零价铁/炭去除水中的As(Ⅴ)

将零价铁(ZVI)分别与活性炭,石墨,碳纤维和碳纳米管按照质量比10:1组成电偶腐蚀体系用于水中As(Ⅴ)去除,结果显示零价铁/活性炭组合的去除效果略高于其它组合.XRD测试表明,组合体系中零价铁腐蚀的主要反应产物为纤铁矿,磁铁矿/磁赤铁矿.对零价铁阳极/活性炭阴极不同质量比例的研究表明,1:1时效果最佳.随着电解质浓度升高,As(Ⅴ)去除效率增大,在0.03 mol·1-1 NaCl电解质条件下,初始As(Ⅴ)为5 mg·1-1时,零价铁/活性炭组合与As(Ⅴ)反应2.5 h后,As(Ⅴ)的去除率达到100%.SO2-4,NO-3,CO2-3,SiO4-4,PO3-4等共存阴离子,以及腐殖酸对零价铁/活性炭组合去除As(Ⅴ)影响的研究结果表明,CO2-3,PO3-4和腐殖酸对As(Ⅴ)的去除效率影响不大,SiO4-4具有一定的抑制作用,相反,SO2-4和NO-3表现为明显的促进作用.     

不同螯合剂对零价铁活化过硫酸盐降解对氯苯胺的影响

研究了螯合剂EDTA、草酸(OA)、柠檬酸(CA)以及2,2-联吡啶(BPY)对零价铁(ZVI)活化过硫酸盐(PS)降解对氯苯胺(PCA)的影响;考察了溶液中PCA的降解率、PS消耗量和溶液中的Fe2+含量对反应的影响.结果表明,在中性条件下,EDTA、OA、CA等3种螯合剂抑制PCA在零价铁活化过硫酸盐体系中降解.而BPY促进了PCA的降解,增加溶液中BPY浓度,PCA的降解率增大;且PCA的降解是拟一级反应,其速率和BPY浓度呈正比;溶液初始p H值为3.0—11.0时,PCA在中性和碱性条件下的降解效率高于酸性条件.相对未加入BPY的体系,在中性和碱性条件下,BPY促进ZVI中Fe2+的溶出而提高PS活化效率,在酸性条件下,BPY由于减少了溶液中游离的Fe2+浓度,表现出对PCA的降解抑制.本文结果进一步证明了零价铁活化过硫酸盐非均相体系中,零价铁是作为活化PS的Fe2+的替代来源.     

弱磁场强化零价铁去除水中砷的效果

砷是一种有毒的类金属污染元素,许多工业场地土壤与地下水发现砷严重超标.本文对20 mT弱磁场促进零价铁去除砷的效果、影响因素和机理进行了实验室研究.结果表明,当初始pH=5—9时,外加弱磁场对零价铁除砷反应动力学影响显著,尤其在pH=7时,反应动力学速率常数从0.21 s~(-1)升高到1.14 s~(-1),增大了443%;2 h内去除率由30.9%提升至89.1%,提高了189%.在初始pH=7,更小粒径(5—9μm)的零价铁条件下,弱磁场促进零价铁除砷的效果更显著.由反应后剩余固体的SEM图可知,外加弱磁场下,零价铁颗粒表面的腐蚀产物明显增多.XPS分析结果表明,弱磁场环境下更多的氧气参与反应,促进了零价铁的腐蚀,生成更多的铁氧化物和氢氧化物,从而加速了砷在零价铁及其氧化物、氢氧化物表面的吸附和共沉淀.弱磁场可以显著促进零价铁对砷的去除,且无需外加能源和药剂投入,绿色环保,具有良好的发展前景.     

生物炭负载纳米铁活化过硫酸盐去除土壤中的五氯联苯

以污染土壤中检出量较高的PCB118为目标污染物,采用银杏叶提取液绿色合成纳米铁材料(nZVI)、玉米秸秆制备生物炭(BC),将nZVI负载在BC表面合成生物炭负载纳米零价铁复合材料(BC-nZVI),利用制备的BC-nZVI复合材料催化活化过硫酸盐(PS)去除土壤中PCB118。主要探讨了在生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐体系(BC-nZVI/PS)中复合材料BC-nZVI碳铁比及其投加量、PS浓度、pH值、温度等因素对PCB118去除速率的影响。结果表明,反应时间为24h时,碳铁比为2?1时BC-nZVI反应体系对土壤中PCB118去除效果优于其他3种比例。实验条件下,随着BC-nZVI的投加量由0.002 g增加到0.500 g,PS浓度由0.05 mol·L^-1增至0.35 mol·L^-1,温度由15℃升高到45℃,土壤中PCB118的去除率分别增加了32.4%、10.6%及14.7%。随着溶液初始pH值由3升到9,土壤中PCB118的去除率降低了11.4%。单因素实验数据显示,在BC-nZVI的投加量为0.500 g,PS浓度为0....     

