磁性Fe3O4纳米颗粒的制备及在水处理中的应用

众所周知,纳米颗粒在去除水中污染物的过程中易团聚,还会造成水体的二次污染。磁性Fe3O4纳米颗粒因其能迅速从水中分离的特性而被广泛关注。改性之后的磁性Fe3O4纳米颗粒在水中污染物的去除方面有很好的应用。对磁性Fe3O4纳米颗粒及其载体或复合物的制备方法进行了概述,重点对水中污染物的去除从3个方面进行了阐述:磁性Fe3O4纳米材料对水中重金属的吸附、有机物的吸附及水中细菌和医疗废物的处理。     

Fe3O4/ZrO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/ZrO2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,用Fe3O4/ZrO2-H2O2非均相类Fenton体系对目标污染物进行降解,考察催化剂的催化效果和温度、pH、H2O2投加量和掺杂比等因素对催化剂催化效果的影响。结果表明,以纳米Fe3O4/ZrO2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/ZrO2的催化效果不断提高;当pH降低时,催化剂的催化效果有明显提升,原始pH(pH=5.7)时反应去除效果最佳,去除率可达88.6%;催化剂用量的增加同样可以提高3,4-二氯三氟甲苯的降解效率;催化剂中Fe3O4:ZrO2的物质的量比为1:2时效果较其他掺杂比的催化剂效果更好,去除率最终可以达到96.82%;当H2O2投加量增加时,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为0.3 mL时去除效果最好,几乎可以完全去除目标有机物。以Fe3O4/ZrO2-H2O2非均相类Fenton体系处理3,4-二氯三氟甲苯时,目标污染物的降解符合一级反应动力学。     

茶渣修饰磁性Fe3O4纳米粒子协同吸附铜铅离子的研究

在茶渣上通过化学共沉淀制备环境友好、价格低廉的磁性纳米粒子Fe_3O_4-茶复合物。结果显示,茶渣修饰提高了磁性Fe_3O_4纳米粒子(Fe_3O_4MNPs)在水中的分散性和稳定性,促进了Fe_3O_4MNPs对水中重金属的去除能力;Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附归因于Fe_3O_4-茶复合物中丰富的结合位点(如—OH,—COOH和—NH—)与Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)形成稳定的络合物。在pH为7.0,Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)初始质量浓度为100mg/L,吸附时间为2h时,Fe_3O_4-茶复合物对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附率分别为94.58%、94.28%;Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附过程符合准二级动力学方程,Fe_3O_4-茶复合物在连续4次循环再生后,仍表现出较好的吸附能力。利用柱吸附法考察了进液流速对穿透曲线的影响,结果表明:随进液流速增加,穿透点前移,且Cu(Ⅱ)的吸附能力低于Pb(Ⅱ)的吸附能力。     

Fe3O4纳米磁性微粒对全氟辛烷磺酸盐的吸附

采用共沉淀法合成Fe3O4纳米磁性颗粒,用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）以及振动样品磁强计（VSM）对Fe3O4纳米磁性颗粒的粒径、形貌和磁性进行表征并研究Fe3O4纳米磁性微粒对全氟辛磺酸盐的吸附。结果表明：在PFOS初始浓度4 mg/L,pH为3,反应时间24 h,Fe3O4纳米磁性微粒投加量1.25 g/L,对全氟辛磺酸盐去除率达到90%。Fe3O4纳米磁性微粒对PFOS的吸附符合Freundlich吸附方程。     

Fe3O4／Ag磁性纳米颗粒去除水中的铅离子

采用水相共沉淀法制备小尺寸磁性Fe3O4纳米颗粒,以没食子酸作为还原剂和表面修饰剂,还原Ag[（NH3）2]’制备出Fe3O4／Ag磁性纳米颗粒。研究该磁性纳米颗粒对水溶液中铅离子的吸附行为,研究结果表明,pH为7．0,吸附温度30℃时可得到最好的处理效果,铅的去除率可达99．7％以上,Fe3O4／Ag颗粒吸附行为符合二级动力学模型（R2〉0．99）。该磁性纳米颗粒经过多次再生处理后,仍具有很好的吸附效果,表明Fe3O4／Ag在水处理方面拥有良好的应用前景。     

