钛酸盐纳米片光催化-吸附协同去除水中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)

以锐钛型纳米TiO2为原材料,采用水热法合成了钛酸盐纳米片(TNS),系统研究了Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)在TNS上的吸附行为,以及不同pH下TNS光催化协同吸附对水体中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的同步去除.TEM及XRD表征结果表明,制备的TNS呈现出锐钛矿与钛酸盐混合晶相,这对于其光催化和吸附性能的发挥极为重要.吸附实验证实,TNS对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的吸附显著受pH影响,高pH利于Cr(Ⅲ)的吸附,而Cr(Ⅵ)在低pH下吸附量更大.Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)在TNS上的吸附速度较快,吸附动力学符合准二级动力学模型(R20.99).吸附等温线结果符合Langmuir方程(R20.99),pH 5时,Cr(Ⅲ)的最大吸附量(13.19 mg·g-1)远大于Cr(Ⅵ)(0.63 mg·g-1),因此,单一吸附不是有效处理Cr(Ⅵ)的手段,光催化还原是必要的.光催化-吸附实验表明,随着pH的增加,TNS光催化还原Cr(Ⅵ)反应速率逐渐降低,但产生的Cr(Ⅲ)在TNS表面的吸附量显著增加.综合可知,光催化-吸附协同反应最佳pH值为5,Cr(Ⅵ)和总Cr的去除率可达97.6%,且体系中无Cr(Ⅲ)的积累.该研究为同步有效去除水体中的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)提供了一种新的可参照的途径.     

悬铃木果毛基α-FeOOH光催化还原去除水中Cr(Ⅵ)的性能和机理

选用经氢氧化钠和纤维素酶预处理的悬铃木果毛(ae-PAF)作为载体,通过一步水热法得到悬铃木果毛基α-FeOOH复合材料(α-FeOOH@ae-PAF),利用SEM、FT-IR和XRD对样品进行表征,详细考察了样品对Cr(Ⅵ)的光催化还原去除性能.实验结果表明,预处理实现了悬铃木果毛表面蜡质及纤维素组分的去除,水热法得到的α-FeOOH@ae-PAF较好地保持了悬铃木果毛的中空管状结构,复合材料表面粗糙;在50 mL浓度为20 mg·L^-1且pH=2的Cr(Ⅵ)水溶液中加入10 mg负载量为20%的α-FeOOH@ae-PAF复合材料,40℃下紫外光催化70 min可使Cr(Ⅵ)的去除率达到99.47%.机理分析证实,α-FeOOH@ae-PAF复合材料对Cr(Ⅵ)的高效光催化还原去除是基于α-FeOOH@ae-PAF复合材料对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)吸附性能的差异,由α-FeOOH光催化还原Cr(Ⅵ)所生成的Cr(Ⅲ)能够优势地吸附在复合材料中,实现了Cr(Ⅵ)的光催化还原与Cr(Ⅲ)的吸附转移之间的协同,从而有效提高了体系对水中Cr(Ⅵ)的去除能力.     

纳米Fe0对Cr(Ⅵ)的还原及其影响因素

采用纳米Fe0还原水溶液中的Cr(Ⅵ),考察纳米Fe0投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、溶液pH值和有机酸等因素对Cr(Ⅵ)还原的影响.结果表明,纳米Fe0对Cr(Ⅵ)的还原效果明显,其对Cr(Ⅵ)的还原率分别是铁粉和铁屑的7和13倍.Cr(Ⅵ)溶液初始质量浓度为20 mg·L-1、Fe0投加量为5g·L-1条件下,反应24 h时纳米Fe0对Cr(Ⅵ)的还原率达82.7％.溶液低pH值可以促进Fe0的腐蚀速度,提高反应速率,当pH值为3.0时还原效果最好.草酸、丙二酸和丁二酸对纳米Fe0还原Cr(Ⅵ)均有明显的促进作用,3种有机酸对Cr(Ⅵ)还原率的提高幅度由高到低依次为草酸、丙二酸和丁二酸.     

