弱磁场强化氧化石墨烯负载纳米零价铁(GO-nFe0/WMF)对水中Cr(Ⅵ)的去除特性及机制

利用共沉淀法成功制备出绿色、高效且具有较强重复利用性和抗氧化性能的介孔磁性材料氧化石墨烯负载纳米零价铁(GO-nFe~0).通过场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、比表面积测试仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段对GO-nFe~0的形貌、结构以及元素价态进行分析.研究了弱磁场(WMF)协同GO-nFe~0体系(GO-nFe~0/WMF)处理水体中Cr(Ⅵ)的特性和机制,并且考察了不同反应条件对体系去除Cr(Ⅵ)的影响.结果表明,当氧化石墨烯(GO)与纳米零价铁(nFe~0)的负载质量比为1∶10且在20 mT弱磁感应强度的最佳条件下,GO-nFe~0/WMF能够在30 min内完全去除浓度为10mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ).随着体系初始pH值的降低和材料投加量的增加,Cr(Ⅵ)的去除效率显著提高.无机阴离子(Cl~-,SO_4~(2-))对Cr(Ⅵ)的去除表现出促进作用,而ClO~-_4和CO_3~(2-)则分别表现出无明显影响和抑制效果.GO-nFe~0在循环利用5次以及暴露空气中30 d仍能保持较高的反应活性.通过XRD、XPS以及邻菲啰啉掩蔽实验证明:GO-nFe~0/WMF体系具有潜在的协同作用,GO可以提高WMF促进nFe~0的腐蚀速率并提高电子转移速率,从而释放更多的Fe~(2+).     

零价纳米铁吸附去除水中六价铬的研究

利用液相还原法制备的零价纳米铁(nZVI)进行了去除水中Cr(Ⅵ)的实验研究.结果表明,nZVI对Cr的去除效果明显优于还原铁粉和粉末活性碳;pH值越小、初始Cr浓度越低、nZVI放置时间越短及投加量越大均有利于水中Cr(Ⅵ)的去除,最佳去除率近100%;反应动力学拟合结果表明,nZVI去除六价铬符合准二级动力学模型;反应后nZVI颗粒的扫描电镜及电子能谱结果显示Cr占12.02%(wt),结合对反应溶液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)分析,说明吸附、还原与共沉淀可能是nZVI去除水中六价铬的主要机理.     

碳基材料负载纳米零价铁去除六价铬的研究进展

近年来,纳米零价铁(nZVI)因具有比表面积大、还原能力强、成本低的特点被用于去除环境中的六价铬〔Cr(Ⅵ)〕,然而由于高表面能、固有磁力等因素的影响,nZVI具有易团聚、易氧化和不稳定的缺点,限制了其广泛应用. 鉴于此,本文以碳材料作为支持材料改性nZVI,比较了制备碳基nZVI复合材料的方法,分析了不同碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应效能,阐述了影响复合材料去除Cr(Ⅵ)的因素. 结果表明:①湿化学法合成的复合材料有利于提高nZVI的分散性,减少团聚. 热转化法合成的复合材料有利于节约成本,提高碳材料和nZVI的结合性. ②不同碳材料负载nZVI能有效提高nZVI的分散性、稳定性和抗氧化性. ③碳基材料负载nZVI能有效降低环境因素对nZVI的负面影响. ④碳基nZVI复合材料能提高对Cr(Ⅵ)的去除能力,其对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2～20倍. 本文旨在深入了解碳基nZVI复合材料的合成方法,提高碳基nZVI复合材料的性能,以期为开发高效稳定的碳基nZVI复合材料修复环境中的Cr(Ⅵ)提供一些启示.      

树脂基纳米零价铁复合材料的制备及其去除重金属铅Pb(Ⅱ)的性能研究

凭借着优越的还原活性,纳米零价铁在环境污染治理和修复领域应用广泛。通过将纳米零价铁(n ZVI)颗粒负载到大孔阴离子和阳离子交换树脂上,成功制备出2种树脂基纳米零价铁复合材料。研究了2种复合材料及其载体对水溶液中Pb(Ⅱ)的去除性能,考察了不同载体功能基团对复合材料去除Pb(Ⅱ)性能的影响。结果表明:以大孔阴离子交换树脂为载体的D001-Fe0复合材料因具有离子交换和化学还原双重作用,对Pb(Ⅱ)的去除效率高、速率快。     

