纳米零价铁强化微生物电催化-厌氧膜生物组合反应器抗膜污染能力及其调控机制

膜污染是厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,AnMBR）产业化应用面临的最大挑战.本研究构建新型微生物电催化（bio-electrochemical systems,BES）-AnMBR组合反应器,以探究纳米零价铁（nano-zero-valent iron,nZVI）投加对BES-AnMBR组合系统膜污染削减和甲烷产生等性能的影响.结果表明,BES-AnMBR组合系统运行稳定,COD去除率一直维持在95%左右.nZVI投加量（以VS计）为0.1 g ·g^-1时,运行性能最佳,跨膜压差（transmembrane pressure,TMP）较对照组降低28.1%,膜通量亦有轻微增加;甲烷产量为81.3 mL ·g^-1（以COD_removed计）,较对照组提高了12.1%.胞外聚合物（extracellular polymeric substance,EPS）变化和膜阻过滤分析表明,nZVI可以加强EPS分解,促进膜表面无机和有机富铁结垢层形成,改善膜污染分布特征,从而显著缓解膜污染.本研究将丰富传统AnMBR的基础理论,为污泥处理与资源化利用提供了新视角.     

Microbes team with nanoscale zero-valent iron: A robust route for degradation of recalcitrant pollutants

Integrating nanoscale zero-valent iron (nZVI) with biological treatment processes holds the promise of inheriting significant advantages from both environmental nano- and bio-technologies. nZVI and microbes can perform in coalition in direct contact and act simultaneously, or be maintained in separate reactors and operated sequentially. Both modes can generate enhanced performance for wastewater treatment and environmental remediation. nZVI scavenges and eliminates toxic metals, and enhances biodegradability of some recalcitrant contaminants while bioprocesses serve to mineralize organic compounds and further remove impurities from wastewater. This has been demonstrated in a number of recent works that nZVI can substantially augment the performance of conventional biological treatment for wastewaters from textile and nonferrous metal industries. Our recent laboratory and field tests show that COD of the industrial effluents can be reduced to a record-low of 50 ppm. Recent literature on the theory and applications of the nZVI-bio system is highlighted in this mini review.     

nZVI/AC复合材料对水中锑的去除

利用液相化学沉淀法制备纳米零价铁/活性炭(nZVI/AC)复合材料,通过XRD、XPS、SEM、BET等表征手段对复合材料的结构、形貌、理化特征等进行分析,进一步考察了反应体系、nZVI负载量、初始pH、投加量等对除锑效果的影响,并对其去除机制进行了探讨.结果表明,液相化学沉淀法可成功制备nZVI/AC复合材料;在N_2氛围下,15%nZVI/AC投加量为0.2 g·L~(-1),初始pH为7.5(原水pH),反应2 h后,Sb(Ⅴ)的去除率达到76.2%,出水浓度仅为23.8μg·L~(-1);去除机制研究结果表明,Fe~(2+)在该体系去除Sb(Ⅴ)中起着主要的作用,是反应过程中的主要活性物质,结合反应前后nZVI/AC表面Sb元素分析,去除过程主要依靠Fe(0)和Fe~(2+)的还原作用,将Sb(Ⅴ)还原成Sb(Ⅲ),并通过吸附作用去除.     

nZVI@mesoSiO2的可控合成及应用性能研究

采用改进的两步法在原位基础上合成了以纳米零价铁(nano Zero Valent Iron,nZVI)为核芯的核壳型介孔二氧化硅(nZVI@mesoSiO_2).同时,通过简单地调控铁源用量得到具有单一nZVI核芯和不同壳层厚度的核壳型纳米复合材料.结果发现,铁源用量的增加会导致核芯尺寸减小、壳层厚度增加及颗粒比表面积下降.当铁源用量为2.78 g时,得到的nZVI@mesoSiO_2不仅具有较高的比表面积和单一且均匀的孔径分布,而且对2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-Trichlorophenol, 2,4,6-TCP)的去除表现出很高的性能.影响因素实验表明,材料的最佳投加量为1.0 g·L~(-1),体系适宜初始pH为5.0,污染物初始浓度升高会导致去除效果下降,并且反应体系内乙二胺四乙酸(EDTA)的存在可以提高2,4,6-TCP的去除率.材料的重复利用实验结果表明,经过多次循环反应后会导致材料nZVI核芯的失活和孔道的堵塞.本研究不仅为制备可控壳层厚度的核壳型介孔材料提供了理论指导,而且为进一步改性合成对2,4,6-TP具有高选择性的复合材料提供了依据.     

A porous biochar supported nanoscale zero-valent iron material highly efficient for the simultaneous remediation of cadmium and lead contaminated soil

Risk associated with heavy metals in soil has been received widespread attention.In this study,a porous biochar supported nanoscale zero-valent iron（BC-nZVI） was applied to immobilize cadmium（Cd） and lead（Pb） in clayey soil.Experiment results indicated that the immobilization of Cd or Pb by BC-nZVI process was better than that of BC or nZVI process,and about 80% of heavy metals immobilization was obtained in BC-nZVI process.Addition of BC-nZVI could increase soil pH and organic matter（SOM）.Cd or...     

