生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁对水中六价铬的去除

利用液相还原法,通过先负载再包裹的方式制备了4种不同炭铁质量比的生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁(BC-nZVI-CMC)材料,并将其用于对水中Cr(Ⅵ)的去除,使用扫描电镜、X射线衍射和傅里叶红外等技术对BC-nZVI-CMC的结构与性质进行了表征。结果表明:BC-nZVI-CMC具有较好的分散性,粒径为纳米级且被CMC完全包覆,抗氧化能力得到较大提升,可有效去除水中Cr(Ⅵ);投加1 g·L~(-1)的BC-nZVI-CMC对含有30 mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ)去除率达99.83%;pH越小,越有利于BC-nZVI-CMC对水中Cr(Ⅵ)的去除,最高去除率可达100%;BC-nZVI-CMC的抗氧化能力明显高于商品纳米铁和生物炭负载纳米铁;含有8 g·L~(-1) C/Fe=1∶1的BCnZVI-CMC对电镀废水中Ni、Zn、Cu、总铬、Cr(Ⅵ)的去除率可达39.60%、91.70%、100%、91.69%、100%。上述研究结果对水中Cr(Ⅵ)去除新技术的开发有重要的参考价值。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

(B-NZVI)/CTMAB的制备及对水中铬(Ⅵ)的去除性能与机理

采用液相还原法制备膨润土负载纳米铁(B-NZVI),并用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对其进行表面改性,研究了不同n(FeSO4)/n(NaBH4)(记为N)制备的(B-NZVI)/CTMAB的除铬效果。结果表明,N=1时制备的(B-NZVI)/CTMAB除Cr(Ⅵ)效率最高,较未改性的膨润土负载纳米铁(B-NZVI)的除Cr(Ⅵ)效率(57.7%)提高了23.7%,反应速率提高1.31倍。X射线衍射发现,N=1时不仅有零价铁,还有Fe(Ⅱ),对加快反应速率和提升去除效果有一定作用。从反应后产物的光电子能谱(XPS)图看出Cr(Ⅵ)被吸附后大部分还原为Cr(Ⅲ),而铁被氧化为Fe(Ⅲ)。最后,结合反应前后材料的表面电性以及扫描电镜图,对(B-NZVI)/CTMAB改性机制、改性后纳米零价铁线的形成及去除Cr(Ⅵ)的机理和产物等进行了探究。     

表面改性壳聚糖纳米铁球去除水中Cr(Ⅵ)

通过表氯醇(ECH)、乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)和戊二醛(GLA)对壳聚糖-纳米铁(chitosan nanoscale zerovalent iron,CS-NZVI)进行表面改性,提高了其机械强度。研究在不同的初始pH值、反应温度、NZVI投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度条件下,改性前与后的CS-NZVI球对去除Cr(Ⅵ)效果和动力学的影响。结果表明:4种CS-NZVI球对Cr(Ⅵ)的去除率和Kobs与NZVI投加量和反应温度成正比,与初始pH值和Cr(Ⅵ)初始浓度成反比。其中GLA-CS-NZVI球对水中Cr(Ⅵ)的去除效果最好。4种CS-NZVI球去除Cr(Ⅵ)的机理为:在前0.5 min内,物理吸附作用将Cr(Ⅵ)吸附在球表面并有部分被还原为Cr(Ⅲ),然后化学还原作用起主导作用。     

PBTCA稳定零价纳米铁的制备及其去除水中Cr(Ⅵ)

以2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸(PBTCA)为稳定剂,通过FeCl3.6H2O与NaBH4反应,利用液相还原法制备稳定纳米级零价铁颗粒(P-NZVI),并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)进行表征,颗粒平均粒径为73 nm。考察了Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、pH、NZVI投加量、温度等条件对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并与同等条件下不加稳定剂制备的纳米铁(N-NZVI)进行对比。结果表明:Cr(Ⅵ)的去除率随温度和纳米铁投加量增加而升高,随pH和Cr(Ⅵ)溶液初始浓度升高而降低。在相同实验条件下,P-NZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于N-NZVI,表明改性后纳米铁在地表水原位修复领域具有较好的应用前景。     