有机凹凸棒石负载纳米零价铁去除水中六价铬

以黏土为载体负载纳米零价铁（nZVI,nanoscale zero-valent iron）可改善零价铁颗粒的团聚行为,增强其反应性.在负载过程中铁和黏土用量比例不同,对nZVI颗粒团聚和反应性的影响也不同.以有机凹凸棒石（CTMAB/A）为载体,采用液相还原法在1：3和1：5两种铁土质量比条件下制备负载型纳米零价铁复合材料CTMAB/A-nZVI-3和CTMAB/A-nZVI-5.利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征了两种负载样品和不添加黏土载体时nZVI的分散差异,并通过X射线光电子能谱仪（XPS）分析样品与Cr（VI）反应后的产物分布.结果表明：降低负载反应时的铁土比能明显改善nZVI粒子的团聚现象、减小nZVI平均粒径、提高小粒径颗粒占比、增强其反应活性.小于10nm的nZVI颗粒在CTMAB/A-nZVI-3和CTMAB/A-nZVI-5负载nZVI总数中占比分别为3.60%和7.60%,在不负载的nZVI样品中占比为0.铁的投加量同为0.75g/L时,CTMAB/A-nZVI-5中铁对Cr（VI）去除率为86.20%,CTMAB/A-nZVI-3中为78.00%.     

生物炭负载硫化改性纳米零价铁去除水中的Cr(Ⅵ)

为研发治理地下水Cr(Ⅵ)污染的可行除铬材料,以碳热法制得生物炭负载纳米零价铁（BC-nZVI）,并通过对BC-nZVI硫化改性制备得到改性材料（M-BC-nZVI）,采用除铬容量、铬铁比（Cr/Fe）、反应活性分析M-BC-nZVI的除铬优势,通过模拟柱试验建立失效速率模型,从而推算M-BC-nZVI完全失效的除铬容量,最后与相关文献数据进行对比,分析M-BC-nZVI除Cr(Ⅵ)的应用可行性。结果表明：M-BC-nZVI材料的除铬容量、Cr/Fe、拟一级反应速率常数（k_obs）分别是BC-nZVI的1.86倍、1.95倍和3.00倍,因此相对于BC-nZVI来说M-BC-nZVI更具除铬优势;各模拟柱在运行过程中无明显堵塞情况,且随着进水浓度的升高,M-BC-nZVI的失效速率常数变大。当失效除铬速率为初始除铬速率的1.0%、进水Cr(Ⅵ)浓度为5 mg/L时,除铬容量最高,可以达到12.70 mg/g;对比M-BC-nZVI与其他文献报道的铁基材料及铁基改性材料的Cr/Fe可知,M-BC-nZVI的Cr/Fe为其他文献的1.06~42.06倍,故从材料的除铬性能来看,M-BC-nZVI应用于可渗透反应墙处理地下水Cr(Ⅵ)污染可行。

     

双表面活性剂修饰下纳米零价铁对水中Cr(Ⅵ)污染去除研究

为解决纳米级零价铁（nZVI）在环境中易团聚、易氧化的问题,强化其去除水中Cr（VI）的能力,选择非离子型表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和阴离子表面活性剂油酸钠（NaOA）同时对nZVI进行修饰.同时,通过对比不同pH值、材料干湿状态、初始浓度及共存离子条件下的反应效果,结合材料的XRD和XPS表征、动力学实验和25℃等温线的拟合进行机理分析.结果表明：酸性条件有利于Cr（VI）的去除;材料的干湿状态对去除效率影响较大;材料去除水中Cr（VI）可在3 h内达到反应平衡,去除效率在90%以上,实验条件下最大去除量为183.1 mg·g^-1,反应过程符合准二级动力学模型及Langmuir模型;反应过程中Cr（VI）大部分转化为Cr（Ⅲ）.     

