中国微米纳米技术学会纳米科学技术分会纳米环境技术专业委员会年会暨2017全国纳米环境技术学术会议

<正>2017年10月25-27日安徽·合肥·科学岛主办单位:中国微米纳米技术学会纳米科学技术分会纳米环境技术专业委员会中国科学院合肥物质科学研究院中国科学院生态环境研究中心《环境工程学报》编辑部承办单位:中国科学院合肥物质科学研究院     

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。     

微纳米气泡协同铁碳微电解工艺处理盐酸四环素废水

采用微纳米气泡联合铁碳微电解法处理盐酸四环素废水,用XRD和FT-IR对铁碳材料反应前后的结构进行了表征,研究了不同反应时间、铁碳投加量、pH、微纳米气泡进气量对盐酸四环素去除率的影响和一级反应动力学的特征。结果表明:微纳米气泡对铁碳微电解有显著的协同作用;当反应时间为120 min、铁碳投加量为100 g·L-1、pH=3、微纳米气泡进气量为30 mL·min-1时,浓度为20 mg·L-1的盐酸四环素降解效果达到最佳,降解率为80.84%,TOC去除率为47.89%。通过LC-MS测定分析,盐酸四环素经过分解转化为m/z=194、m/z=181和m/z=174的产物,并最终转化分解为CO2和H2O。以上研究结果可为抗生素废水处理提供有益的参考。     

纳米铜膜高效快速催化还原染料废水脱色

以Cu(CH3COO)2·H2O为铜源前驱物,水合肼为还原剂,通过浸渍的方法在棉布上负载纳米铜,成功制备了纳米铜膜。利用XRD和SEM对其进行了物相和形貌的表征,以亚甲基蓝(MO)、结晶紫(CV)、甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)等常见的8种染料为目标污染物,评价了其催化还原染料废水的性能。结果表明:制备的纳米铜膜表面的纳米铜颗粒近似球形,平均粒径约700～800 nm,能够加快还原反应中的电子转移,达到快速使染料废水快速脱色的目的。在25 ℃,纳米铜膜的大小为4 cm×6 cm,NaBH4的浓度为0.5 mol·L-1,所建立的纳米铜膜催化体系能在12 min内使20 μmol·L-1的RhB完全脱色,在相同体系下,同浓度的MB、CV和MO的脱色时间分别只需要10 s、30 s和10 min,膜材料重复使用16次以后的脱色效果仍然在98%以上,表现出良好的催化活性和循环性。     

纳米TiO2光催化-超滤法处理模拟二级出水

采用纳米TiO2光催化-超滤对模拟二级出水进行处理。分别考察了纳米TiO2光催化剂的投加量、光催化反应时间、光催化过程曝气量、膜出水通量以及回流比对废水中污染物去除率的影响。结果表明:光催化反应最优处理工况,纳米TiO2投加量250 mg/L、反应时间150 min、曝气量为1.0 L/min、膜出水通量为115 L/(m2·h)、错流过滤的回流比200%;在此工况条件下,出水的UV254和TOC的去除率分别为96%和84%。     

纳米铁原位注入技术对六价铬污染地下水的修复

纳米零价铁原位注入是六价铬污染地下水的有效修复技术之一。为验证其场地修复效果,在北京某电镀厂搬迁后的遗留六价铬污染场地,现场制备纳米铁并通过原位注入对场地内六价铬污染地下水进行原位修复现场中试研究。选取6 m×6 m实验场地,在地下水中六价铬污染浓度最高为2 mg·L-1的中心点设置注射井并在四周设置4口监测井。实验结果表明,原位注入纳米铁药剂具有良好修复效果,修复后该实验场地范围内地下水中六价铬浓度均低于地下水质量Ⅳ类标准0.1 mg·L-1,注射井中六价铬还原率达到99%。通过对注射井及监测井地下水中pH、溶解氧、氧化还原电位等检测指标进行跟踪监测和相关性分析,发现氧化还原电位与污染物浓度变化相关性最强,可以作为污染物变化的表征因子。该中试研究结果对于六价铬污染地下水的原位修复具有重要的参考价值。     

纳米催化技术用于空气净化

纳米催化剂作为新一代高效环保催化剂 ,在大气污染治理 ,尤其是在室内空气净化中有着广阔的应用前景。评述了纳米催化技术在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域的研究进展 ,并对应用纳米催化技术净化空气的关键科学问题进行了分析和展望     

纳米催化技术用于空气净化

纳米催化剂作为新一代高效环保催化剂，在大气污染治理，尤其是在室内空气净化中有着广阔的应用前景。评述了纳米催化技术在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域的研究进展，并对应用纳米催化技术净化空气的关键科学问题进行了分析和展望。     

