有机改性蒙脱石负载纳米零价铁去除水体新兴污染物双氯芬酸

双氯芬酸(DFC)作为一种典型的新兴污染物,进入环境中难以被生物降解和转化,给人类健康造成潜在危害.本研究采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)改性的蒙脱石(Mt)负载自制的纳米零价铁(nZVI),得到有机改性蒙脱石负载纳米零价铁(H-Mt+nZVI)复合材料,用于去除水中的DFC.利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)对复合材料进行了表征.结果表明,在XRD图谱中2θ=44.6°附近出现了对应于Fe~0的衍射峰,证明nZVI被成功负载于Mt上;在0.5 CEC、1 CEC、2 CEC改性的Mt比表面积由49.40 m~2·g~(-1)下降到20.86、21.27、26.06 m~2·g~(-1),且Mt的孔径由8.01 nm增大到10.93、11.60、12.40 nm,主要由于nZVI负载到Mt表面或层间,扩充了部分吸附孔洞.同时,采用批次吸附实验比较了Mt、nZVI和H-Mt+nZVI复合材料对DFC的去除效果,研究结果表明,Mt和nZVI对DFC的去除率均低于20%,复合材料对DFC的去除率明显增大,可达90%以上.复合材料对DFC的吸附等温曲线符合Langmuir和Freundlich等温模型,吸附动力学更满足准一级动力学模型.在采用1倍阳离子交换量改性蒙脱石负载纳米零价铁(1 CEC Mt+nZVI)吸附DFC时,饱和吸附量可达1922.78 mg·kg~(-1),吸附平衡时间为30 min.说明H-Mt+nZVI复合材料可应用于水体新兴污染物DFC的快速去除.     

生物炭负载纳米零价铁材料的制备及还原降解性能

选取花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆为原料制备不同种类生物炭,合成不同生物炭负载纳米零价铁复合材料(BC/n ZVI)。采用比表面积分析、扫描电镜等多种表征方法获得不同BC/n ZVI的物理化学和结构性质,测试BC/n ZVI对水溶液中典型有机氯农药γ-六六六的还原降解效果。结果表明,花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆均在300℃制备条件下有较高的产率和较好的吸附效果;制备的BC/n ZVI颗粒呈球状结构,以花生壳BC/n ZVI分散性为最好;在水相实验中,添加BC/n ZVI对γ-六六六的去除效果优于单独添加生物炭或者纳米零价铁的效果;3种生物炭基材料中,花生壳BC/n ZVI对水相γ-六六六6 h的去除率为87.53%,反应体系中污染物总降解率达82.33%。     

ZnFe/BC活化过硫酸盐降解金橙Ⅱ

为了研究ZnFe/BC在常温下活化过硫酸盐(PS)产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))降解酸性偶氮染料金橙Ⅱ(AOⅡ)的效能,采用水热合成法制备了ZnFe/BC催化剂,并用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)对其形貌与负载成分进行了表征,结果显示生物炭上负载的球状颗粒物为ZnFe_2O_4和Fe_3O_4.考察了ZnFe/BC投加量、PS投加量、AOⅡ初始浓度以及初始pH对ZnFe/BC/PS体系降解AOⅡ效果的影响.结果显示,ZnFe/BC和PS投量的增加对AOⅡ的去除率均有提升效果,而随着AOⅡ初始浓度的增加,金橙Ⅱ的去除率逐渐降低,在初始pH值在3—10范围内,ZnFe/BC对PS均有较高的催化活性.ZnFe/BC催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),PS投加量为5 mmol·L~(-1),溶液pH为初始值为6,反应90 min后,50 mg·L~(-1)金橙Ⅱ的脱色率可达到93.7%,而且其降解速率符合拟一级反应动力学.延长反应时间至180 min,TOC去除率达到39.7%.通过对催化剂ZnFe/BC稳定性研究,发现经4次连续循环使用后,金橙Ⅱ脱色率仍然可保持在85%以上,说明该催化剂具有良好的循环使用性能.通过投加对苯醌、乙醇和叔丁醇等3种不同种类的猝灭剂,证实了ZnFe/BC/PS体系中具有SO_4~(·-)、·OH和O_2~(·-)活性物种.发芽实验证明,在反应时间为180 min内,金橙Ⅱ降解出水对小麦发芽的抑制率随反应时间的进行而先升高而逐渐降低,最后基本无抑制.     