纳米铁改性生物炭制备及其对含铬废水的吸附性能

本文针对废水中Cr(Ⅵ),以市政脱水污泥为原料,通过液相还原技术成功制得纳米铁改性污泥基生物炭(nZVI/BC),并考察了nZVI/BC对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和可能的吸附机理。表征结果表明,零价铁颗粒成功负载到生物炭表面且无明显团聚现象。吸附实验结果表明,初始pH、溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)的去除效果均有显著影响。nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以使用伪二级(PSO)吸附动力学模型拟合。吸附等温线拟合分析结果表明,nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于nZVI和BC。Cr(Ⅵ)的去除机制可能涉及其在nZVI/BC表面的化学还原,此外,nZVI/BC抗氧化性较强,且在一定条件下可实现再生处理。总体而言,作为一种环境友好型材料,nZVI/BC的应用为废水中Cr(Ⅵ)的去除可提供良好途径。     

基于茶渣的生物炭负载零价铁对水体和土壤中Cr(Ⅵ)的修复及机理研究

利用茶渣中的残余多酚类物质,通过绿色合成法制得零价铁(ZVI),并以茶渣烧制的生物炭(BC)作为载体负载ZVI,将制得的ZVI/BC材料用于去除水体中Cr(Ⅵ)及修复Cr(Ⅵ)污染土壤。结果表明,茶渣中提取的多酚可以成功还原Fe(Ⅱ)制备ZVI,且制得的ZVI/BC复合材料具有优秀的Cr(Ⅵ)去除能力;ZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层化学吸附,ZVI为反应中心,其对Cr(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir模型,在溶液初始pH为3时对Cr(Ⅵ)吸附性能最佳。与BC相比,ZVI/BC更能促进土壤中的铬从易被利用的可交换态、碳酸盐结合态向较难被利用的铁锰氧化态、有机态转化。ZVI/BC主要通过还原反应修复土壤和水体中的Cr(Ⅵ),同时也伴随着表面络合过程。     

葡萄籽提取液还原制备生物炭负载纳米铁对水中As(Ⅲ)的去除性能及机理

利用植物提取液绿色合成的纳米铁,具有绿色环保、成本低廉等优点。本文采用葡萄籽提取液作为还原剂和稳定剂,风车草生物炭为载体,制备了生物炭负载纳米铁(CBC-nZVI),用于去除废水中的As(Ⅲ)。结果表明,纳米铁(nZVI)成功负载于生物炭表面,具有较大的比表面积和孔体积;随着反应时间的延长,溶液温度的升高,CBC-nZVI投加量的增加和溶液初始pH的增大,CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附量不断增大;Langmuir等温吸附模型能更准确地描述CBC-nZVI对As(Ⅲ)吸附行为,CBC-nZVI对As(Ⅲ)去除过程符合准二级动力学模型,表明CBC-nZVI对As(Ⅲ)的吸附是单层吸附,以化学吸附为主。ESR表征结果表明CBC-nZVI在有氧反应体系中生成了·OH,反应过程中,As(Ⅲ)大部分被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),通过吸附、氧化还原和共沉淀实现As(Ⅲ)的最终去除。     

壳聚糖-纳米铁去除上覆水和底泥中Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的研究

利用具有较好抗氧化性和分散性的壳聚糖-纳米铁(CS-NZVI)颗粒去除上覆水-底泥系统中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),分析了Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)去除的动力学特征,考察了pH和盐度对去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI颗粒能够有效去除上覆水及底泥中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除过程满足准一级反应动力学方程;随着pH的升高,上覆水中Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低,而Pb~(2+)、Cd~(2+)去除率逐渐升高,底泥中Cr(Ⅵ)去除率先大幅降低后小幅上升,而Cd~(2+)、Pb~(2+)去除率总体呈降低趋势;高盐度不利于上覆水中Cr(Ⅵ)的去除,但对底泥中Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除具有促进作用,对底泥中Cr(Ⅵ)的去除没有明显影响。     

