1时去除效果最好可达99.47%;随着催化剂投加量的增加,同样出现了处理效果先升高后降低的现象,投加量为0.5 g·L-1时催化效果最好可达99.64%.在以纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂的非均相类Fenton体系中,3,4-二氯三氟甲苯的降解符合一级反应动力学,反应所需活化能较低只需30.26 k J·mol-1.     

Fe(0)-活性炭强化短程反硝化脱氮及影响因素

为减少生物短程反硝化对外碳源的依赖,研究了无机环境下Fe(0)-活性炭强化短程反硝化的脱氮效果,并探究了不同铁碳比及初始pH值对系统脱氮效果及N+2O释放的影响.结果表明Fe(0)-活性炭可强化生物短程反硝化,将亚硝氮去除率由7.4%提高到31.1%.当m(铁)∶m(碳)由2∶1降至1∶1和1∶2时,反硝化速率与亚硝氮去除率均呈现先升后降的趋势,m(铁)∶m(碳)为1∶1时达到最大,分别为5.58 mg·(g·h)~(-1)与41.1%,且此时N+2O的释放量较小,为0.10 mg.当pH值由6.0升至9.0的过程中,反硝化速率由7.39 mg·(g·h)~(-1)下降至5.96 mg·(g·h)~(-1),N+2O的释放量由0.19 mg下降至0.12 mg.以上结果表明,在m(铁)∶m(碳)为1∶1和pH为弱酸性的条件下,Fe(0)-活性炭能强化短程反硝化获得较好的脱氮效果,但低pH值会增加N+2O的释放量.     

Removal of tetracycline from water by Fe-Mn binary oxide

Significant concerns have been raised over the presence of antibiotics including tetracyclines in aquatic environments. A series of Fe-Mn binary oxide with different Fe:Mn molar ratios was synthesized by a simultaneous oxidation and coprecipitation process for TC removal. Results showed that Fe-Mn binary oxide had higher removal efficiency than that of hydrous iron oxide and hydrous manganese oxide, and that the oxide with a Fe:Mn molar ratio of 5:1 was the best in removal than other molar ratios. The tetracycline removal was highly pH dependent. The removal of tetracycline decreased with the increase of initial concentration, but the absolute removal quantity was more at high concentration. The presence of cations and anions such as Ca²⁺, Mg²⁺, CO₃^2- and SO₄^2- had no significant effect on the tetracycline removal in our experimental conditions, while SiO₃^2- and PO₄^3- had hindered the adsorption of tetracycline. The mechanism investigation found that tetracycline removal was mainly achieved by the replacement of surface hydroxyl groups by the tetracycline species and formation of surface complexes at the water/oxide interface. This primary study suggests that Fe-Mn binary oxide with a proper Fe:Mn molar ratio will be a very promising material for the removal of tetracycline from aqueous solutions.     

Fe/Zn-TMS体系吸收去除催化裂化干气中H2S的性能

本研究采用FeCl3·6H2O、ZnCl2和环丁砜(TMS)复配形成的Fe/Zn-TMS体系脱除催化裂化(FCC)干气中的H2S,并用30%H2O2氧化再生Fe/Zn-TMS体系.同时,研究了各活性成分比例、吸收液体积浓度、吸收液pH值等对脱硫效率的影响,以及H2O2用量、吸收富液pH值对Fe2+氧化率的影响.结果表明,n(FeCl3·6H2O)∶n(ZnCl2)∶n(TMS)为0.45∶0.55∶1,吸收液pH为0.75,体积浓度(W)为50%的条件下能长时间高效脱硫,最高脱硫率达99.9%;在n(Fe2+)∶n(H2O2)为2∶1,吸收富液pH为0.65的条件下,Fe2+氧化率达96.7%.体系可循环使用3次,且能耗低、操作简单.     

Decontamination of alachlor herbicide wastewater by a continuous dosing mode ultrasound/Fe2+/H2O2 process

We used a ultrasound/Fe2+/H2O2 process in continuous dosing mode to degrade the alachlor.Experimental results indicated that lower pH levels enhanced the degradation and mineralization of alachlor. The maximum alachlor degradation(initial alachlor concentration of 50 mg/L) was as high as 100% at pH 3 with ultrasound of 100 Watts, 20 mg/L of Fe2+, 2 mg/min of H2O2 and 20℃ within60 min reaction combined with 46.8% total organic carbon removal. Higher reaction temperatures inhibited the degradation of alachlor. Adequate dosages of Fe2+and H2O2 in ultrasound/Fe2+/H2O2process not only enhance the degradation efficiency of alachlor but also save the operational cost than the sole ultrasound or Fenton process. A continuous dosing mode ultrasound/Fe2+/H2O2 process was proven as an effective method to degrade the alachlor.     

复合材料对砷污染土壤稳定化处理及机理研究

通过投加FeS、电石渣、菌渣及其复配组合对砷污染土壤进行稳定化处理,根据稳定效率对稳定材料进行筛选,并分析处理前后土壤中砷的生物有效性、赋存形态及土壤物相成分,探索稳定机理.结果表明:单因素实验中,FeS对砷的稳定效率最高,当FeS投加量为n(Fe)/n(As)=20时,砷的稳定效率达84.69%;复配实验中,FeS投加量为n(Fe)/n(As)=15,电石渣投加量为0.5%(质量分数),菌渣投加量为6%(质量分数)时,砷的稳定效率高达90.53%.机理研究表明:稳定处理后,土壤中有效态砷和有机体内砷的可给量分别降低80.14%和92.86%;土壤中易溶态砷占总砷的比例降低了18.61%,铁型砷和钙型砷占总砷的比例分别提高了10.36%和5.81%,易溶态砷主要转化为铁型砷和钙型砷;稳定处理后土壤中矿物成分新增了Ca Al_2Si_2O_8·4H_2O(斜方钙沸石)、Ca_3Fe_4(AsO_4)_4(OH)_6·3H_2O(菱砷铁矿)、Fe_2(AsO_4)(SO_4)OH·5H_2O(砷铁矾矿)、(Al,Fe~(3+))_3AsO_4(OH)_6·5H_2O(砷铁铝矿)4种矿物,稳定处理使土壤中的砷生成了难溶性铁-砷、钙-砷矿物质.