3种金属氧化物纳米材料在不同土壤中运移行为研究

采用实验室柱淋溶方法,考察了纳米CeO2、纳米TiO2和纳米Al2O3材料在不同土壤中的运移行为,分析了纳米材料在土壤中运移能力与土壤性质的相关性,并采用胶体运移动力学模型估算了纳米材料在土壤中的最远运移距离.结果表明,纳米CeO2和纳米TiO2在试验的大部分土壤中有很强的运移能力,而纳米Al2O3仅在试验的酸性土壤中有较强的运移能力,在其他土壤中几乎被全部截留.纳米材料在土壤中运移的机制非常复杂,静电作用、土壤表面电荷异质性、团聚作用、张力作用(straining)以及过滤熟化作用(ripening)均对纳米材料的运移有着重要的影响.纳米CeO2的运移能力与土壤Zeta电位显著负相关;纳米TiO2的运移能力与土壤黏粒含量显著负相关,与土柱渗透系数显著正相关;纳米Al2O3的运移能力与土壤pH显著负相关,与土柱渗透系数显著正相关.模型估算的纳米CeO2、纳米TiO2和纳米Al2O3在试验土壤中的最远运移距离分别为52~69 043、31~332和<10~5 722 cm.纳米材料在一些土壤中的最远运移距离远远大于30 cm表层土壤的深度,意味着纳米材料在这些土壤中有向深层土壤运移的可能.     

磁性纳米复合材料CoFeM48对水中磺胺类抗生素的吸附去除研究

通过自组装技术在CoFe2O4表面包裹分子筛MCM-48,合成了一种新型的“核/壳”结构磁性纳米复合材料CoFeM48.采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、BET比表面积仪、振荡样品磁强计(VSM)等分别对CoFeM48的晶型、形貌、比表面积及磁性能等进行了系统表征分析.该复合材料对水中5种常见磺胺类抗生素表现出了良好的吸附性能,15℃时的平衡吸附量在68.9 μg·g-1(磺胺二甲嘧啶)至99.6μg·g-1(磺胺甲二唑)之间.吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线能用Freundlich模型拟合.热力学计算结果表明CoFeM48对磺胺类抗生素的吸附是以物理吸附为主的自发放热过程.红外结果表明氢键是CoFeM48表面官能团和磺胺之间的一个主要作用力.此外,分子筛外壳有序的二氧化硅结构和磺胺之间的π-π电子共轭作用也可能促进两者之间的吸附.     

纳米Fe2O3与纳米SiO2对石英砂表面改性的制备工艺优化研究

以普通石英砂滤料为原材料,纳米Fe2O3、纳米SiO2为改性剂,环氧树脂为粘结剂,表面负载量和附着强度为评价指标,通过正交试验与固定因素不同水平连续性试验等方法,制备了两种纳米氧化物改性石英砂(Nano-oxide coated sand,Nano-OCS).同时,研究了不同制备因素对Nano-OCS表面氧化铁负载量和附着强度的影响,并探讨Nano-OCS制备工艺的最佳优化条件.结果表明,水浴加热过程对改性剂和粘结剂进行慢速搅拌,最佳转速为50r·min-1,时间为45min,烘干时间1h,温度(120±5)℃,纳米Fe2O3(65.8g·L-1)与未改性石英砂(RQS)的最佳投加比(体积质量比,下同)为C=0.23mL·g-1,改性剂环氧树脂(99%)溶液与RQS的最佳投加比为C1=0.035mL·g-1,纳米SiO2(10g·L-1)与RQS的最佳投加比为C2=0.17mL·g-1,在最优条件下制备的样品负载量和有机物吸附率均达到92%.投加过量时,有机物吸附率明显减小.与传统的低温碱性沉积法或高温煅烧制得的Nano-OCS相比,加入了粘结剂环氧树脂,用低温水浴固化的方法所制得的Nano-OCS,负载量提高了约8倍,脱附率降低70%以上.本法采用无添加剂的粘结剂,表面改性后不会对水体产生二次污染.     

负载型纳米Fe与负载型纳米Fe-Ni降解甲基橙的对比研究

以阳离子交换树脂为载体,合成了负载型纳米Fe和负载型纳米Fe-Ni双金属材料,并采用扫描电子显微镜和能谱分析对该材料进行表征,考察了m(FeSO4):m(树脂)、负载纳米材料加入量、溶液pH等因素对甲基橙降解率的影响.结果表明,两种负载纳米材料对0.05 g·L-1甲基橙均有较好的降解效果,甲基橙的降解率随负载纳米材料加入量的增加而增加;纳米双金属材料中Ni含量的增加有利于甲基橙的降解.在pH =4酸性条件下降解效果最佳.在优化的降解反应条件下,对比研究了负载型纳米Fe和负载型纳米Fe-Ni对甲基橙的降解效果.结果表明,负载型纳米Fe-Ni对甲基橙的降解效果要优于负载型纳米Fe.制备的材料在多次使用后经活化,仍有良好的催化稳定性.     

