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.     

石墨烯是促进还是抑制嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生长?

尽管石墨烯以其独特的光学、电学、力学特性在各大领域都具有广阔的应用前景,但其工业化使用后在环境当中的行为,特别是遗留下的石墨烯对生态系统的毒性研究则鲜见报道.因此,本文以嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)为目标微生物,探讨不同浓度(1、10、50 mg·L-1)石墨烯对Acidithiobacillus ferrooxidans的毒性效应.结果表明,石墨烯对Acidithiobacillus ferrooxidans的生长有明显抑制作用,且抑制作用随着石墨烯浓度的降低而增强.在石墨烯投加量为1 mg·L-1时,培养48 h后菌株的生长量OD420达到最大值0.045,低于空白组的0.163;并且其可溶性蛋白含量也达到最大值1.546 mg·L-1,低于空白组的3.789 mg·L-1.不同浓度石墨烯对体系p H和ORP均存在不同程度的影响,低浓度下的石墨烯影响最为显著.此外,通过扫描电镜(SEM)和荧光显微镜分析,进一步证实Acidithiobacillus ferrooxidans能在高浓度的石墨烯上生长,而低浓度的石墨烯则会对细胞膜造成损伤,它极其尖锐的边缘是细菌失活的有效机制.因此,石墨烯的毒性具有剂量效应,这一结果可为石墨烯合理利用及评价其生态毒性提供理论依据.     

氧化石墨烯对亚甲基蓝和铜离子的共吸附行为研究

氧化石墨烯(GO)具有高比表面积和丰富的含氧官能团,表面存在着大量的吸附点位,被认为是去除水体污染物的高效吸附剂,而其在有机物-重金属复合污染环境中的吸附行为却鲜有报道.因此,本文采用改良Hummers法制备出GO,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)等物理表征方法对GO的形貌结构和表面官能团进行了表征.随后,侧重研究了GO对有机物及重金属污染物的单独和共吸附行为,选取亚甲基蓝(MB)与Cu(Ⅱ)作为复合污染水体的特征污染物,探讨了不同浓度Cu(Ⅱ)对MB及不同浓度MB对Cu(Ⅱ)的吸附性能的影响.结果表明,不同类型的污染物单独存在时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附量分别为29.13和424.16mg·g-1;而当上述两种污染物共存时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附性能均明显下降,这说明MB与Cu(Ⅱ)在GO表面的吸附点位存在着竞争吸附关系,并且MB对Cu(Ⅱ)吸附的抑制作用明显高于Cu(Ⅱ)对MB吸附的影响.     

纳米Ni/Fe双金属去除水溶液中直接耐酸大红4BS的研究

采用纳米Ni/Fe双金属对直接耐酸大红4BS(DFS-4BS)染料进行去除研究.考察了不同反应参数对DFS-4BS去除效果的影响.结果表明,在pH值5.0,30 ℃,DFS-4BS质量浓度100 mg/L,纳米Ni/Fe质量浓度8 g/L和反应4 h的优化条件下,DFS-4BS的去除率达89.5%. 动力学研究表明,纳米Ni/Fe对DFS-4BS的降解符合伪一级反应动力学方程,表观速率常数Kobs为6.3×10-3 min-1,半衰期为110.02 min.纳米Ni/Fe对实际废水中的DFS-4BS去除率为71.2%.     

桉树叶提取液还原石墨烯电极提高微生物燃料电池产电性能的研究

将桉树叶提取液绿色还原氧化石墨烯(G-rGO)电极和微生物还原氧化石墨烯(B-rGO)电极依次作为微生物燃料电池(MFC)阳极,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所制备的电极进行表征,并采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对比2种电极的电化学性能.结果发现,G-rGO阳极的内阻为243.87Ω,应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为18.77 W·m~(-3)和760 mV,对照组B-rGO电极的内阻为299.11Ω,将其应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为13.16 W·m~(-3)和635 mV,对照组未修饰阳极的内阻为375.21Ω,最大功率密度和最大输出电压分别为8.97 W·m~(-3)和480 mV.研究表明,G-rGO电极电阻更小,导电性能更优越.     