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,NO_3~-以及HPO_4~(2-)/H_2P_4~-),分别考察了其对TiO_2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对·OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO_3~-,Cl~-和SO_4~(2-)对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO_3~-具有抑制作用,H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-具有较强的·OH捕获作用和在TiO_2表面较低的吸附能力;H_2PO_4~-/HPO_4~(2-)在TiO_2表面具有较强的吸附能力;NO_3~-对紫外光吸收作用降低了TiO_2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了·OH.     

TiO2纳米管光催化还原Cr（Ⅵ）的研究

以水热法制备TiO2纳米管,采用X射线衍射仪(XRD),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和紫外可见漫反射光谱对其结构和性质进行了表征.研究了光催化还原溶液中Cr(Ⅵ)的反应活性,分别考察了煅烧温度、反应溶液的pH、助催化剂对TiO2纳米管光催化还原的影响.实验结果表明,TiO2-550光催化活性最优;酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的还原;NiO和Co2O3复合的TiO2-550光催化活性明显提高.     

TiO2纳米棒对四环素的光催化降解

采用一步水热法合成了钛酸纳米材料,并以此为前驱体,通过二次水热处理制备了新型材料.使用XRD,TEM,N2吸附等温线等手段对催化剂进行了表征.结果表明,两种材料都为棒状纳米催化剂,其中二次水热材料为锐钛矿.光催化降解四环素结果表明两种催化剂都具有较高活性,二次水热纳米棒反应速率常数为一次水热材料的7倍;动力学实验表明TiO2纳米棒对四环素的光催化反应符合Langmuire-Hin-shelwood模型.     

水热法制备N掺杂纳米TiO2及其光催化活性研究

以钛酸四丁酯和氨水为前驱物,采用水热法制备N掺杂TiO2纳米微粒,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术对不同条件下制备的产物进行了表征.探讨了不同体积比的前驱物、水热温度、水热时间及煅烧温度对水热产物的影响;考察了N掺杂催化剂在紫外线和可见光下光催化降解甲基橙和苯酚的催化性能.     

壳聚糖稳定纳米铁去除地表水中Cr(Ⅵ)污染的影响因素

以壳聚糖为稳定剂,制备纳米零价铁颗粒,TEM表征结果显示:其粒径分布范围为20—150 nm,平均粒径为82.4 nm.研究表明,壳聚糖稳定的纳米铁去除Cr(Ⅵ)的还原反应符合一级反应动力学方程.溶液中投加稳定剂壳聚糖,当壳聚糖浓度为150 mg.l-1时,80 min内表观一级动力学常数kobs约为空白溶液的2倍;干扰离子Ca2+,Mg2+,HCO3-和CO32-对壳聚糖稳定纳米铁去除Cr(Ⅵ)的批试验结果显示,Ca2+和Mg2+在80 min内使壳聚糖稳定纳米铁对Cr(Ⅵ)去除率分别降低了约20%和10%;HCO3-和CO32-的存在使去除率降低了约10%.     

纳米氧化铁催化柠檬酸还原Cr(Ⅵ)及其土壤环境意义

研究了纳米氧化铁吸附Cr(Ⅵ)反应特征及其对柠檬酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用,并探讨了该作用的土壤环境意义.结果表明,纳米氧化铁对Cr(Ⅵ)的吸附能力较强;提高p H和离子强度对吸附过程有抑制作用;吸附速率可区分为快、慢阶段,5 min内吸附量可占总吸附量80%以上.纳米氧化铁可加速柠檬酸还原Cr(Ⅵ),且还原过程主要发生在溶液相,部分机理是柠檬酸与Fe(Ⅲ)相互作用生成的Fe(Ⅱ)将Cr(Ⅵ)还原.同时,体系p H越低,上述催化作用越明显.此外,砖红壤-柠檬酸体系Cr(Ⅵ)还原转化为Cr(Ⅲ)的比例较低,但加入纳米氧化铁后则明显提高,说明后者将有助于消除土壤环境中Cr(Ⅵ)污染风险.     