有机配体对膨润土负载纳米零价铁还原Cr(Ⅵ)的影响

六价铬〔Cr(Ⅵ)〕因具有剧毒性和致癌性而被广泛关注. 以Fe(Ⅲ)与 NaBH₄反应制得负载型的纳米铁(B-NZVI),并对该材料做了TEM和AAS的表征;深入考察B-NZVI去除Cr(Ⅵ)的动力学规律,以及草酸、柠檬酸、草酸钠、柠檬酸钠等有机配体对膨润土负载纳米零价铁还原Cr(Ⅵ)去除速率的影响,并对其影响机理进行初步探讨. 结果表明,膨润土负载纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的去除行为符合Langmuir-Hinshelwood模型,其k_obs为0.011 97 min-1;草酸、柠檬酸、草酸钠和EDTA可促进B-NZVI对Cr(Ⅵ)的还原去除作用;柠檬酸钠则起到抑制作用. a      

活性炭及硫化双因素改性纳米零价铁去除溶液中Cr(Ⅵ)的特性及条件优化研究

采用两步液相还原法制备了活性炭及硫化双因素改性的纳米零价铁材料(S-nZVI@AC),并采用SEM-EDS、BET、XPS对材料表面形貌、元素特征等进行了表征分析.结果表明,纳米零价铁优先负载于活性炭较小孔洞中,而硫化则以材料表面纳米零价铁为主.以2 g·L^-1的投加量处理200 mL浓度为50 mg·L^-1的Cr(Ⅵ)溶液,探究了S-nZVI@AC的反应特性.结果表明双因素改性协同促进了材料中铁的高效稳定溶出,反应过程受化学吸附限速.在一定范围内,Cr(Ⅵ)的去除率随Fe/C质量比、S/Fe物质的量的比及溶液初始pH各因素水平的上升,呈现出先升高后降低的趋势.采用响应面法探讨上述3个因素的交互作用并进行条件优化,结果表明：各因素对材料去除Cr(Ⅵ)效率均有显著影响,强弱顺序为S/Fe物质的量的比>Fe/C质量比>pH.其中,Fe/C质量比与pH的交互作用以及S/Fe物质的量的比与pH的交互作用对材料去除Cr(Ⅵ)效率影响显著.在最佳条件下(Fe/C质量比为1.16,S/Fe物质的量的比为0.12,pH为5.92),S-nZVI@...     

石墨烯负载铁镍复合材料去除水中的2,4-二氯酚

通过液相还原法成功制备了石墨烯负载纳米铁镍复合材料,该材料可高效快速地吸附水中的2,4-二氯酚(2,4-DCP)并对其进行脱氯.微观形貌分析结果表明,粒径为80～150nm的球形Fe/Ni纳米颗粒成功插入石墨烯片层,并主要分布在石墨烯片层边缘和褶皱处,Fe/Ni颗粒团聚现象明显减少,更多活性位点暴露出来.XRD分析和FTIR分析表明,纳米零价铁(nZVI)通过Fe-O键成功嵌入石墨烯(r GO)中,且Fe/Ni纳米颗粒结晶度较差,外围包覆有无定形的铁氧化物沉淀.探讨了不同制备条件如碳铁比、镍化率、氧化石墨烯(GO)还原程度对材料去除2,4-二氯酚(2,4-DCP)性能的影响.综合考虑材料制备成本及对2,4-DCP的吸附脱氯性能,Fe/Ni@rGO复合材料的最优制备条件为:石墨烯与Fe质量比1:2,镍负载率5%,硼氢化钠与铁盐的物质的量比为5:1.研究表明5种材料对2,4-DCP的去除率遵循如下顺序:Fe/Ni@rGO复合材料>Fe/Ni>Fe@rGO复合材料>石墨烯>nZVI.储存稳定性试验和循环试验表明,与Fe/Ni双金属相比,Fe/Ni@rGO材料具有稳定的...     

nZVI/AC复合材料对水中锑的去除

利用液相化学沉淀法制备纳米零价铁/活性炭(nZVI/AC)复合材料,通过XRD、XPS、SEM、BET等表征手段对复合材料的结构、形貌、理化特征等进行分析,进一步考察了反应体系、nZVI负载量、初始pH、投加量等对除锑效果的影响,并对其去除机制进行了探讨.结果表明,液相化学沉淀法可成功制备nZVI/AC复合材料;在N_2氛围下,15%nZVI/AC投加量为0.2 g·L~(-1),初始pH为7.5(原水pH),反应2 h后,Sb(Ⅴ)的去除率达到76.2%,出水浓度仅为23.8μg·L~(-1);去除机制研究结果表明,Fe~(2+)在该体系去除Sb(Ⅴ)中起着主要的作用,是反应过程中的主要活性物质,结合反应前后nZVI/AC表面Sb元素分析,去除过程主要依靠Fe(0)和Fe~(2+)的还原作用,将Sb(Ⅴ)还原成Sb(Ⅲ),并通过吸附作用去除.     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅴ)的研究