EDTA增强Cr(VI)共存时Burkholderia cepacia降解孔雀绿的效率

重金属共存严重抑制了微生物降解染料的效率,本研究拟采用EDTA螯合Cr提高Burkholderia cepacia C09G降解复合污染中孔雀绿的效率.实验结果表明,0.1 mmol·L~(-1)孔雀绿单独存在条件下,24 h的生物降解率达到96.2%;然而,在0.5 mmol·L~(-1)Cr(VI)共存条件下,60 h的降解率仅为6.7%.当加入0.5 mmol·L~(-1)EDTA螯合剂后,60 h时孔雀绿的降解率提高到18.8%.当EDTA浓度为0.5 mmol·L~(-1)时,最佳螯合Cr(VI)的浓度为0.7 mmol·L~(-1),此时,60 h后孔雀绿的降解率达到35.3%,对Cr(VI)的吸附率为24.6%.此外,通过EDS、SEM、XPS分析证明,EDTA可以减小Cr(VI)的毒性,Burkholderia cepacia C09G可将吸附的Cr(VI)还原为Cr(III).     

几种印染助剂对壳聚糖稳定纳米铁去除酸性品红的影响

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-nZⅥ）；研究了印染废水中常见助剂NaNO₃、Na₂SO₄、NaH₂PO₄、K₂Cr₂O₇、EDTA二钠盐存在下，超声波辅助CS-nZⅥ对酸性品红（AF）降解的影响。结果表明，反应15 min，0.01 g CS-nZⅥ对25 mL、100 mg/L AF的去除率高达99.9%；各种助剂的存在使得纳米铁表面不同程度失活，阻碍反应的进行，使得AF的去除率下降。NaNO₃、K₂Cr₂O₇、EDTA二钠盐与纳米铁发生反应，与AF存在明显的竞争作用。重复利用实验表明，CS-nZⅥ重复利用7次仍具有一定的反应活性。此外，CS-nZⅥ对加标（50 mg/L）实际废水中AF的去除率达到99%以上，表明CS-nZⅥ是一种潜在的环境修复材料。     

一株高效十四烷降解菌的筛选及降解条件优化

采集某炼油厂废水处理车间的回流污泥,以十四烷作为唯一碳源筛选分离到一株高效十四烷降解菌。经形态学观察和生理生化特征研究,鉴定为布兰汉氏球菌(Branhamella sp.)。对其降解十四烷的条件进行了优化,实验结果表明,最适降解条件为接种量0.5%,温度35℃,初始pH=7,碳氮摩尔比为0.4:1,在最佳条件下,当十四烷的初始浓度约为50mg/L时,在12h内降解率高达98%以上。     

不同pH下纳米铁镍颗粒对生物降解苯酚的影响

研究不同pH(8.0、6.0和3.0)下金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)对纺锤芽孢杆菌(BFN)降解苯酚的影响.实验结果发现pH在8.0和6.0时投加2种金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)对BFN降解苯酚有促进作用,其原因主要是纳米颗粒在水中持续腐蚀产生H2,为BFN降解苯酚提供电子,促进BFN的生长.但在pH=3.0时,只有BFN-纳米Fe耦合体系才使苯酚得到部分降解,主要是因为纳米Fe颗粒与水反应产生OH-,使pH值有所升高,更适宜BFN的生长,同时提供电子供体H2促进BFN对苯酚的利用.扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)数据证实金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)在反应后附着在微生物表面,但微生物的表面形态并未发生显著改变.因此,纳米金属颗粒虽然通过附着影响微生物的活性,但其在腐蚀过程中产生的H2将作为电子供体而被BFN所利用,综合作用的结果是有利于BFN的生长进而提高苯酚的降解速率.     

高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.