浮石负载纳米零价铁去除水相中的砷(Ⅴ)

废水中的砷是最具毒性的环境污染物之一.为了更好地利用纳米零价铁(Nanoscale Zero-Valent Iron,NZVI)修复水体污染,本文进行了浮石负载NZVI去除水相中As(Ⅴ)的研究.利用环境扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对浮石负载纳米零价铁(P-NZVI)的形态和粒度进行表征分析,根据批试验和间歇试验探究反应条件对去除效果的影响,并通过对照P-NZVI与As(Ⅴ)溶液反应前后的样品的X射线光电子能谱(XPS),结合XPS Fe2p和XPS As3d窄轨道图谱,探讨P-NZVI对水相中As(Ⅴ)的去除机理.研究结果表明,制备所得NZVI颗粒平均粒径30.6 nm,分散在浮石表面.利用BET-N2法检测得到P-NZVI的比表面积为32.2 m~2·g~(-1)(NZVI含量0.28 g,质量比7.7%).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除率随初始pH值、反应温度、As(Ⅴ)初始质量浓度的升高而降低,反应符合准一级和准二级动力学方程.初始As(Ⅴ)浓度为100 mg·L~(-1)时,P-NZVI的平衡时吸附量为35.7 mg·g~(-1).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除机理包括吸附、沉淀和共沉淀作用.     

生物炭负载纳米零价铁材料的制备及还原降解性能

选取花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆为原料制备不同种类生物炭,合成不同生物炭负载纳米零价铁复合材料(BC/n ZVI)。采用比表面积分析、扫描电镜等多种表征方法获得不同BC/n ZVI的物理化学和结构性质,测试BC/n ZVI对水溶液中典型有机氯农药γ-六六六的还原降解效果。结果表明,花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆均在300℃制备条件下有较高的产率和较好的吸附效果;制备的BC/n ZVI颗粒呈球状结构,以花生壳BC/n ZVI分散性为最好;在水相实验中,添加BC/n ZVI对γ-六六六的去除效果优于单独添加生物炭或者纳米零价铁的效果;3种生物炭基材料中,花生壳BC/n ZVI对水相γ-六六六6 h的去除率为87.53%,反应体系中污染物总降解率达82.33%。     

黑炭/零价铁复合材料耦合金属还原菌对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

针对黑炭/零价铁复合材料(BF)、金属还原菌(GY~(-1))单独使用修复Cr(Ⅵ)污染环境存在的问题,构建了黑炭零价铁与金属还原菌的耦合体系,考察了耦合体系中溶液pH值、Cr(Ⅵ)浓度、反应时间、温度对微生物生长和溶液中Cr(Ⅵ)去除的影响,并且研究了耦合体系中铁的动态变化。实验结果表明:黑炭/零价铁复合材料可作为金属还原菌的固定化载体,为金属还原菌提供繁殖场所的同时,提高其对Cr(Ⅵ)的抗性。耦合体系中Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于单独使用零价铁/黑炭和单独铬还原菌的效果。在耦合体系中,3 mL细胞培养液(OD_(600)为1.2—1.6)和0.1 g黑炭负载零价铁材料,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为100mg·L~(-1)条件下,反应24h后可将溶液中Cr(Ⅵ)完全去除。XPS结果显示,反应阶段Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)共同存在于耦合体系中,但大部分的Cr(VI)会被零价铁和铬还原菌还原为Cr(Ⅲ),此外,存在黑炭和菌体对Cr(Ⅵ)的吸附作用。耦合体系中Fe(Ⅱ)含量高于单独黑炭负载零价铁材料,说明微生物能还原零价铁钝化层的Fe(Ⅲ)为Fe(Ⅱ),使Fe(II)继续参与还原反应,产生循环效果,增强耦合体系对Cr(Ⅵ)的去除效果。同时,铁离子作为一种电子传递介质增强微生物对Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递,加速反应进行的同时,解决零价铁表面易钝化问题。     

纳米铁用于饮用水中As(Ⅲ)去除效果

主要考察实验室合成制得的纳米铁对毒性高,迁移能力强,在厌氧地下水中作为砷的主要存在形式的As(Ⅲ)去除效果.通过批实验探讨吸附动力学,以及pH和纳米铁投加量对As(Ⅲ)的去除影响.反应1 h时,0.25 g纳米铁对起始质量浓度为910μg·L-1 As(Ⅲ)的去除率高达99%以上;反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的速率常数ksA为1.64mL·m-2·min-1.研究结果表明,具有高反应活性的纳米铁将成为饮用水中砷去除非常有效的吸附材料.     