以活性炭为载体制备了一种负载型纳米铁吸附剂.纳米铁在活性炭孔内为针状,其直径为30～500 nm,长度为1 000～3 000 nm,载入量[m(Fe)/m(炭)]为82.1 mg/g.用1.5 g/L该吸附剂对pH 6.5、 (25±2)℃、 2 mg/L的As(Ⅴ)进行吸附其去除率为99.5%,在平衡浓度1.0 mg/L时,该吸附剂对As(Ⅴ)的吸附容量为15.4 mg/g;吸附速度较快,12 h可达91.4%,72 h达到吸附平衡.吸附过程可由孔内扩散模型较好地说明.除PO_4~(3-)、SiO_4~(2-)外其它常见阴阳离子均对As(Ⅴ)的去除影响不大.吸附剂可以用0.1 mol/L NaOH溶液再生,再生效率较高.实验室初步实验数据表明,该吸附剂对饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅲ)的研究

以活性炭为载体,利用液相还原方法制备了一种负载型纳米铁吸附剂,载入量(Fe/炭)为82.0 mg/g.纳米铁在活性炭孔内呈针状,其直径为30～500 nm,长度为1?000～3?000 nm.该吸附剂在pH 6.5,(25±2)℃,As(Ⅲ)初始浓度为2 mg/Ｌ,吸附剂用量为1.0 g/Ｌ时,As(Ⅲ)的去除率为99.86%,吸附剂的砷吸附容量为1.997 mg/g;吸附速率在前12 h较快,可达94.3%,72 h达到吸附平衡.吸附过程中As(Ⅲ)部分被吸附剂氧化.PO^３－₄、SiO^２－_３对As(Ⅲ)的去除抑制较大,而SO^２－₄、CO^２－_３、C₂Ｏ^２－₄等离子对砷的去除影响较小.吸附平衡后的吸附剂可以用0.1 mol/Ｌ NaOH溶液洗脱再生,再生效率较高.室内实验数据表明,该吸附剂在饮用水除砷领域具有较好的应用前景.     

玉米根系Cr~(6+)吸收动力学特征及幼苗生长的反应

通过水培方法,研究了玉米根系对以K2Cr2O7形式添加的Cr6+的吸收特征及其不同浓度Cr6+对玉米根系和幼苗生长的影响。结果表明,玉米植株Cr6+含量随溶液中Cr6+浓度的增加而增加,吸收动态符合Michaelich-Menten模拟曲线方程特征,根系Cr6+含量明显高于地上部Cr6+含量,富集系数也极显著高于地上部。Cr6+对玉米形态生长的影响表现为"低促高抑"特征,低浓度Cr6+(<1.00 mg/L)促进玉米根系形态发育,根长、根表面积、根体积及生物量明显增加;高浓度Cr6+(≥1.00 mg/L)抑制玉米根系发育,当Cr6+浓度达到2.00 mg/L时,即可极显著降低玉米幼苗的根长和根表面积。不同浓度的Cr6+处理使玉米幼苗叶绿素含量较不添加Cr6+的对照均有所下降,表现出"脉间失绿"症状,其中低浓度Cr6+处理因玉米生物量的增加造成的稀释作用使得这种"失绿"症状尤为明显。     

零价铁去除废水中的汞

研究了零价铁(zero-valent iron,ZVI)去除废水中Hg2+的动力学特征及其影响因素,初步探讨了ZVI与Hg2+的作用机制.结果表明,ZVI对废水中Hg2+的最佳去除条件:Hg2+的初始浓度为0.10 mg·L-1、pH为5、ZVI用量为0.050 g、温度为25℃,获得Hg2+的去除率为94.5%.ZVI对废水中Hg2+有一个快速的去除过程,可用准一级反应动力学方程描述,速率常数为0.010 min-1.ZVI去除废水中Hg2+的机制主要是氧化还原反应、铁氧化物和氢氧化物的吸附和共沉淀作用,ZVI表面钝化是降低Hg2+去除率的主要原因,其钝化成分主要是FeOOH和Fe2O3-Fe3O4.胡敏酸可与ZVI还原产生的Fe2+、Fe3+结合形成Fe-HA复合物,增加可溶性铁的比例,缓解ZVI的钝化,对细铁氧化物和铁氢氧化物胶体具有稳定作用,增强对废水中Hg2+的吸附作用.     