纳米零价铁对溶液中PCB77的降解及其影响因素

设计了以溶液初始pH值、3,3’,4,4’-四氯联苯(PCB77)初始浓度、纳米零价铁(Fe0)投加量、纳米零价硅(Si0)投加量、腐殖酸和环糊精浓度为影响因素的正交试验,研究纳米Fe0降解PCB77时各因素对反应体系中PCB77残留率、氢离子浓度及氧化还原电位变化的影响及其相互关系。结果表明,在溶液初始pH值为4.5,初始ρ(PCB77)为1 mg.L-1,纳米Fe0投加量为10 g.L-1,纳米Si0投加量为0,ρ(腐殖酸)为0.25 g.L-1,ρ(环糊精)为1 g.L-1时,反应2 h后,PCB77残留率最低,为35.2%。溶液初始pH值对反应体系中PCB77的残留率影响最大,纳米Fe0投加量次之;溶液初始pH值对反应体系中氢离子浓度变化影响最大,环糊精投加量次之;PCB77初始浓度对反应体系中氧化还原电位变化影响最大,纳米Fe0投加量次之。     

降雨条件下纳米零价铁镍对污染土壤中六价铬迁移的影响

通过模拟降雨进行土柱淋溶实验来研究降雨条件下纳米零价铁镍(nZVI/Ni)对污染土壤六价铬迁移的影响,并测定淋溶液的Cr(Ⅵ)浓度、pH、电导率和累积释放量.使用改进BCR连续提取法测定淋溶后各层土壤的铬形态分布,分析施加nZVI/Ni对土壤中铬形态的影响.结果表明,降雨条件下六价铬的释放过程主要分为快速和慢速释放两个阶段.随着淋溶体积的增加,土壤淋溶液的pH逐渐升高后最后趋于平稳,电导率和Cr(Ⅵ)浓度迅速下降后趋于平稳.模拟降雨条件下,土壤中投加nZVI/Ni显著降低了淋溶液中Cr(Ⅵ)的累积释放量.投加0.10%nZVI/Ni土壤淋溶液的Cr(VI)累积释放量低于空白对照57.53%.在nZVI/Ni投加量相同时,模拟降雨的pH值越低nZVI/Ni的修复效果越好;降雨的淋溶次数对修复效果基本无影响;采用均匀混合的方式投加nZVI/Ni有着更好的修复效果.在土壤中nZVI/Ni对Cr(Ⅵ)修复过程中,纳米铁材料起主要作用,Fe(Ⅱ)的贡献很小.土壤经nZVI/Ni修复后,可还原态铬含量减少,可氧化态铬含量增加,表明纳米零价铁镍可以降低土壤中铬的迁移性,降雨条件下对六价铬污染土壤具有一定的修复效果.     

纳米铁去除水体中镉的反应动力学、吸附平衡和影响因素

镉(Cd)具有致癌、无生物降解性和生物累积性特点,日益严重的镉环境污染问题已引起人们广泛关注。纳米铁是一种能有效去除多种有机和无机污染物的吸附剂。采用批实验方式研究纳米铁(nZVI)吸附镉的动力学和去除效率,可为深入研究纳米铁在重金属Cd污染修复的可行性方面提供理论支撑。利用透射电镜和扫描电镜等对实验室合成的纳米铁颗粒进行了表征,结果表明,纳米铁颗粒平均BET比表面积为49.16 m~2·g~(-1),粒径为20—40 nm。探讨了多种影响因素对纳米铁颗粒吸附镉的影响,如溶液pH、反应时间、初始浓度和纳米铁投加量。同时研究了Cd2+的准一级和二级反应动力学,应用Freundlich、Langmuir和Temkin等温吸附模型进行平衡吸附研究。结果表明,纳米铁对水溶液中镉吸附是化学吸附。颗粒内扩散模型表明粒内扩散不是控制反应速率的唯一步骤。吸附动力学研究表明,nZVI吸附Cd2+过程符合准二级反应动力学模型。平衡吸附数据能够很好地符合Langmuir、Freundlich和Temkin模型(r~20.95)。通过Langmuir模型获得室温下吸附剂单层Cd吸附量为256.4 mg·g~(-1)。在pH 7和(25±1)℃条件下,纳米铁能够有效吸附镉。当nZVI颗粒投加量为1.00 g·L~(-1),Cd~(2+)初始质量浓度为74.51 mg·L~(-1)时,24 h之内,Cd2+去除率达到98.62%。纳米铁可作为一种用于水体镉去除的非常有应用前景的材料。     

石墨基复合材料负载零价纳米铁吸附重金属离子的研究进展

工业废水中重金属的存在威胁着环境和人类健康,有效去除环境中的重金属离子具有重要意义.论文简要介绍了近年来石墨基复合材料负载纳米零价铁(nZVI)去除废水中重金属离子的研究,探讨了多种石墨基负载nZVI复合材料对重金属离子的吸附特性和环境条件对吸附性能的影响因素,并对其未来的研究和应用进行了总结和展望.     