硝酸根对零价铁去除地下水中六价铬的影响

通过批实验和连续通流的柱模拟实验对比研究了存在NO_3~-和不存在NO_3~-条件下零价铁(Fe~0)去除Cr(Ⅵ)的反应特征,并对比分析了NO_3~-对零价铁(Fe~0)去除Cr(Ⅵ)的影响。批实验结果表明,在不同初始pH条件下,NO_3~-的加入均使得零价铁(Fe~0)去除Cr(Ⅵ)的速率升高;当初始pH=7时,NO_3~-的促进作用最强,反应速率是无NO_3~-条件下的2.1倍。柱实验结果表明,NO_3~-的加入使得Fe~0去除Cr(Ⅵ)的反应分成了3个不同的阶段:高效期(198孔隙体积数(PV)),快速钝化-平稳钝化期(198-1025 PV)以及彻底钝化期(1025 PV)。在高效期,反应中的NO_3~-表现为对Fe~0反应位点的竞争,抑制了Cr(Ⅵ)还原。在后期的2个阶段中,反应中NO_3~-则呈现明显的促进作用。NO_3~-的存在使得零价铁(Fe~0)柱趋于整体性同步钝化,延长了Fe~0柱的运行寿命,并且增加了零价铁(Fe~0)柱对Cr(Ⅵ)的去除效率。NO_3~-对Fe~0去除Cr(Ⅵ)反应的促进作用原因是由于NO_3~-与Fe~0反应产生Fe3O4,Fe3O4可以还原Cr(Ⅵ),并且具有阻滞反应的产物在Fe~0表面堆积和促进电子传导作用。     

不同电子供体和受体对零价铁与微生物协同还原六价铬的影响

采用间歇实验考察了有机质及氧、硝酸盐和硫酸盐对零价铁(Fe0)与微生物协同还原Cr(Ⅵ)过程的影响。实验结果表明,对于Cr(Ⅵ)的去除协同体系明显优于Fe0和微生物单独作用;外加有机质如乙酸钠、乙醇、葡萄糖和腐殖酸可显著地提高协同体系去除Cr(Ⅵ)的效果,反应3 d后Cr(Ⅵ)去除率分别提高了33%、19%、16%和11%;空气对协同体系还原Cr(Ⅵ)过程影响不明显,但硝酸盐明显地抑制Cr(Ⅵ)的还原,且抑制作用随硝酸盐浓度升高而增强;硫酸盐诱导微生物在Fe0表面生成具有强吸附能力和强还原能力的硫铁矿物,促进Cr(Ⅵ)的去除。当硫酸根浓度为960 mg·L~(-1)时,反应2 d后Cr(Ⅵ)去除率提高了39%。在零价铁与微生物协同修复Cr(Ⅵ)污染水体中应充分考虑电子供体和受体的影响。     

一步还原焙烧法制备炭载零价铁及其对水中Cr(Ⅵ)的去除

以活性炭为还原剂和载体,通过一步还原焙烧法制备出炭载零价铁(AC-ZVI)材料。电镜扫描和X射线衍射分析结果表明,零价铁以平均粒径为2μm的颗粒均匀分布在活性炭表面和孔道中。采用间歇实验考察了炭载零价铁去除水中Cr(Ⅵ)的效果,结果显示炭载零价铁对水中的Cr(Ⅵ)具有很好的去除效果,在初始pH值为5、Cr(Ⅵ)浓度为50 mg·L~(-1)、AC-ZVI投加量(铁用量)为0.6 g·L~(-1)和反应温度为25℃的条件下,反应5 h后Cr(Ⅵ)的去除率达到86.8%;降低溶液pH、增加炭载零价铁投加量和提高反应温度均有利于Cr(Ⅵ)的去除,反应过程符合准一级动力学,表观反应速率常数k为0.655 h~(-1)(30℃),反应活化能为67.6 k J·mol~(-1)。研究结果表明,通过一步还原焙烧法制得的炭载零价铁可作为一种高效吸附还原材料用于Cr(Ⅵ)污染水体的治理。     

