生物合成施氏矿物作为类芬顿反应催化剂降解甲基橙的研究

应用生物合成施氏矿物作为光助类芬顿反应催化剂促进甲基橙的降解.施氏矿物通过A.f-LX5细胞悬浮液在初始p H值2.5和28℃时氧化Fe SO43d生成,并进行X射线衍射和扫描电子显微镜表征.本研究分析了不同初始p H、H2O2浓度及催化剂装载量对在光助类芬顿反应中甲基橙氧化降解效率的影响.结果表明,生物合成施氏矿物具有较高的催化活性,并且通过羟基自由基机制使甲基橙降解.在近中性、较高Cl-、SO2-4及NO-3浓度条件下,施氏矿物仍然能保持较高催化甲基橙降解的效率.本研究验证了以生物合成施氏矿物作为催化剂的异相光助类芬顿反应是一种处理含甲基橙废水有应用前景的高级氧化技术.     

富铁酸性硫酸盐体系施氏矿物附着包裹硫杆菌的Fe2+氧化能力研究

探究富铁酸性硫酸盐体系次生铁矿物附着包裹硫杆菌的Fe~(2+)氧化活性,对揭示次生铁矿物调控酸性矿山废水形成过程具有指导意义.本研究首先采用摇瓶实验合成次生铁矿物—施氏矿物,然后将脱水后的0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物直接或溶解后加入到pH为2.50的富铁酸性硫酸盐体系(改进型9K液体培养基)中进行Fe~(2+)氧化,分析体系pH、Fe~(2+)氧化率、次生铁矿物产生量等相关指标.研究表明,氧化亚铁硫杆菌在脱水施氏矿物的附着包裹量为2×10~8cells·g~(-1).0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物直接加入体系经过108 h培养,pH分别下降至2.28、2.25、2.24及2.22;Fe~(2+)氧化速率随着施氏矿物加入量的增加而增加,且各体系Fe~(2+)氧化率在108 h均达到100%,此时次生铁矿物产生量分别是3.05、3.30、3.61与3.70 g·L~(-1).然而,0.1、0.2、0.3及0.4 g施氏矿物溶解后进入的相应体系经过108 h培养后,pH分别下降至2.19、2.18、2.10及2.02;Fe~(2+)氧化速率随着施氏矿物溶解量的增加而增加,各体系Fe~(2+)氧化率在96 h均达到100%,各体系次生铁矿物在108 h时的产生量分别是6.16、6.44、6.76与7.89 g·L~(-1).可见,施氏矿物对硫杆菌的吸附包裹作用致使体系Fe~(2+)氧化效率降低,次生铁矿物合成量减少,酸化程度减弱.     

预处理后生物成因施氏矿物的矿物学特征及对As(Ⅲ)吸附的影响

生物成因施氏矿物虽然在吸附As(Ⅲ)能力上表现出较其它吸附剂更为优越的吸附性能,但其制备过程中细菌分泌的多糖类物质使得矿物颗粒间存在明显的团聚现象.本研究通过比较不同预处理方法对施氏矿物矿物学特征及吸附性能的影响,寻求一种最佳的矿物预处理方法,以期进一步改善矿物颗粒团聚现象和提高对As(Ⅲ)吸附能力.采用NaOH、NaCl、200℃灼烧及乙醇-超声方法对施氏矿物进行预处理,结果表明,处理后矿物的矿相均未发生变化,但其理化性质随处理方式的不同差异较大,矿物比表面积、Fe/S摩尔比、SEM图谱、As(Ⅲ)吸附性能与原始矿物相比均发生了明显的变化.经pH 12NaOH处理后矿物的吸附性能最佳,在室温下最大吸附量从原来的101.9 mg.g-1增加到143.3 mg.g-1,比表面积从原来的45.63 m2.g-1增加到325.18 m2.g-1,矿物干燥时团聚现象明显减弱.     