前驱物结晶体升华成膜法制备TiO2薄膜及其光催化性研究

采用“前驱物结晶体升华成膜法”工艺，使含钛前驱物结晶体草酸氧钛酸以升华的方式，均匀地在玻璃表面形成前驱物薄膜；经过热处理，制备出外观平整透明的玻璃基TiO2薄膜，其薄膜厚度为80-100nm，粒度≤50nm。初步研究了制备条件、薄膜性能和本工艺制备的玻璃基TiO2纳米薄膜对甲基对硫磷的光催化降解性能。     

纳米TiO2薄膜光催化降解橡椀栲胶的研究

以Ti(OC4H9)4为原料,溶胶-凝胶法制备纳米TiO2 薄膜,用原子力显微镜(AFM)观察了纳米TiO2薄膜的形貌,X-射线衍射(XRD)考察相同条件下粉体的相结构.研究水中橡椀栲胶的光催化降解行为.结果表明,橡椀栲胶的降解可用Langmuir-Hinshelwood方程来描述,即浓度较高时,栲胶降解液的光催化降解符合零级动力学方程;浓度较低时,栲胶降解液的光催化降解符合一级动力学方程.外加H2O2对橡椀栲胶的光催化降解有极大的促进作用,但这种促进作用会因为光生电子效率的影响而有一个极限值.在远离橡椀栲胶溶液等电点的起始pH值条件下光催化降解效果较好,且在碱性条件下的降解速率高于酸性条件下的降解速率.     

纳米Fe0对Cr（VI）的还原及其影响因素

采用纳米Fe0还原水溶液中的Cr（Ⅵ）,考察纳米Fe0投加量、Cr（Ⅵ）初始浓度、溶液pH值和有机酸等因素对cr（Ⅵ）还原的影响。结果表明,纳米Fe。对Cr（Ⅵ）的还原效果明显,其对Cr（Ⅵ）的还原率分别是铁粉和铁屑的7和13倍。Cr（Ⅵ）溶液初始质量浓度为20mg·L-1、Fe。投加量为5g·L“条件下,反应24h时纳米Fe0对Cr（Ⅵ）的还原率达82．7％。溶液低pH值可以促进Fe。的腐蚀速度,提高反应速率,当pH值为3．0时还原效果最好。草酸、丙二酸和丁二酸对纳米Fe。还原Cr（Ⅵ）均有明显的促进作用,3种有机酸对Cr（Ⅵ）还原率的提高幅度由高到低依次为草酸、丙二酸和丁二酸。     

锰铁氧体吸附及催化柠檬酸还原六价铬的过程及机理

本文探究了磁性纳米铁锰氧体(MnFe_2O_4)及其黏土矿物负载材料对六价铬(Cr(Ⅵ))的吸附作用,同时研究了锰铁氧体-柠檬酸溶液体系中,铁锰氧体催化柠檬酸还原Cr(Ⅵ)的机理.结果表明,MnFe_2O_4材料对Cr(Ⅵ)的吸附量随着吸附时间的增加而增加,在0—5 min内快速吸附并达到平衡,符合准二级动力学模型.伴随MnFe_2O_4负载量的增加,凹凸棒土负载铁锰氧体(ATP-Fe Mn)的吸附量大幅增加,ATP-FeMn14吸附量最大达到了29.2 mg·g~(-1),且吸附等温线均可用Langmuir方程或Freundlich方程拟合,属于单分子层吸附.MnFe_2O_4和负载ATP材料吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为3—4,ATP-FeMn14对六价铬的去除率最高,最佳投加量为5 g·L~(-1).在铁锰氧体-柠檬酸体系中,溶液pH值是影响Cr(Ⅵ)的去除效率的重要因素,当溶液pH值在4和5时,Cr(Ⅵ)的去除率(76.5%、66.2%)显著高于其他处理;4 mmol·L~(-1)柠檬酸的处理去除率(89.8%)显著高于其他浓度柠檬酸的处理去除率;而在相同体系中,MnFe_2O_4的处理去除率(89.8%)显著高于其他研究材料.本研究表明铁锰氧体不仅对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能,在与有机酸共存时,还可以催化有机酸还原Cr(Ⅵ),降低Cr(Ⅵ)的环境风险.     

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.     