零价铁去除水中钼的研究

文章通过序批实验,研究了零价铁对钼的去除效果,考察了零价铁投加量、钼初始浓度、pH值及竞争离子等因素的影响。结果表明,零价铁对钼具有较好的去除效果。钼的去除效率随pH值的降低而增加,在pH=2.0时,去除率达到98%;无机阴离子均在不同程度上抑制钼的去除,而无机阳离子则促使钼的去除率从60%提高到95%。     

低浓度含铬工业废水的在线自动监控新技术

研究了可自动监测工业排放废水Ｃｒ＾６＋的在线监测仪。采用５１系列单片机对流体注射仪（ＦＩＡ）进行自动控制，以硬件自动检测Ｃｒ＾６＋浓度。当Ｃｒ＾６＋浓度大于０．４ｍｇ／Ｌ，小于０．５ｍｇ／Ｌ时，发生预报警信号，大于０．５ｍｇ／Ｌ时，发出强报信号，以提醒工作人员控制废水排放浓度，采用防脉冲干扰平均值滤波法对数据进行处理，可消除采样中的干扰。     

工业废水中微量Cr^6＋的流动注射光度分析

以离子交换法去除干扰离子,二苯碳酰二肼为显色剂,采用流动注射技术,以60个样/h的速度,分析电镀废水及其他废水中的C_r~(6+)。线性范围为0～5.0mg/l,检出限为0.09mg/l;对1.0mg/lC_r~(6+)标准溶液连续测定12次,其相对标准偏差为1.1％。     

负载纳米零价铁的铁碳材料制备及其降解抗生素性能研究

近年来,基于纳米零价铁(nano zero-valent iron,nZVI)的非均相Fenton氧化技术成为了抗生素废水研究领域的热点,但是nZVI易迁移和易团聚的缺点限制了其进一步应用. 为了解决该问题,本文选择含氮有机物乙二胺四乙酸(EDTA)和三聚氰胺(MA)作为配体,含有机碳的醋酸亚铁作为铁源,采用机械球磨法-高温裂解相结合的方法制备了负载nZVI的铁碳材料,并以磺胺噻唑(sulfathiazole,STZ)为目标污染物,探讨了Fe@EDTA (醋酸亚铁@乙二胺四乙酸)和Fe@MA (醋酸亚铁@三聚氰胺)2种铁碳复合材料激发过氧化氢(H₂O₂)的非均相Fenton催化体系(Fe@C-H₂O₂体系)的影响因素及其作用机制. 结果表明:①Fe@EDTA材料中纳米铁粒子的直径约为4 nm,在碳层中均匀分布,这种结构使得其具有较强的催化能力,而Fe@MA材料中的nZVI则聚集成直径约为400 nm的大颗粒,被100 nm碳层包覆. ②Fe@EDTA材料的最佳铁碳比(醋酸亚铁与有机配体的质量比)为2∶1,Fe@MA材料的最佳铁碳比为3∶1,2种铁碳复合材料的最佳试验条件均为初始pH =3、H₂O₂投加量25 mmol/L、铁碳复合材料投加量0.2 g/L、STZ初始浓度20 mg/L. 在最优条件下,2种铁碳复合材料的Fe@C-H₂O₂体系均可在30 min内完全降解STZ. ③STZ的降解以及羟基自由基(?OH)的产生均符合伪一级动力学模型. ④连续运行300 min后,Fe@EDTA-H₂O₂体系对STZ的降解率仍高达82%,而Fe@MA-H₂O₂体系对STZ的降解率约为48%. ⑤基于?OH猝灭试验,推测铁碳复合材料与H₂O₂的非均相Fenton催化体系的机理是nZVI诱导的非均相Fenton氧化,其中?OH和超氧自由基(?O₂?)在氧化降解有机污染物过程中起到关键作用. 研究显示,nZVI颗粒粒径更小的Fe@EDTA材料具有更加优异的催化性能以及更好的重复利用性和稳定性,能够高效降解水中的STZ.