零价纳米铁对青梗菜吸收土壤铬的抑制效果探讨

通过盆栽实验探讨不同铬污染水平农田土壤施加零价纳米铁对不同时期青梗菜吸收土壤铬的抑制效果。结果表明,零价纳米铁能够有效抑制青梗菜对铬的富集,且在施加铬铁质量比例为1∶20和1∶40时效果较好,与对照相比,青梗菜根、茎、叶铬含量最高减少量分别为66%、79%、78%。同一污染土壤,不同采集时期青梗菜体内铬含量无显著差异。青梗菜体内富集的铬含量与土壤总铬含量呈正相关,青梗菜对铬富集量呈现根部茎部叶部。     

CMC-nZVI对高硫矿山土壤中铜的固定效果及机理

纳米零价铁(Nanoscale zero-valent iron,n ZVI)因具有较大比表面积和较强还原能力,常被用于原位修复变价重金属污染土壤,而对其应用于高硫富铜矿山土壤的修复及机理研究却鲜见报道.本研究以羧甲基纤维素-纳米零价铁(CMC-n ZVI)为供试材料,以广东省大宝山矿区高硫富铜土壤为供试土壤,按水土比1 g∶5 m L将CMC-n ZVI与矿山土壤混合均匀,通过毒性淋溶提取、重金属形态和酸可挥发性硫化物提取等实验,探究了CMC-n ZVI对矿山土壤中Cu的固定效果及机制.结果表明:(1)CMC-n ZVI对高硫土壤中的Cu具有极好的固定效果,毒性淋溶提取实验结果表明,n ZVI处理土壤中Cu的浸出浓度低于15 mg·kg-1,达到安全标准;(2)n ZVI可促进厌氧微生物的活性,促进土壤中大量硫酸盐被还原,因此Cu可能被Fe S、Fe S2吸附或直接生成硫化物沉淀,最终固定于土壤中;(3)新生成的无定形或微晶型次级铁矿物易通过吸附或共沉淀将游离的Cu(II)固定.     

The colorful chemistry of nanoscale zero-valent iron (nZVI)

正Nanoscale zero-valent iron(nZVI)possesses unique chemistry and capability for the separation and transformation of a growing number of environmental contaminants.A n ZVI particle consists of two nanoscale components,an iron(oxyhydr)oxides shell and a metallic iron core.This classical"core-shell"structure offers n ZVI with unique and multifaceted     

纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解

纳米零价铁及其双金属材料因比表面积大、反应活性高,已被大量应用于地下水中卤代有机污染物、无机盐和重金属的处理,而将纳米零价铁铜双金属(Cu/n ZVI)应用于四氯双酚A(TCBPA)污染土壤的修复却鲜见报道.本文以Cu/nZVI为反应材料,探究了TCBPA起始浓度,Cu/n ZVI投加量、p H、温度等因素对土壤中TCBPA降解率的影响.批实验结果表明:反应温度为25℃,经过360 min的反应后,0.30 g的Cu/n ZVI对土壤中0.8 mg·g~(-1)TCBPA的降解率可达85%以上.Cu/n ZVI对土壤中TCBPA的降解率随TCBPA初始浓度的增加而降低,随Cu/n ZVI投加量的增加而升高,随土壤初始p H的增加而降低,Cu/n ZVI对TCBPA的降解在常温条件下即可有效的进行.Cu/nZVI对TCBPA的降解遵循准一级反应动力学模型.GC-MS结果表明,Cu/n ZVI降解TCBPA是一个逐步还原脱氯的过程.     

丙酮冲洗法提高纳米零价铁抗氧化性能

纳米零价铁(nanoscale zero valent iron,nZVI)具有还原能力强、便于回收等优势,是目前广泛应用于地下水污染治理的一种活性纳米材料.然而,nZVI易被空气氧化失活及其储存难等问题严重地限制了其应用.为增强nZVI抗氧化能力,本文首次采用丙酮(acetone)对新制备的nZVI样品进行简单冲洗,并以水洗(water)作为对照,分别得到nZVIA和nZVIW样品.采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)等技术对样品的物理结构、表面性质进行了表征.结果发现,相较于表面粗糙、有大量氧化物存在的nZVIW,nZVIA为表面光滑球形,说明经丙酮简单冲洗能有效提高Fe0纯度.通过对在空气中持续暴露15 d后的样品进行XRD测试及其对甲基橙(MO)降解动力学实验,发现nZVIA具有优异的抗氧化能力,这源于通过配位吸附在nZVIA表面的丙酮分子起到的阻隔作用.此外,通过测试两种样品对三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)脱氯实验,发现nZVIA对TCA的降解速率是nZVIW的3.37倍,对TCA具有更快的脱氯能力.本研究为制备高活性且兼有抗氧化能力的nZVI提供了一种十分简单的改性方法.