水稻全生育期内零价铁与生物炭钝化土壤镉砷的协同效应与机制

镉(Cd)和砷(As)在土壤中地球化学行为相反,因而难以实现对它们的同步钝化。为了同时降低稻米中Cd和As的积累以达到提高粮食安全的目的,选择了零价铁(ZVI)和生物炭(BC)的组合材料来修复稻田土壤中的Cd/As复合污染。通过盆栽实验,在水稻全生育期内,密集采取了孔隙水、根际土壤、水稻植株和根表铁膜等样品,分析了其中Cd/As含量与存在形式的动态变化过程,并以此探究了水稻整个生命周期内ZVI或/和BC对稻田土壤中Cd/As生物有效性的钝化效果与机制。结果表明,相比于对照组,生物炭仅降低稻米中Cd,降低率为15.4%;ZVI能同时降低稻米中Cd和As质量分数,其降低率分别达17.0%和24.5%;而ZVI+BC组合对稻米中Cd和As降低量最强,分别高达50.2%和35.6%,表现出明显的协同钝化效应。土壤孔隙水与重金属连续提取结果表明,ZVI能使水溶态、吸附态与可交换态Cd和As转化为铁氧矿物结合态,而BC主要导致水溶态与可交换态Cd转为碳酸盐结合态。相对而言,ZVI+BC组合通过共同促进铁氧矿物的形成与分散,从而导致大部分的水溶态、吸附态与可交换态Cd和As与铁氧矿物形成结合态,是抑制稻米积累Cd和As的主要作用机制。因此,ZVI和BC的组合材料可以同步高效修复稻田土壤中的Cd/As的复合污染,这将有利于实现中轻度Cd/As污染稻田的安全利用。     

CaO_2/Fe~(2+)活化过硫酸钠对石油类污染土壤的修复效果

本文探讨了利用过氧化钙活化过硫酸钠氧化修复实际污染场地长期高浓度石油类(TPH)污染土壤的可行性.研究了过氧化氢、过氧化钙、过氧化钙/Fe~(2+)等活化方法对TPH降解效率的影响.结果表明,对于TPH污染较重的土壤(浓度15000 mg·kg-1),过氧化钙较过氧化氢活化过硫酸钠降解的效果更好,使用过氧化氢活化方法,TPH最高降解率仅为25.6%,而当过氧化钙/过硫酸钠的用量(物质的量之比)为1/5时,反应7 d,TPH去除率达到67.4%,反应不需要添加额外的活化剂.当Fe~(2+)/过氧化钙/过硫酸钠的用量为1/2/5时,反应7 d,TPH降解率为82.1%,较不添加Fe~(2+)高14.6%,反应后体系呈中性.进一步增加过氧化钙的用量,TPH去除率和体系p H均增加.研究表明,Ca O_2/Fe~(2+)活化过硫酸钠氧化修复石油类污染土壤效果较好,考虑到实际场地后续利用的可行性,Fe~(2+)/过氧化钙/过硫酸钠的用量为1/2/5较为合适.     

零价铁活化过硫酸钠对偶氮染料4BS的脱色机理

以直接耐酸大红4BS为研究对象,利用零价铁(ZVI)活化过硫酸钠(PDS)对其进行脱色研究,考察了PDS浓度、ZVI浓度、pH、温度等对脱色的影响.结果表明,一定浓度的ZVI与PDS联合使用能促进大红4BS的脱色,在20 min时脱色率达98.79%,远高于使用单一药剂的效率,且反应符合准一级反应动力学方程.低pH有利于反应的进行,随着pH值降低,反应速率逐渐加快,在pH=10.42时,反应90 min仅脱色9.41%,而在pH=3.03时脱色率达95.57%.温度的升高虽然能加快大红4BS的脱色,但是会使PDS的利用率降低,当温度由20℃增大到60℃时,PDS的利用率降低12%,且温度对大红4BS降解速率的影响符合阿伦尼乌斯模型(R2=0.988),计算的活化能为14.44 k J·mol-1.分别以叔丁醇与异丙醇为分子探针的自由基清除实验显示:ZVI活化PDS降解大红4BS是以SO-4·为主导的自由基反应过程.     