聚多巴胺包覆的Fe3O4去除水体中的染料

多巴胺作为海洋贝类生物分泌的粘附蛋白的模拟小分子物质,在典型的海洋环境条件下能够发生自聚合反应覆盖到不同基质上.通过多巴胺的自聚合在磁性纳米Fe3O4表面包覆一层聚合多巴胺(PDA),得到Fe3O4/PDA复合材料.材料的热重分析,磁滞回线,透射电镜,红外光谱等表明PDA包覆到了Fe3O4的表面.PDA具有丰富的酚羟基和氨基,可以通过络合、配位、氢键、π-π堆积等多种作用与其他物质结合.采用亚甲基蓝和日落黄染料作为目标物考察Fe3O4/PDA的吸附性能.研究表明,溶液pH对2种染料的吸附有显著的影响,随溶液pH的升高,阳离子染料亚甲基蓝的吸附容量显著增大,而阴离子染料日落黄吸附容量明显下降.由Langmuir吸附等温模型拟合出亚甲基蓝、日落黄的最大吸附容量分别为204.1和100.0 mg/g.动力学研究表明,这2种染料的吸附能够快速达到平衡.     

Fe3O4/纤维素纳米复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

采用化学沉淀法与液相复合方法联合制备磁性无机-有机Fe3O4/纤维素复合材料。采用扫描电镜及红外光谱对其进行结构表征,以亚甲基蓝溶液为模拟废水,考察了接触时间、溶液初始pH及反应温度等因素对其吸附性能的影响,分别用准一级动力学和准二级动力学方程对数据进行拟合。结果表明,温度为22℃,溶液初始pH为7.55,Fe3O4/纤维素纳米复合材料加量为0.67 g·L-1,接触时间2 h,30 mg·L-1亚甲基蓝脱色率达99.20%,准二级动力学模型能更好地描述Fe3O4/纤维素复合材料对亚甲基蓝的吸附行为。同时,Fe3O4/纤维素纳米复合材料具有较强的磁性,可通过简单的磁铁吸引作用进行分离。     

纳米Fe3O4短期与长期接触下对活性污泥特性的影响

通过短期与长期接触实验,探讨了纳米Fe_3O_4颗粒(Fe_3O_4 NPs)对于活性污泥除污效能、松散型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密型胞外聚合物(TB-EPS)组分的影响,并利用高通量测序技术对活性污泥中微生物群落结构的变化进行了分析。结果表明:(1)短期接触实验中,投加Fe_3O_4 NPs的实验组COD去除率(81.56%)低于未投加Fe_3O_4 NPs的对照组(84.01%),氨氮去除率(53.98%)低于对照组(55.16%);但在LB-EPS与TB-EPS三维荧光光谱(EEM)中,均出现了色氨酸类与芳香族蛋白荧光峰。(2)长期接触实验中,实验组的平均COD去除率为91.67%,略高于对照组(90.75%),平均氨氮去除率(98.26%)与对照组(98.35%)相差不大。Fe_3O_4 NPs的投加对于活性污泥去除污染物方面并没有明显抑制,且脱氢酶含量提高。(3)长期接触实验后,拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度从29.05%降至26.25%;浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度从11.83%增加到16.76%。     

改性炭化谷壳负载纳米Fe3O4对含As(V)废水的吸附性能

以谷壳为原料,通过600℃缺氧高温热解制备一种炭化谷壳（CRH-I）,并利用CRH-I通过改性负载方法获得另一种新型的负载纳米Fe3O4的碱改性炭化谷壳（CRH-II）。经过对比表面积进行表征分析发现,CRH-II相较CRH-I的BET比表面积增大约30%,达到182 m2·g-1,微比表面积和微孔体积都扩大了6倍左右。FTIR分析结果表明,相比CRH-I,CRH-II分子间的羧基和酚羟基官能团有所增加,产生了芳构化反应和脂肪醚类物质。吸附实验表明,相对CRH-I而言,CRH-II对As（V）的吸附率明显提高。pH=2时,CRH-II对溶液中As（V）的吸附率达到98.3%;但是As的吸附率随着溶液pH值升高而逐渐降低,pH=11时下降最为明显,吸附率只有63.4%。CRH-II吸附反应满足准动力学二级方程,其相关系数为R2=0.999;在不同温度下,将CRH-II对As（V）的吸附验数据进行Langmuir方程和Freundlich等温方程拟合,结果更符合Langmuir方程;在25℃时,相关系数R2=0.985。解吸吸附实验证明,CRH-II依然具备良好的吸附性能,且再生吸附性能稳定。     