透析对施氏矿物微观结构及其砷吸附能力的影响

探讨透析对施氏矿物微观结构和砷吸附能力的调控,对高效合成施氏矿物,进而将其应用于含砷地下水处理具有重要意义.本研究在利用FeCl_3·6H_2O与Na_2SO_4合成施氏矿物的基础上,用截留分子量100000 Da和20000 Da透析袋分别对施氏矿物透析10 d与20 d,探究了透析过程对施氏矿物产生量、比表面积、孔体积、平均孔径等矿物特征的影响,并考察了透析前后施氏矿物对废水中砷的吸附去除效果.研究结果表明,透析过程可显著提高矿物的合成量,增加矿物比表面积及孔体积,增加矿物的平均孔径.施氏矿物在截留分子量100000 Da与20000 Da透析袋中透析20 d,矿物产生量分别增加70.70%与79.84%;比表面积分别增加68.75%与45.85%;其中微孔(2 nm)比表面积增加439.90%与395.11%,中孔(2～50 nm)比表面积增加30.63%与9.96%;孔体积分别增加332.79%与287.25%,其中微孔体积增加491.61%与419.92%,中孔体积增加了220.36%与211.95%,透析后矿物平均孔径增长了214.77%与244.31%;矿物对污水中砷的吸附去除能力提高65.60%与64.74%.本研究结果可为化学合成施氏矿物改性并将其应用于地下水除砷领域提供必要的参数支撑.     

温度和pH对生物成因羟基硫酸铁矿物的综合影响研究

在酸性矿山废水中,氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)氧化Fe~(2+)过程中常常伴随着次生矿物的生成.为研究温度和pH对A.ferrooxidans氧化Fe~(2+)及Fe3+水解成矿的综合影响,考察了初始pH为1.5、2.0、2.5、3.0,温度为8、18、28、38℃时体系中Fe~(2+)、总Fe、次生矿物的变化情况.结果表明,在改良9K培养基中,温度和pH均影响Fe~(2+)生物氧化和Fe~(3+)水解成矿.A.ferrooxidans最佳适宜生长环境为温度28℃,pH=2.0~3.0,其它条件均不利于其生长繁殖,导致Fe~(2+)氧化速度明显变慢.起始pH=1.5时,不同温度处理均未发现有矿物生成,pH越高,收集矿物量越多.次生铁矿物XRD图谱表明,反应温度为28℃时,pH=2.0~2.5条件下次生铁矿物主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物,而pH=3.0时则更有利于施氏矿物的形成.该现象对有效调控次生矿物的形成具有潜在意义.     

5种铁氧化物去除As(V)性能的比较研究

为了从铁氧化物中筛选得到潜在经济有效的除砷材料,对5种铁氧化物去除As(V)的性能进行了比较研究。吸附实验结果表明,其吸附容量依次为施氏矿物四方纤铁矿水铁矿赤铁矿针铁矿,其吸附过程均符合准二级动力学,约24 h时吸附达到平衡。其中,pH=5时,施氏矿物的吸附容量达到83 mg/g。分别投加500 mg/L和300 mg/L的施氏矿物,可将含砷1.484 mg/L和0.850 mg/L、高TOC含量和高pH特征的模拟配水砷浓度降至0.01 mg/L以下。鉴于施氏矿物良好的吸附除砷性能,进一步通过SEM、FTIR和电位滴定对其表面特性进行了深入研究,结果显示,本研究中制备的施氏矿物存在结构性或表面吸附的SO42-,其(质子)表面位密度约为4.32个/nm2,表面质子化常数pK1为4.60,pK2为-8.98。     

Potential Remobilization of Toxic Anions during Reduction of Arsenated and Chromated Schwertmannite by the Dissimilatory Fe(III)-Reducing Bacterium Acidiphilium cryptum JF-5