绿色合成膨胀石墨负载纳米零价铁去除水中Cd(Ⅱ)

工业生产中Cd(Ⅱ)对水体的危害,本文合成了两种新型吸附剂,纳米零价铁(nZVI)和膨胀石墨负载纳米零价铁(EG-nZVI).利用FESEM、EDS、TEM、XRD、FTIR及BET比表面积测定对nZVI和EG-nZVI进行表征,探讨了二者对溶液中Cd(Ⅱ)的去除效果.结果 表明,含有100 mg·L-1Cd(Ⅱ)溶液,nZVI和EG-nZVI的投加量分别达到0.4 mg·L-1和2 mg·L-1,在超声波辅助的条件下,常温、pH 8、反应30 min时,Cd(Ⅱ)去除率分别为56.3％和78.4％.EG-nZVI和nZVI去除Cd (Ⅱ)过程均符合伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型;将吸附剂置于空气中不同时间,测定结果显示EG-nZVI对Cd(Ⅱ)的去除活性明显高于nZVI,说明EG-nZVI较nZVI有更高的去除效能和稳定性.     

负载型纳米零价铁对蛋白核小球藻的毒性研究

负载型纳米零价铁不仅能够克服单一纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)不稳定、易团聚等缺点,还能提高污染物的去除效率,因此被认为是一类具有广泛应用前景的高效环境修复材料.然而,纳米零价铁及其复合材料在应用过程中可进入环境,对环境及生态系统存在潜在风险.因此,为充分评估其应用对水环境的潜在危害,本文以蛋白核小球藻为受试生物,研究了负载型纳米零价铁(supported nanoscale zero-valent iron)D201-ZVI的藻类毒性及其影响因素.结果表明,负载型D201-ZVI可以显著降低nZVI生物毒性,在pH=6～10的范围内毒性效应会随pH的增加而减弱,共存污染物Cr(Ⅵ)及磺胺甲噁唑(sulfamethoxazole,SMX)均会增加D201-ZVI对蛋白核小球藻的生长抑制作用.D201-ZVI在环境中的老化作用可以减弱其生物毒性,且其毒性作用会随着暴露时间的延长而逐渐消失.D201-ZVI是一种对生物及环境安全友好的新型材料.     

生物炭/铁复合材料的制备及其在环境修复中的应用研究进展

生物炭/铁复合材料(比如生物炭/纳米零价铁(nZVI),生物炭/硫化亚铁和生物炭/氧化铁),由于其优异的理化性质而被广泛应用于环境污染修复.本文首先总结了生物炭/铁复合材料的制备方法和表征手段,制备方法主要有热解法,水热碳化,沉淀和球磨法等.其次,通过综述生物炭/铁复合材料在有机污染和无机污染修复中的应用,阐明生物炭/铁复合材料的在环境修复中的应用机制以及复合材料中铁与生物炭的协同作用机理.总体而言,由于铁和生物炭之间的协同作用,提高了复合材料的比表面积,官能团和电子传递效率,从而增强生物炭/铁复合材料的性能.最后,提出了未来生物炭/铁复合材料的研究方向,进一步推动生物炭/铁复合材料在环境修复中的应用.     