纳米Fe3 O4-H2 O2 非均相Fenton反应催化氧化邻苯二酚

由四氧化三铁(Fe3O4)-过氧化氢(H2O2)构成的非均相Fenton体系主要利用H2O2分解产生的羟基自由基氧化去除难降解有机污染物.研究了邻苯二酚在纳米Fe3O4-H2O2构成的非均相Fenton体系中的催化氧化特征,同时对实验室制备的纳米级Fe3O4和商品微米级Fe3O4两种催化剂的催化活性进行比较,并考察了H2O2初始浓度对邻苯二酚的催化氧化的影响.结果表明,自制纳米Fe3O4-H2O2体系较商品Fe3O4-H2O2体系,能更快速地去除溶液中的邻苯二酚和总有机碳(TOC),邻苯二酚的去除率接近100%,同时能迅速催化H2O2分解.邻苯二酚的催化氧化反应遵循准一级反应动力学方程,H2O2的分解反应能用三级反应动力学方程较好拟合.此外,反应过程中铁释放低于0.3 mg.L-1,不足以启动均相Fenton反应,反应机制为由界面反应控制的非均相反应机制.     

纳米磁粉协同邻氨基苯酚优化活性污泥工艺运行效能研究

在纳米磁粉(NMPs)和邻氨基苯酚(OAP)的协同作用下,可以达到优化活性污泥工艺的运行效能和从源头上减少剩余污泥产量的目的.纳米磁粉和邻氨基苯酚被分别和同时投加到序批式反应器(SBR)中来进行实验研究.实验结果表明:在OAP的单独作用和二者协同作用下污泥产量分别减少了31%和25%.NMPs与OAP协同作用下对COD和TP的去除率比OAP单独作用下分别增加了8%和5%,出水NH+4-N的浓度和平均SVI值分别下降了58%和10%.连续运行36d后,OAP和NMPs协同作用下的脱氢酶活性比对照增加了6%,镜检发现:生物反应器中活性污泥絮体结构紧密,并且存在大量种类繁多的原生和后生动物.研究结果表明,在纳米磁粉和OAP的协同作用下可有效地实现剩余污泥减量化、改善污泥的沉降性能,并能抑制仅加入解耦联剂(OAP)对活性污泥工艺效能产生的不良影响.     

纳米Y沸石对堆肥中氨气的吸附作用及其机理研究

利用自制的堆肥装置,研究了纳米Y沸石对生活垃圾堆肥中氨气吸附的规律,同时采用红外光谱技术分析了吸附氨气前后纳米Y沸石的变化,探讨了其对氨气吸附机理。试验结果表明:纳米Y沸石对氨气具有较好的吸附效果,最大吸附量可达到3.21×10-6mol/g,对氨气的最大去除率也可达到93.3%,并最终稳定在81%左右。纳米Y沸石对氨气的吸附作用机理属于物理吸附,可以通过一定方法解吸复原,解吸后的纳米Y沸石对氨气同样具有很好的吸附能力,去除率也能达到93%。     

Effects of environmental factors on sulfamethoxazole photodegradation under simulated sunlight irradiation: Kinetics and mechanism

To advance the knowledge of the environmental fate of sulfamethoxazole (SMX), we systematically investigated the effects of natural water constituents and synthetic substances (i.e., TiO₂ nanoparticles (nTiO₂) and Ti-doped β-Bi₂O₃ (NTB)) on the photodegradation kinetics of SMX under xenon lamp irradiation. The photolysis of SMX in aqueous solution followed first-order kinetics. Our results showed that higher concentrations of SMX, fulvic acid, suspended sediments, NTB and higher pH value decreased the photodegradation rates of SMX, whereas H₂O₂ improved the SMX photodegradation. TiO₂ nanoparticles had a dual effect on photodegradation due to their photocatalytic activity and photoabsorption of photons. No intermediates more toxic toward Vibrio fischeri than SMX were produced after direct photolysis and photocatalytic degradation for 3 hr. The photolysis of SMX involved three pathways: hydroxylation, cleavage of the sulfonamide bond, and fragmentation of the isoxazole ring. This study lays the groundwork for a better understanding of the environmental fate of SMX.     

纳米竹炭在无机盐与表面活性剂体系中的沉降特征

以新型碳基纳米材料—纳米竹炭为研究对象,考察其在蒸馏水、无机盐、表面活性剂等体系中的沉降特征。试验发现,蒸馏水体系中纳米竹炭静置68 d后沉降率约为90%,而无机盐体系中不同浓度(2~50 mg/L)的纳米竹炭10 d内则大部分基本沉降完全,说明离子强度对其沉降性能影响较大。纳米竹炭沉降于试管底部,在蒸馏水体系中堆积紧密,在无机盐体系中堆积则相对蓬松。表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,HTAB)的添加能降低纳米竹炭的沉降速率,且随着HTAB浓度增大沉降率越小。但表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度后,对纳米竹炭的分散性能的增强不明显。     

纳米级TiO2/粉煤灰/UV催化臭氧化处理苯胺废水的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2/粉煤灰光催化剂,利用X射线衍射法对催化剂的物相和粒径进行了表征.通过苯胺光催化臭氧化降解实验,考察了pH、催化剂投加量、薄膜厚度等反应条件对苯胺降解效果的影响,并研究了苯胺光催化臭氧化降解的反应机理.实验结果表明,经550℃热处理后的TiO2主要以锐钛矿晶型存在,平均粒径为11.12nm.降解反应遵循·OH机理,当催化剂投加量为5g/1.5L废水时,催化效果最好.