硫化锰纳米颗粒高效去除重金属镉

中国镉污染问题日益严峻,开发高效的镉吸附剂,是解决环境镉污染问题的重要技术手段。采用共沉淀方法合成了硫化锰纳米颗粒,研究了其对重金属镉的吸附行为,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、比表面积(BET)等技术手段探究了硫化锰纳米颗粒的形貌、化学组分以及镉的去除机制。结果表明,MnS纳米颗粒呈球状,平均粒径100 nm,比表面积30.56 m²·g⁻¹。MnS纳米颗粒对Cd²⁺的吸附动力学数据较好地符合伪二级动力学模型;吸附等温线数据较好地符合Langmuir模型,说明MnS对Cd²⁺的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附。使用Langmuir拟合的MnS饱和最大镉吸附量为349.6 mg·g⁻¹,在众多镉吸附材料中处于前列。对于模拟工厂重金属废水的处理,MnS纳米颗粒可以在5 h内使镉的浓度由60 mg·L⁻¹降至国家规定排放线以下(<0.1 mg·L⁻¹),且吸附过程中水体pH稳定,对水体干扰小。在多种重金属离子共存的情况下,仍可以达到接近100%的Cd²⁺去除率。硫化锰相对稳定,在空气中放置30 d仍有80%的镉去除率。较高的离子交换量形成CdS沉淀是MnS高效去除镉的主要原因。     

基于绿色合成法的纳米铁/活性炭复合材料降解阿特拉津的动力学

为了综合处理水中的阿特拉津,以绿茶萃取液为还原剂,以活性炭为载体,采用液相还原法绿色合成了纳米铁/活性炭复合材料,研究了活性炭投放量、阿特拉津的初始浓度、溶液初始pH值及反应时间对阿特拉津去除率的影响,探讨了不同影响因素下阿特拉津的降解动力学。结果表明:阿特拉津降解反应近似符合二级反应动力学,反应速率常数0.001 08~0.002 73 L·(mg·min)~(-1)。在纳米铁/活性炭复合材料去除阿特拉津过程中,纳米铁的还原和活性炭的吸附共同作用。     

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BC-nZVI-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。     

纳米天然黄铁矿对土壤和地下水中铬的原位固定技术

采用机械球磨活化方法制备了纳米级黄铁矿,将其作为可渗透反应屏障中的介质材料,用于原位固定土壤和地下水中的Cr(Ⅵ),通过柱实验研究了黄铁矿对Cr(Ⅵ)动态反应(吸附)和解吸附的性能,并结合高分辨率透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对黄铁矿材料进行了表征,同时对反应机理进行了探讨。结果表明：在纳米天然黄铁矿填充的PRB反应器中,FeS₂能够有效地处理含铬废水并将Cr(Ⅵ)原位固定在土壤中;在反应过程中,1 g黄铁矿可处理50 mg·L⁻¹的含铬废水1 854.4 mL,2 g的纳米级天然黄铁矿介质固定了约69.458 mg的Cr(VI);当铬溶液到达穿透点时,Cr(Ⅵ)去除率达到了99.9%。本研究成果可为纳米级天然黄铁矿处理土壤和地下水中Cr(Ⅵ)以及原位固定其他的重金属提供参考。     

CMS包覆纳米零价铁去除2,4-二氯酚的条件优化

针对纳米零价铁(Fe~0)去除2,4-二氯酚(2,4-DCP)时易团聚、易氧化、去除效率差等问题,采用环境友好材料羧甲基淀粉钠(CMS)对纳米零价铁进行了包覆,制成包覆型纳米零价铁。探究了包覆比例(CMS:Fe0)、pH、包覆型纳米零价铁投加量等单因素对去除率的影响。在单因素实验的基础上,以包覆比例、pH、包覆型纳米零价铁的投加量为考察因素,以2,4-DCP的去除率为响应值,采用二次多项式响应面探究多因素交互作用对包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP的影响。利用响应面优化模型对包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP进行优化。模型优化结果显示:包覆型纳米零价铁去除2,4-DCP的最佳条件为pH 3.0,纳米零价铁包覆比例3.59:1,包覆型纳米零价铁的投加量7.96 g·L~(-1),模型预测2,4-DCP的最高去除率为90.03%,实验值为85.77%,两者相对误差为4.73%,证明了优化模型的可靠性。     

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pH、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pH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pH=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 kJ·moL-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%。     

超声波/纳米铁协同降解氯代苯酚的试验

通过间歇试验对超声波/纳米铁协同降解氯代苯酚(CPs)废水进行了研究,结果表明,超声波/纳米铁协同对CPs的降解率明显高于单纯超声波和单纯纳米铁的降解率;协同体系、单纯超声波和单纯纳米铁降解CPs均符合准一级反应动力学,协同体系的降解速率较单纯超声波提高了5.1~5.6倍,较单纯纳米铁提高了17.7~21倍,并且比它们的几何迭加值高4倍以上;氯代苯酚降解的准一级速率常数和降解率满足以下规律:PCP>2,4,5-TCP>2,4-DCP>3-CP;探讨了混合废水的降解:在混合废水体系中,结构易裂解的优先降解,然后为浓度高的优先降解。     