赤泥基零价铁类芬顿降解罗丹明B和磺胺嘧啶的催化性能

为了有效去除废水中的有机污染物和实现赤泥(RM)的再利用,利用废弃活性炭(WAC)作为碳源,通过还原焙烧-磁选二步法制备了赤泥基零价铁(ZVI/RM)材料作为类芬顿催化剂催化氧化废水中常见的有机污染物罗丹明B (RhB)和磺胺嘧啶(SD).材料表征结果表明,零价铁均匀分布在材料上,且材料具有明显的介孔结构.当初始pH为...     

预磁化强化零价铁除偶氮染料的性能研究

考察了预磁化对零价铁去除水中甲基橙、苋菜红、金橙Ⅱ、氨基黑和肼黄等不同偶氮染料性能的影响,结果表明,预磁化强度由0逐渐增大至750 m T时,零价铁去除甲基橙的表观速率常数由0.0078 min~(-1)逐渐增大至0.0677 min~(-1),反应速率提高倍数达到1.4—8.7倍.预磁化后的零价铁(Mag-ZVI)除甲基橙表观速率常数与其剩磁呈线性正相关,这一定程度上说明了预磁化对零价铁除污染活性的强化作用主要与其颗粒剩磁有关.通过系统考察了Mag-ZVI在不同p H条件下对甲基橙的去除性能以及Mag-ZVI对苋菜红、金橙Ⅱ、氨基黑和肼黄的去除性能,进一步证实预磁化对于零价铁在不同反应体系下除偶氮染料均呈现正面效应.预磁化对零价铁去除染料的强化作用具有一定的普适性,其在印染废水处理中具有广阔的应用前景.     

零价铁协同超声波降解2,3,4,6-四氯酚的特性

研究了2,3,4,6-四氯酚(TeCP)在超声波/零价铁协同体系中的降解,结果表明,拟一级动力学能很好的拟合降解过程,协同体系中TeCP一级降解速率常数为0.0141min~(-1),为同等条件下零价铁体系降解速率常数的10.07倍,且大于两者之和,说明两者之间存在明显协同效应;零价铁(Fe~0)投加量、初始pH值、初始TeCP浓度(C_0)、超声功率和溶液离子强度等控制参数对TeCP降解速率的影响表明,其拟一级速率常数在Fe~0量为2g·l~(-1),初始pH值为6.0,离子强度0.8mol·l~(-1)Na_2SO_4以及超声功率350W时达最大值,并随着C_0的升高而降低.     

紫外光强化铁离子循环活化PS氧化苯胺

研究了草酸铁离子(Fe(C_2O_4)_3~(3-))在UV光照条件下的铁离子循环转化过程及其强化过硫酸钠(PS)活化氧化苯胺的机理,考察了Fe(C_2O_4)_3~(3-)浓度和初始p H对PS活化及苯胺氧化效果的影响.研究表明,在UV光照条件下,0.75 mmol·L~(-1)的Fe(C_2O_4)_3~(3-)溶液在初始p H值为3时,Fe~(2+)的转化率最高可达到96%,远高于柠檬酸铁铵和氯化铁体系,但反应过程中草酸根离子(C_2O_4~(2-))会发生分解并引起p H升高,导致Fe~(2+)转化率急剧下降;Fe~(2+)循环转化过程对UV/Fe(C_2O_4)_3~(3-)体系强化PS活化的作用远大于UV光照直接活化PS过程,对PS活化分解率的贡献达到79%;初始Fe(C_2O_4)_3~(3-)浓度决定了Fe~(2+)循环转化的最大浓度并显著影响PS的活化效果,当Fe(C_2O_4)_3~(3-)初始浓度从0.25 mmol·L~(-1)逐渐提高到0.50、0.75、1.00 mmol·L~(-1)时,PS活化分解速率不断增大,但当浓度高于0.75 mmol·L~(-1)时,C_2O_4~(2-)对硫酸根自由基(SO_4~(·-))的竞争作用显著增强,导致苯胺的氧化效果出现降低;中碱性条件不利于UV/Fe(C_2O_4)_3~(3-)体系发生光化学反应生成Fe~(2+),但在其活化PS过程中,由于PS分解引起p H下降,在初始p H为7和9时PS仍可被有效活化,PS分解率可分别达到86%和68%.     

纳米零价铁颗粒去除水中重金属的研究进展

重金属是毒性大、难降解、易累积的环境污染物,纳米零价铁作为一种新型功能修复材料在去除水体和土壤中重金属方面有着广阔的应用前景.本文综述了纳米零价铁颗粒去除水中重金属的研究进展,包括纳米零价铁的常用制备方法及特性、去除效能、对不同重金属的去除机理以及发展前景和今后的研究方向,以期为该领域的深入研究提供借鉴并拓展新的思路.     

