反应气氛对绿色合成纳米铁的组分及其活性的影响

成本低廉和无二次污染的"绿色"合成纳米材料是发展原位纳米环境修复技术的前沿研究课题之一.本文以绿茶提取液为还原剂和稳定剂进行"绿色"合成纳米铁,探讨在不同的气氛下"绿色"合成的纳米铁颗粒的主要成分,以期为调控合成纳米铁系材料提供基础研究.首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对不同反应气氛下合成的纳米铁颗粒的表面微观形貌、尺寸和价态结构进行分析.结果发现,在通入N2情况下,合成的纳米铁颗粒粒径为(84.7±11.5)nm,其主要成分以纳米零价铁为主;在通入空气情况下,合成的纳米铁粒径为(117.8±26.2)nm,其主要成分是纳米零价铁、氧化铁和四氧化三铁的混合物;通入O2时,合成的纳米铁粒径为(141.2±26.3)nm,其主要成分以四氧化三铁为主.其次,评价在不同气氛条件下合成纳米铁颗粒对去除亚甲基蓝(MB)的反应活性.结果表明,在反应温度313 K下降解初始浓度为50 mg·L-1的MB溶液,反应5 min时已达到平衡,通入N2合成的纳米铁降解MB,去除率高达98.7%,而通入O2合成的纳米铁反应效率低,对MB的去除率仅为65.3%.最后,从以上发现提出不同气氛下可以调控"绿色"合成的铁系纳米材料成分,从而导致不同的纳米修复环境中污染物的能力.     

膨润土负载纳米铁/镍还原阿莫西林的环境影响因素研究

采用液相还原法制备膨润土负载纳米铁/镍(Bent-Fe/Ni)用于还原阿莫西林,研究了不同浓度的阴离子(SO2-4、HCO-3)和阳离子(Ca2+、Cu2+)对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林的影响.结果表明,SO2-4、HCO-3浓度对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林的影响较大,当其浓度分别为0和500mg·L-1时,阿莫西林的去除率分别为93.7%和21.5%(SO2-4),以及93.7%和5.8%(HCO-3);Ca2+对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林起到抑制作用,当其浓度为0和500 mg·L-1时,阿莫西林的去除率分别为93.7%和77.8%;低浓度的Cu2+对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林起到促进作用,而高浓度的Cu2+对Bent-Fe/Ni还原阿莫西林起到抑制作用,当其浓度为0、10和100 mg·L-1时,阿莫西林的去除率分别为93.7%、94.8%和86.7%.     

有机酸对B-Fe/Ni降解阿莫西林的影响

为了研究水体中的有机酸对B-Fe/Ni（膨润土负载纳米铁/镍）降解阿莫西林的影响,以HA（腐殖酸）和EDTA（乙二胺四乙酸）作为研究对象,系统分析了不同质量浓度HA（0、10、50、100 mg/L）和EDTA（0、10、50、100 mg/L）对B-Fe/Ni降解阿莫西林的影响.以阿莫西林的降解率来考察HA和EDTA对B-Fe/Ni降解阿莫西林的效率产生的影响,并采用SEM（扫描电子显微镜）和XRD（X射线粉末衍射）等手段,探究了这两种有机酸对B-Fe/Ni降解阿莫西林产生影响的原因.结果表明:①当反应时间为10 min时,在HA质量浓度分别为0、10、50、100 mg/L的体系中,阿莫西林的降解率分别为63.6%、88.6%、87.3%、81.8%;②当反应时间为10 min时,在EDTA质量浓度分别为0、10、50、100 mg/L的的体系中,阿莫西林的降解率分别为63.6%、74.3%、65.7%、33.6%;③纳米铁在反应过程中被氧化为铁氧化物或氢氧化物沉淀,形成钝化层.研究显示,HA和EDTA在低质量浓度下会对B-Fe/Ni降解阿莫西林产生促进作用,而在高质量浓度下则会产生抑制作用.      