多硫化钙与亚铁盐联用去除工业废水中的Cr(Ⅵ)

还原稳定化修复技术是当前重金属污染修复领域的主要技术,其中,重金属去除率和环境扰动是评价修复效果的重要指标.以不同pH重铬酸钾溶液模拟Cr(Ⅵ)污染水体,分别研究了多硫化钙、硫酸亚铁和二者联用对水体重金属Cr(Ⅵ)的还原稳定性,同时考察了环境因素对药剂联用的影响并探究各药剂对Cr(Ⅵ)的去除机理.结果表明:当多硫化钙与硫酸亚铁投加比例为1:2时,药剂联用对Cr(Ⅵ)和总Cr的去除效果均优于单独施加药剂时的去除效果且还原产物较稳定,对体系扰动作用相对较小;低pH和较高温度有利于联用药剂对Cr(Ⅵ)的去除,HCO3-、Cl-、Mn2+的加入有利于去除Cr(Ⅵ),Fe3+对 Cr(Ⅵ)去除表现为低浓度抑制、高浓度促进;经反应产物成分分析,多硫化钙与硫酸亚铁反应生成了具有催化效果的FeS,提高了修复效果.以上研究结果可为后期Cr(Ⅵ)污染水体的控制和修复提供参考.     

绿色合成纳米铁去除水中铬离子

以桉树叶提取液作为还原剂和稳定剂,绿色合成纳米铁(EL-Fe NPs),用于去除水体中的铬离子。通过SEM、XRD、FT-IR等技术方法对绿色合成的纳米铁去除铬离子反应前后的微观结构进行表征和分析,观察其反应前后的形态结构。主要探究了p H、Cr(VI)溶液初始浓度、EL-Fe NPs投加量和反应温度等因素对EL-Fe NPs去除铬离子效果的影响,研究其吸附动力学并且进行了EL-Fe NPs重复利用实验。实验结果表明:降低溶液初始p H值、升高温度均能提高铬离子的去除率;在铬离子初始浓度10 mg·L~(-1),EL-Fe NPs投加量1 g·L~(-1),初始p H=6,反应温度298 K条件下,铬离子的去除率能达到77.2%,其去除过程符合伪一级动力学,反应表观活化能为28.23 k J·mo L~(-1),表明其为化学控制过程;EL-Fe NPs在重复使用3次之后,铬离子去除率仍能达到35.2%。     

小麦根系分泌物对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)的吸附影响研究

利用超积累植物进行重金属污染土壤的修复是植物修复领域研究的热点,且相比于微生物修复具有绿色、环保、经济等优势。采用温室培养实验研究了小麦根系分泌物在不同实验条件下对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)的吸附影响。结果表明,小麦根系分泌物对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)有一定的吸附去除效果,且吸附去除率随光照时间、光照强度、温度和营养液浓度的改变而发生变化。     

板栗壳对重金属Cr（Ⅵ）吸附性能的研究

从废弃的植物材料中筛选出一种Cr(Ⅵ)高效吸附剂——板栗壳。研究了pH、接触时间、板栗壳用量、温度和Cr (Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)吸附活性的影响。结果表明, 板栗壳的最佳pH为2～3。在pH 2时,Cr(Ⅵ)的去除率达99.7%。在15～35℃的温度范围内,板栗壳对Cr(Ⅵ)的去除率随温度的升高而增加。30℃时,Cr(Ⅵ)的去除率可达99%。板栗壳用量对Cr(Ⅵ)的去除有明显影响。由0.2 g增加到0.4 g时, Cr(Ⅵ)的去除率从90.6%提高到99%。在较宽的铬初始浓度范围内,板栗壳对Cr (Ⅵ)有明显的去除作用。     