零价铁还原和过硫酸盐氧化联合降解水中硝基苯

将零价铁(Fe0)的还原和过硫酸盐(persulfate,PS)的高级氧化技术结合用于水中难降解有机污染物硝基苯的去除.研究结果表明,Fe0在常温常压下可将硝基苯还原生成苯胺,随着Fe0投加量的增加,硝基苯还原为苯胺的速率逐渐增大.PS本身对硝基苯氧化作用不明显,但在Fe0与PS二者联合体系中,硝基苯和苯胺同时被去除,而且随着PS投加量的增加二者被去除的速度也随之增加.在Fe0还原和PS氧化联合处理硝基苯的体系中可能存在两个过程,一是Fe0还原硝基苯产生苯胺和二价铁离子Fe2+,二是Fe2+催化PS产生强氧化性的硫酸根自由基将苯胺氧化降解.     

双金属Fe~0-Cu~0的合成及其催化过硫酸钠(PS)降解邻苯二甲酸二丁酯的研究

以铜金属有机骨架材料Cu_3(BTC)_2·12H_2O (Cu-BTC)为前驱体,通过浸渍还原方法成功制备出粒径为20-30 nm的Fe~0-Cu~0双金属催化剂.为评估该双金属催化剂对过硫酸钠(PS)的催化活性,对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)进行氧化降解研究.考察了Fe~0/Cu~0的摩尔比、PS浓度、催化剂用量及初始pH对DBP降解的影响.结果表明在Fe~0/Cu~01.0时,DBP的降解去除率随着双金属催化剂Fe~0/Cu~0摩尔比的增加而增大.DBP的降解率随着PS和Fe~0-Cu~0双金属催化剂浓度的增加而增大,并在PS和Fe~0-Cu~0浓度分别为1.62 mmol·L~(-1)和0.3 g·L~(-1)时达到最佳去除效果.除pH值为7.0外,DBP的降解率随着初始pH值的增加而下降.     

Fe~0对土壤中3-硝基甲苯的还原作用

研究常温常压下零价铁(ZVI或Fe0)对土壤中3-硝基甲苯(MNT)的还原作用.结果表明:零价铁能够有效地将土壤中的MNT还原为3-甲基苯胺.在MNT为2.5×10-6mol·-1,铁粉加入量为25mg·g-1,土壤初始pH值为6.8,含水量为75%,温度为25℃的条件下,反应5h后MNT的还原率可达95%.随着体系反应时间的延长,温度的升高,土壤含水量的增大和铁粉用量的增加,MNT的还原率均增大.将土壤初始pH值控制在偏酸性有利于反应的进行.     

山阴地区高砷饮用水处理技术

通过对山西省山阴县高砷地下水分布和污染程度的实地调查,对高砷水环境中砷的形态及富集转化规律进行了研究,并在此基础上形成一套以曝气氧化和加药(加入FeCl2和FeCl3的混合物作为混凝剂)过滤工艺为基础的联合水处理方法.结果表明,在山阴县砷污染严重的地段,地下水的氧化还原电位Eh为-50～142 mV,pH值为8.28～8.73,这种Eh下降、pH升高的地下环境给高砷地下水的形成创造了条件.当地下水中ρ(硫化氢)<140μg·L-1时,用功率为5 W的松宝SB-648双头氧气泵连续曝气1.5 h即可达到基本去除的效果.以25 m深处地下水为例,其ρ(As)为275 μg·L-1,待硫化氢去除后在水中加入摩尔比n(FeCl2):n(FeCl3)=1:1的混合物,连续曝气5 h,水体中60%以上的As(Ⅲ)可转变为As(V).经投加药品和曝气氧化处理后的地下水若能及时通过简易过滤装置,过滤后的水体中ρ(As)仅为5～8 μg·L-1,达到GB 5749-2006<活饮用水卫生标准>,且过滤后的水体中ρ(Fe)为0.03 mg·L-1,远小于GB/T 14848-93<地下水水质标准>规定的Ⅰ类标准.该水处理方法可快速有效地将As(Ⅲ)转化为As(V),并使As(V)与混凝剂发生吸附共沉淀反应,从而达到高效除砷的效果.过滤过程则可以防止氢氧化物胶体与砷酸盐形成的絮体二次进入环境,同时进一步降低水体中铁离子含量.该方法适用于我国广大高砷水地区家庭分散式供水的处理.