铁氮生物炭的制备及催化过一硫酸盐（PMS）降解水体中四环素

本文以水稻秸秆为对象,六水合氯化铁和尿素为改性剂,在700℃热解制备成铁氮改性秸秆生物炭(Fe-N-RSBC),同时制备原状生物炭(RSBC)作为对照.采用SEM、TEM、EA、BET、XRD、FTIR、Raman、XPS和VSM对生物炭的理化性质进行全面的表征.研究铁氮改性生物炭催化过一硫酸盐(PMS)降解水体中的四环素(TC),考察溶液pH、固液比、PMS量、TC浓度和阴离子类型的影响.采用淬灭实验和EPR测定揭示Fe-N-RSBC催化PMS降解TC的微观机制.研究结果表明,铁氮共改性使得生物炭具有更大的比表面积和孔体积、更多微孔体积,赋予更丰富的官能团,并引入磁性组分,但破坏了部分石墨碳结构. Fe-N-RSBC可以有效的活化PMS降解溶液中的TC.在吸附/降解体系中,150 min内,Fe-N-RSBC/PMS对TC的去除率可达87%(四环素浓度为50 mg·L^-1,固液比0.2 g·L^-1,PMS (浓度为1 mmol·L^-1)添加量0.2 mL,溶液pH=7),降解效果与pH、PMS量、催化剂量、TC初始浓度...     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350-500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明：生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2＋和Pb2＋的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg（6 g.L-1）时,3种生物黑炭对溶液Cd2＋的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2＋的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350~500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明:生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2+和Pb2+的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg(6 g.L-1)时,3种生物黑炭对溶液Cd2+的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2+的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。     

纳米铁用于饮用水中As(Ⅲ)去除效果

主要考察实验室合成制得的纳米铁对毒性高,迁移能力强,在厌氧地下水中作为砷的主要存在形式的As(Ⅲ)去除效果.通过批实验探讨吸附动力学,以及pH和纳米铁投加量对As(Ⅲ)的去除影响.反应1 h时,0.25 g纳米铁对起始质量浓度为910μg·L-1 As(Ⅲ)的去除率高达99%以上;反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的速率常数ksA为1.64mL·m-2·min-1.研究结果表明,具有高反应活性的纳米铁将成为饮用水中砷去除非常有效的吸附材料.     

零价铁还原和过硫酸盐氧化联合降解水中硝基苯

将零价铁(Fe0)的还原和过硫酸盐(persulfate,PS)的高级氧化技术结合用于水中难降解有机污染物硝基苯的去除.研究结果表明,Fe0在常温常压下可将硝基苯还原生成苯胺,随着Fe0投加量的增加,硝基苯还原为苯胺的速率逐渐增大.PS本身对硝基苯氧化作用不明显,但在Fe0与PS二者联合体系中,硝基苯和苯胺同时被去除,而且随着PS投加量的增加二者被去除的速度也随之增加.在Fe0还原和PS氧化联合处理硝基苯的体系中可能存在两个过程,一是Fe0还原硝基苯产生苯胺和二价铁离子Fe2+,二是Fe2+催化PS产生强氧化性的硫酸根自由基将苯胺氧化降解.     

硝基苯厌氧降解过程中Fe0的促进作用

尝试在硝基苯生物厌氧降解过程中,添加零价铁实现电子催化与生物代谢的协同作用,结果发现零价铁能够促进硝基苯的厌氧转化并主要生成苯胺,初始浓度为240.00mg·l-1的硝基苯废水,当厌氧微生物浓度为5000.00mg·l-1左右时,在2L的试验液中,当零价铁投加量由0.50g增加到5.00g时,硝基苯的转化率和苯胺的产生量急剧增加;零价铁的投加量为5.00g时与不加零价铁相比,硝基苯的转化率提高了2.43倍,苯胺的生成量提高了2.12倍;通过设计Fe0,Fe2 ,Fe3 及Fe3O4的对比实验,证明零价铁的作用主要表现为其腐蚀形成Fe2 的过程为硝基苯的厌氧生物转化提供了电子以及该过程中生成的Fe2 和Fe3 的生物营养作用.     

两种体系去除水体中的砷

砷是人类发现的毒性最强的环境污染物质之一.铁及其化合物已经被广泛应用于水体中重金属的去除并取得了一定效果,但存在去除效率低、材料成本高的缺点.为了更好地利用铁及其化合物高效去除水中重金属砷(As),本文通过加入氧化剂构建了两种反应体系,实现了对废水中砷的高效去除:分别利用零价铁(Zero valent iron,ZVI)活化过硫酸钠(sodium persulfate,PS)和亚铁离子(Fe~(2+))活化高锰酸钾(KMnO_4)两种工艺去除了水体中的砷.通过批试验控制过硫酸钠、零价铁及高锰酸钾和亚铁的投加量,研究了各变量对As的去除效果和动力学影响.利用环境扫描电镜(SEM)对反应前后的物质的结构进行表征对比分析.研究结果表明:As溶液浓度为20 mg·L~(-1)时,两种体系下的反应物最佳配比方案分别为0.5 g ZVI、0.1 g PS和KMnO_40.01 g、Fe~(2+)0.02 g.两种体系中As的去除率都大于99%,且反应均符合准二级动力学方程,其中,ZVI活化PS反应中产生的SO_4~-·对砷的去除有着至关重要的作用.两种方法对As的去除机理均包括吸附、沉淀和共沉淀作用.通过经济成本对比分析,PS-ZVI在高效去除毒性略低的As(Ⅴ)的时有明显的经济优势.     