CTAB调控绿色合成纳米氧化铁及去除亚硝酸盐

采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性绿色合成纳米氧化铁(IONP),提高其稳定性和分散性,并应用于去除水中亚硝酸盐。实验结果表明,亚硝酸盐初始浓度为20 mg·L~(-1),反应温度30℃时,0.4 mmol·L~(-1)CTAB改性的绿色合成纳米氧化铁(CTAB-IONP)去除亚硝酸盐的效率最高,为97.32%,比IONP增加了23%。通过扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征可知,经CTAB改性提高了IONP的稳定性和分散性,同时使其带正电,从而提高了反应活性。IONP对亚硝酸盐的去除反应遵循伪一级动力学,而CTAB-IONP则更符合伪二级动力学。     

Cu/Fe和Ni/Fe双金属处理模拟地下水中的铬

研究了零价铁(Fe0)、Cu/Fe、Ni/Fe双金属作为渗透反应格栅(PRB)反应介质对地下水中六价铬〔Cr(Ⅵ)〕去除性能。采用烧杯批次实验研究了铜负载率、镍负载率、投加量及pH对Cr(Ⅵ)去除效率的影响。采用柱模拟室验考察Fe0、Cu/Fe和Ni/Fe双金属作为PRB反应介质对地下水中的Cr(Ⅵ)去除效果。实验结果显示,相对于Fe0,双金属去除效率显著提高,去除效果可达99.7%,速率也是Fe0单独作用时的2倍。Cu/Fe双金属系统随着铜负载率增加去除效率增加,铜负载率达到10%以后,去除效率不再增加,开始有降低的趋势;Ni/Fe双金属系统呈现相同趋势。Cu/Fe、Ni/Fe投加量越大,对Cr(Ⅵ)去除效果越好,并且酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的去除。对于Cr(Ⅵ)的去除,Cu/Fe和Ni/Fe双金属比Fe0更具有长效性,其寿命是Fe0单独作用时的2倍以上。     

纳米磷酸铝合成及对Cr(Ⅵ)的吸附性能应用研究

用固相模板方法，在150C、2h条件下合成纳米磷酸铝，通过XRD、IR、ICP和化学分析进行了表征。TG研究表明，纳米磷酸铝从室温到1000C范围内热稳定性好。并对磷酸铝和纳米磷酸铝对Cr(Ⅵ)的吸附性能进行了研究。结果表明，它们对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能。     

纳米ZrO_2-SRB颗粒对铬和氟污染地下水修复的动态实验

为解决某矿区中超标污染物F~-、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、SO_4~(2-)等对地下水造成的危害,利用自制纳米ZrO_2-聚丙烯酰胺杂化材料固定硫酸盐还原菌,采用得到的纳米ZrO_2-SRB颗粒对超标污染物进行了处理。通过室内动态柱实验,探讨反应层种类、进水水力负荷、进水浓度对污染物去除效果的影响。结果表明:纳米Zr0_2-SRB颗粒作反应层对污染物的去除率要高于挂膜SRB,且纳米ZrO_2-聚丙烯酰胺杂化材料可以为SRB提供碳源,使SRB的活性增强;进水水力负荷控制在2.935 m~3·(m~2·d)-~1时较为适宜;增大Cr(Ⅵ)浓度和F~-浓度对整体出水浓度变化影响并不大;纳米ZrO_2对F~-的吸附选择性优于对Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和SO_~(2-);去除机理包括还原和吸附双重作用。利用0.1 mol·L-~1 HCl、0.2mol·L~(-1)乙醇和质量分数为2.5%硫脲作为洗脱液,对纳米ZrO_2-SRB颗粒进行3次吸附-脱附循环后,仍能保持较好吸附能力。以上结果可为解决含有该类污染物的矿区地下水问题提供技术参考。