Schwertmannite, an iron(III)-oxyhydroxysulfate formed in acidic mining-impacted stream or lake waters often contaminated with toxic elements like arsenate or chromate, is able to incorporate high amounts of these oxyanions. Detoxification of the water might be achieved if precipitated arsenated or chromated schwertmannite is fixed in the sediment. However, under reduced conditions, reductive dissolution of iron oxides mediated by the activity of Fe(III)-reducing bacteria might mobilize arsenate and chromate again. In this study, the reduction of synthesized arsenated or chromated schwertmannite by the acidophilic Fe(III)-reducer Acidiphilium cryptum JF-5, isolated from an acidic mining-impacted sediment, was investigated. In TSB medium at pH 2.7 with glucose as electron donor, A. cryptum JF-5 reduced about 10% of the total Fe(III) present in pure synthetic schwertmannite but only 5% of Fe(III) present in arsenated schwertmannite. In contrast to sulfate that was released during the reductive dissolution of pure schwertmannite, arsenate was not released during the reduction of arsenated schwertmannite probably due to the high surface complexation constant of arsenate and Fe(III). In medium containing chromated schwertmannite, no Fe(II) was formed, and no glucose was consumed indicating that chromate might have been toxic to cells of A. cryptum JF-5. Both As(V) or Cr(VI) could not be utilized as electron acceptor by A. cryptum JF-5. A comparison between autoclaved (121 °C for 20 min) and non-autoclaved schwertmannite samples demonstrated that nearly 100%of the bound sulfate was released during heating, and FTIR spectra indicated a transformation of schwertmannite to goethite. This structural change was not observed with autoclaved arsenated or chromated schwertmannite. These results suggest that the mobility of arsenate and chromate is not enhanced by the activity of acidophilic Fe(III)-reducing bacteria in mining-impacted sediments. In contrast, the presence of bound arsenate and chromate seemed to stabilize schwertmannite against reductive dissolution and its further transformation to goethite that is an ongoing process in those sediments.     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌休止细胞保存时间及循环利用对施氏矿物生物合成的影响

利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.ferrooxidans)休止细胞促进FeSO4形成的施氏矿物具有纯度高比表面积大的特点,对去除水环境中有毒重(类)金属有重要作用.为提供施氏矿物规模化生产优化参数,本研究通过摇瓶试验探讨了休止细胞保存时间对其活力的影响,以...     

均相/异相催化剂光降解垃圾渗滤液效果的研究

垃圾渗滤液是一种复杂有毒的、生化降解性差的高浓度有机废水,高级氧化技术具有氧化能力强和无二次污染等特点,被认为是处理难降解有机污染物最有应用前景的方法.本研究在500 W汞灯、25℃、2.5 h反应条件下,对比了TiO_2、K2S2O_8、K2S2O_8/Fe2+、施氏矿物、施氏矿物/H2O_2、Fe2+/H2O_26种催化剂组合光化学处理垃圾渗滤液的效果.结果表明,施氏矿物/H2O_2和Fe2+/H2O_2光催化降解垃圾渗滤液中有机污染物的效果优于其它催化剂组合,渗滤液中CO_D去除率分别为41.6%和46.5%,TO_C去除率分别为76.0%和78.1%.然而,Fe2+/H2O_2组合在光催化处理垃圾渗滤液后会产生大量难以沉降的Fe(O_H)3絮状物,且渗滤液色度明显增加,由初始的40倍上升到175倍.而施氏矿物/H2O_2组合则避免了上述问题,色度去除率达100%,被认为是一种具有应用前景的光化学降解垃圾渗滤液的催化剂组合.     

化学合成施氏矿物与H2O2共存体系下光化学处理垃圾渗滤液的研究

选择高效快速的处理方法来降解垃圾渗滤液中高浓度有机污染物具有重要的实际意义.本研究采用化学合成施氏矿物/H2O2/UV法,探究了施氏矿物添加量、V(H2O2)/m(施氏矿物)等对垃圾渗滤液色度、TOC、COD去除效果的影响.结果表明,渗滤液色度、TOC、COD去除率随施氏矿物添加量的增加均呈先显著上升后逐渐稳定的趋势,在最佳添加量12 g·L-1时,色度、TOC去除率随着V(H2O2)/m(施氏矿物)的增大均有所提高,而当V(H2O2)/m(施氏矿物)大于2时,COD去除率受H2O2影响反而呈下降趋势,最佳去除率为44.9%;另外,高强度紫外光更有利于施氏矿物/H2O2光化学氧化污染物,在500 W条件下,最佳起始pH=2.5的渗滤液光化学处理2.5 h后,色度、TOC和COD去除率分别为90.0%、78.8%和52.6%;同时,研究发现常温条件更有利于施氏矿物/H2O2/UV法处理垃圾渗滤液,当温度大于25℃时,COD去除率呈逐渐下降趋势.对照试验表明,与传统均相Fenton反应相比,施氏矿物/H2O2法有利于渗滤液色度的去除.