壳聚糖载纳米羟基氧化铁对水中磷的吸附

低浓度的磷在污水处理中较难去除,排放至水体会造成水体富营养化。采用溶胶-凝胶法,以壳聚糖和FeCl_3·6H_2O为原料,通过原位水解-浸渍法制备出壳聚糖载纳米羟基氧化铁(CNFeOOH),对其进行了场发射透射电镜(HRTEM)、比表面积和孔径、X射线衍射仪(XRD)分析的表征。结果表明,CNFeOOH中含有类似正方针铁矿(β-FeOOH)的晶体结构,呈纳米棒状分布,长约10 nm,宽约2~3 nm,比表面积为76.240 m~2·g~(-1)。磷吸附实验结果表明:Freundlich吸附等温式能更好地描述CNFeOOH对磷的吸附特征,其实际最大吸附量为24.50 mg·g~(-1)(pH=6,T=(20±1)?C);动力学吸附平衡时间约为24 h,其吸附过程符合准二级动力学模式和颗粒内扩散模式,证明吸附过程中同时发生了物理吸附和化学吸附;溶液的p H对CNFeOOH吸附磷的影响较为明显,随pH升高,吸附量降低;离子强度(0.01~0.5 mol·L~(-1))则影响不大;共存阴离子(SO_4~(2-)、NO_3~-、HCO_3~-)对磷的吸附影响较小。因此,推断CNFeOOH对磷的吸附机理是以静电引力和配位作用为主的特性吸附。     

不同阴离子下纳米TiO2催化臭氧化对溴酸盐生成的影响

为研究不同阴离子条件下纳米TiO2催化臭氧化（nano-TiO2/O3）过程对溴酸盐（BrO3-）生成的影响,本研究通过小试实验分别考察了不同浓度溴离子（Br-）、氯离子（Cl-）、碳酸氢根离子（HCO3-）、硫酸根离子（SO42-）和亚硝酸根离子（NO2-）对纳米TiO2催化臭氧化过程BrO3-生成的影响,并对不同阴离子条件下单独臭氧化（O3）过程和nano-TiO2/O3过程BrO3-生成情况进行对比。结果表明,不同Br-初始浓度下,相对于O3过程,纳米TiO2对BrO3-生成的抑制效果规律不明显;Cl-浓度从0增至150 mg·L-1时,纳米TiO2抑制率呈现先增加后下降的趋势;HCO3-存在的水体,投加纳米TiO2对BrO3-生成的抑制效能大大减弱;当SO42-初始浓度为0~90 mg·L-1时,相对于O3过程,nano-TiO2/O3过程BrO3-生成量减少了22.50%~68.77%;当NO2-初始浓度为0~1 mg·L-1时,相对于O3过程,nano-TiO2/O3过程BrO3-生成量减少了2.22%~68.77%。     

改性凹凸棒土负载纳米铁的制备及性能

以200目的天然凹凸棒土为原料,先对原土进行酸活化与微波改性,再以改性凹凸棒土为载体,采用液相还原法由FeCl3·6H2O和NaBH4制备改性凹凸棒土负载纳米铁。通过正交实验、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及红外光谱（IR）对负载前后的凹凸棒土进行表征分析确定其最佳条件。并通过稳定性实验和去除实验对改性凹凸棒土负载纳米铁的性能分析。结果表明：改性凹凸棒土负载纳米铁的最佳条件是铁土比为2.5：1,酸浓度为3 mol·L-1,微波时间为6 min,微波功率为600 W,改性时间为24 h。改性凹凸棒土负载纳米铁在常规水处理环境中能稳定存在。对水中的Cr（Ⅵ）有良好的去除效果,去除率可达97.67%。     

纳米零价铁颗粒去除污染土壤HCl浸提液中的Pb

主要研究了纳米零价铁颗粒对土壤HCl浸提液中重金属Pb的去除效果。通过批实验探讨HCl浓度、纳米零价铁投入量以及处理时间对Pb去除率的影响。实验结果表明,纳米零价铁颗粒对浸提液中Pb的去除反应符合langmuir和freundlich等温吸附方程;反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的反应速率常数KSA=0.018 mL/(m2·min);反应30 min时,0.5 g纳米零价铁对1.0 mol/L的HCl所提取Pb（51.7 mg/L）的去除率达到91.8%。研究结果表明,纳米零价铁对土壤HCl浸提液中Pb具有良好去除效果,但相对于处理水溶液中的Pb,反应速率偏低。     

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