CS-Fe和CS-Fe/Ni的制备及其用于去除钴离子

以氯化铁为铁源，硼氢化钠为还原剂，壳聚糖为稳定剂，采用液相还原法制备壳聚糖稳定纳米铁（CS-Fe）；并以氯化铁为铁源，硫酸镍为镍源，硼氢化钠为还原剂，壳聚糖为稳定剂，采用液相还原共沉淀法制备壳聚糖稳定纳米铁镍（CS-Fe/Ni）。通过SEM、EDS、XRD、FT-IR等表征手段，对所制备的CS-Fe和CS-Fe/Ni的形貌及微观结构进行表征，并以Co²⁺为目标去除物评价CS-Fe和CS-Fe/Ni的反应活性。初步研究表明，制成的CS-Fe含有单质纳米铁，颗粒多数以30~90 nm球形颗粒为主；而CS-Fe/Ni材料中含有纳米铁镍，颗粒多数以30~60 nm球形颗粒为主；在相同的实验条件下，反应60 min，CS-Fe/Ni对Co²⁺的去除率高达100%，但是CS-Fe仅为88%，即CS-Fe/Ni对Co²⁺的去除率比CS-Fe高。     

脱氮副球菌YF1微生物燃料电池生物阴极脱氮和产电

以脱氮副球菌YF1构建纯种生物阴极微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)进行脱氮和产电机理的研究。研究结果发现,阴极碳氮比、pH值对产电和脱氮效率有明显影响。当MFC的阴极运行条件pH值为8.0,碳氮比为20时,运行时间15 h时,脱氮率高达100%,输出电压为150 mV。上述结果表明,微生物燃料电池运行过程中,细菌降解硝酸根的机理为将硝酸根还原为N2或者直接将其作为自身的营养物质而利用。循环伏安(CV)与扫描电镜(SEM)的结果表明,在微生物燃料电池运行中,副球菌YF1通过接触导电作为产电的电子供体。     

绿色合成纳米铁同时去除水体中的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)

植物提取液绿色合成纳米铁是用于环境修复最有潜力的技术之一.本文利用苦丁茶提取液绿色合成纳米铁(Fe NPs),考察了Fe NPs去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的性能,同时,比较了不同温度对Fe NPs去除Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响.结果表明,在p H=3.5、温度303 K、Fe NPs投加量为2.0 g·L-1的条件下,反应60 min后,Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)复合溶液中Pb(Ⅱ)的去除率为91.0%,Cd(Ⅱ)的去除率达31.4%,而单独的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)溶液中,Pb(Ⅱ)的去除率高达93.8%,Cd(Ⅱ)的去除率高达41.7%.根据Fe NPs对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)反应前后的表征结果和Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)去除动力学的研究结果表明,Pb(Ⅱ)的去除反应遵循伪一级动力学,而Cd(Ⅱ)的去除遵循伪二级动力学,去除机理可能是Fe NPs对Pb(Ⅱ)起到还原、吸附作用,而对混合液中的Cd(Ⅱ)起到吸附作用.     

膨润土负载纳米铁用于降解水体中阿莫西林

采用液相还原法合成膨润土负载纳米铁(B-nZVI)和纳米铁(nZVI)并用于降解水中的阿莫西林.实验结果表明,无论是单独nZVI还是B-nZVI都能有效降解阿莫西林.在25 mL浓度为20 mg.L-1的阿莫西林溶液中加入0.1 g的B-nZVI(其中nZVI的含量为0.05 g),溶液的初始pH值为6.65,摇床的振荡速率为250 r.min-1,反应温度为25℃,反应时间为120 min的条件下,B-nZVI对阿莫西林的降解效率高达93.1%,在此实验条件下,单独nZVI(0.05 g)对阿莫西林的降解效率只有82.3%,这是由于膨润土对nZVI起到分散作用,从而使B-nZVI的反应活性得到提高.降解动力学研究表明,B-nZVI对阿莫西林的降解过程符合表观一级反应动力学规律,相关系数R2均大于0.945.B-nZVI可多次重复用于降解阿莫西林.