光助Fe/BiOCl活化过硫酸盐降解橙黄Ⅱ

为研究Fe/BiOCl在光照下活化过硫酸盐(PS)产生硫酸根自由基(·SO_4~-)降解偶氮染料橙黄Ⅱ的催化效果,采用一步水热合成法制备铁掺杂BiOCl纳米催化剂,并用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS)对其形貌与组成成分进行表征.结果显示,铁元素成功掺杂进入BiOCl的结构中,呈现出纳米盘状形貌结构.在光照辐射下,考察Fe/BiOCl活化PS降解橙黄Ⅱ过程中初始pH、底物浓度、Fe/BiOCl催化剂投加量和PS投加量等影响因素对橙黄Ⅱ降解处理效果的影响.结果显示,橙黄Ⅱ降解效率随着pH值的降低而升高,Fe/BiOCl和PS投加量的增加对橙黄Ⅱ的去除率出现先增加后降低的趋势.Fe/BiOCl催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),PS的投加量为1 mmol·L~(-1)的条件下时,溶液pH值为3.0,反应60 min后,橙黄Ⅱ降解的效果最佳,其降解速率符合拟一级反应动力学.通过对催化剂Fe/BiOCl稳定性研究,经5次连续循环使用后,脱色率仍然可以保持在79.6%,说明该催化剂具有良好的循环使用性能.通过投加叔丁醇(TBA),甲醇(MeOH),草酸铵(AO),对苯醌(BQ)等自由基猝灭剂,证明光助Fe/BiOCl/PS体系中具有光生空穴,硫酸根自由基,羟基自由基和超氧自由基,其中超氧自由基和光生空穴在反应体系中起重要作用.反应过程中橙黄Ⅱ的降解产物运用GC/MS进行检测,推导得出橙黄Ⅱ的降解路径.     

碳基纳米零价铁-铜复合材料去除水中三氯硝基甲烷

卤代硝基甲烷(HNMs)是一类典型的含氮消毒副产物(N-DBPs),具有较强的毒性,在饮用水、污水和泳池水中频繁检出.以葡萄糖、氯化铁和氯化铜为原料,通过碳化和煅烧,制备得到纳米零价铁、铜均匀负载的碳基复合材料,材料中的铁为体心立方的α-Fe~0,铜为面心立方体铜,颗粒呈球形且未发生明显的团聚,其平均粒径为18 nm,复合材料比表面积为417 m~2·g~(-1).铜的添加能显著加快复合材料去除三氯硝基甲烷(TCNM)的效率,当Fe与Cu的质量比为10∶1时,复合材料对水中的TCNM具有最高的去除效率和最快的去除速率.在材料投加量为10 mg·L~(-1)(以铁计),TCNM初始浓度为10μg·L~(-1),初始pH值为6.0,温度为25℃,且体系无氧、无余氯的条件下,60 min内可以去除99.7%的TCNM,去除TCNM的反应符合准一级反应动力学方程(R~2 0.9).复合材料在降解TCNM过程中会发生铁的流失,多次使用后的复合材料表面出现了铁的氧化产物,主要为Fe_3O_4和Fe_2O_3,经过二次煅烧,可以恢复复合材料的活性.     

纳米零价铁去除垃圾渗滤液中铬(Ⅵ)的性能及机理研究

利用柠檬酸处理后的纳米零价铁(NZVI)对铬(Cr(Ⅵ))的去除进行了研究.NZVI对Cr(Ⅵ)的去除率受Cr(Ⅵ)初始浓度、pH值、反应温度和NZVI的浓度等因素影响,在Cr(Ⅵ)初始浓度为20mg·1-1、pH=5.0、NZVI投加量为1.0g·1-1和20℃条件下,Cr(Ⅵ)去处率达到了100%.腐殖酸(HA)与Cr(Ⅵ)可以形成稳定的HA-Cr螯合物,这种螯合物减少了溶液中有效的Cr(Ⅵ)浓度;同时,HA与NZVI的反应减少了NZVI的有效活性位点,HA的存在对NZVI去除Cr(Ⅵ)有竞争抑制的作用.