《环境化学》二○○六年总目录

吸附模式对有机物光催化降解的影响1.H-酸在TiO2表面的吸附模式………刘媛媛潘纲1(1)吸附模式对有机物光催化降解的影响2.H-酸在TiO2表面的光催化降解途径刘媛媛潘纲1(6)………………………………………………………………………………………………………………吸附模式对有机物光催化降解的影响3.MEA-Langmuir-Hinshelwood光催化降解动力学方程潘纲刘媛媛1(11)……………………………………………………………………………………水热法制备N掺杂纳米TiO2及其光催化活性研究……………黄雪锋唐玉朝黄显怀等1(16)稀水溶液中Cr(Ⅵ)的光…     

沉积贵金属Pt的Pt/TiO2膜利用可见光催化降解苯酚

采用溶胶-凝胶法制备锐钛矿纳米TiO2光催化材料,并用化学还原法还原氯铂酸溶液(H2PtCl6·4H2O)制备Pt胶体,然后滴涂在制备好的锐钛矿纳米TiO2基片上即对其进行贵金属修饰,从而得到纳米光催化材料Pt/TiO2膜.采用XRD、XPS、UV-Vis和SEM等手段对其表面理化特性进行了表征.以苯酚溶液为光催化降解...     

不溶性甘蔗渣黄原酸酯(IBX)脱除废水中的铬

本文采用不溶性甘蔗渣黄原酸酯脱除废水中的铬(Ⅵ),在pH 2—3的条件下,Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ),Cr(Ⅲ)在pH 8—9时沉淀,废水经处理后,Cr(Ⅵ)的残留浓度达到国家排放标准。     

微波水热法制备ZnO-还原氧化石墨烯纳米复合材料及其光催化性能

通过快速沉淀-NaBH_4微波水热还原制备了ZnO-还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合物.采用X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)等测试手段对复合光催化剂进行表征.结果表明,复合材料中的氧化锌为六方晶系纤锌矿结构,并均匀覆盖在RGO表面上,其直径大约为15—20 nm.ZnO-RGO复合材料的光催化性能明显优于氧化锌,为纯ZnO的2.5倍.光催化性能提高可能归因于RGO优良的电子传输能力加速了ZnO-RGO纳米材料光生载流子的分离效率.     

黑炭/零价铁复合材料耦合金属还原菌对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

针对黑炭/零价铁复合材料(BF)、金属还原菌(GY~(-1))单独使用修复Cr(Ⅵ)污染环境存在的问题,构建了黑炭零价铁与金属还原菌的耦合体系,考察了耦合体系中溶液pH值、Cr(Ⅵ)浓度、反应时间、温度对微生物生长和溶液中Cr(Ⅵ)去除的影响,并且研究了耦合体系中铁的动态变化。实验结果表明:黑炭/零价铁复合材料可作为金属还原菌的固定化载体,为金属还原菌提供繁殖场所的同时,提高其对Cr(Ⅵ)的抗性。耦合体系中Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于单独使用零价铁/黑炭和单独铬还原菌的效果。在耦合体系中,3 mL细胞培养液(OD_(600)为1.2—1.6)和0.1 g黑炭负载零价铁材料,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为100mg·L~(-1)条件下,反应24h后可将溶液中Cr(Ⅵ)完全去除。XPS结果显示,反应阶段Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)共同存在于耦合体系中,但大部分的Cr(VI)会被零价铁和铬还原菌还原为Cr(Ⅲ),此外,存在黑炭和菌体对Cr(Ⅵ)的吸附作用。耦合体系中Fe(Ⅱ)含量高于单独黑炭负载零价铁材料,说明微生物能还原零价铁钝化层的Fe(Ⅲ)为Fe(Ⅱ),使Fe(II)继续参与还原反应,产生循环效果,增强耦合体系对Cr(Ⅵ)的去除效果。同时,铁离子作为一种电子传递介质增强微生物对Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递,加速反应进行的同时,解决零价铁表面易钝化问题。     

模拟日光照射下草酸协同黄铁矿对Cr(Ⅵ)的还原作用

研究了模拟日光照射下草酸协同黄铁矿对Cr(Ⅵ)的还原作用机理及其影响因素.结果表明,加入草酸后,反应体系中生成了光化学活性高的草酸铁(Ⅲ)配合物,同时还可能阻止了黄铁矿表面Fe(Ⅲ)水解产物Fe(OH)3和CrxFe1-x(OH)3的生成,从而使黄铁矿还原Cr(Ⅵ)的速率明显得到提高.增加溶液酸度、草酸浓度和黄铁矿质量浓度,有利于Cr(Ⅵ)的还原.