微量1,6-己二胺改性纳米Fe3O4对PVDF共混膜性能的影响

以微量的改性纳米四氧化三铁与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,制备具有良好亲水性、纯水通量和防污性能的PVDF复合膜。通过溶剂热法合成了经1,6-己二胺改性的纳米四氧化三铁(H-Fe3O4),同时比较了未经改性的四氧化三铁(Fe3O4)和改性后的四氧化三铁(H-Fe3O4)的结构性能差异。通过相转化法制备了H-Fe3O4(质量分数小于1.0%)与PVDF的共混复合膜(H-Fe3O4@PVDF复合膜)。通过测试膜的晶相组成、表面和断面形貌、静态纯水接触角、平均孔隙率、平均孔径、纯水通量、牛白蛋白截留率以及通量恢复率,研究微量H-Fe3O4的投加对复合膜性能的影响。结果表明,经1,6-己二胺调控合成的H-Fe3O4,比Fe3O4拥有更小的粒径、更好的单分散性以及更多的亲水官能团。向膜中添加0.3%的H-Fe3O4,可使复合膜的静态纯水接触角由80.9°降到66.6°,亲水性得到良好的改善。复合膜的平均孔隙率、平均孔径、纯水通量以及通量恢复率随H-Fe3O4投加量的增加均明显提高。当H-Fe3O4质量分数为0.4%时,复合膜的纯水通量从原膜的10.4 L·(m2·h)-1增加到了144.0 L·(m2·h)-1,通量恢复率也从原膜的51.4%增加到了87.5%。微量H-Fe3O4的添加较好地改善了PVDF膜的性能,具有较好的实用价值。     

Ag3PO4/GO/MgFe2O4光催化剂的制备及其对罗丹明B的降解性能

以染料废水中的阳离子型染料罗丹明B(RhB)为研究对象,采用自蔓延燃烧法制备MgFe2O4光催化剂,通过离子交换法制备了含GO的Ag3PO4/GO/MgFe2O4磁性复合纳米光催化剂.分别采用XRD、SEM、TEM对制备的光催化剂形貌和结构进行了表征,通过紫外-可见漫反射光谱对样品的吸光性能进行了测试;在全波段辐射下,...     

磁性BiOI/Fe3O4的合成及光催化降解水中的双酚S

利用简单的共沉淀法在室温条件下制备了磁性空心蜂窝状的BiOI/Fe3O4光催化剂,采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见光漫反射谱仪（UV-vis）、N2吸附-解析BET技术和振动磁强计（VSM）等仪器对其进行表征,并在可见光下催化降解双酚S（BPS）。结果表明,催化剂量为1.0 g·L-1、pH为9.0时,对BPS的去除率最高,可见光照90 min,BiOI/Fe3O4复合光催化剂对BPS的去除率可达90.6%。反应结束后,复合光催化剂在外加磁场作用下从反应体系中分离,循环实验5次后,其光催化效率仍保持在85.0%以上,表现出良好的稳定性。降解过程主要包含羟基自由基和光生空穴的氧化作用。沉淀法制备BiOI/Fe3O4简单可靠,条件可控,所制备的BiOI/Fe3O4具有良好的应用前景。     

纳米Fe3O4的制备及其对对硝基甲苯的催化降解

采用共沉淀法制备了纳米四氧化三铁（Fe3O4），并进行必要表征，制备所得的Fe3O4粒径与商品Fe3O4相当，均为15～20nm。在中性、碱性条件下，制备的材料表面带负电，而在弱酸性条件下，则带正电。制备出的Fe3O4与商品的Fe3O4一样，对对硝基甲苯具有相同的机械催化降解效率，均符合准一级反应动力学。     

海藻酸钠与纳米Fe3O4联合固定化菌对三氟羧草醚的降解

采用联合固定化技术,将菌株Pseudomonas citronellolis DK-3与纳米Fe3O4固定于海藻酸钠小球中制成纳米Fe3O4和海藻酸钠联合固定化菌（Fe3O4/SA）,并系统研究了纳米Fe3O4的最佳投加量,Fe3O4/SA联合固定化菌对三氟羧草醚的降解特性以及Fe3O4/SA固定化菌在序批式反应器（SBR）中的降解稳定性。实验结果表明,当纳米Fe3O4的投加量为90 mg·L-1,三氟羧草醚初始浓度为100 mg·L-1时,固定化菌的降解率达到97.9%。扫描电镜结果表明Fe3O4/SA联合固定化小球更适合三氟羧草醚降解菌的附着生长。Fe3O4/SA联合固定化菌降解三氟羧草醚的最佳环境条件为pH：7~8、温度：30 ℃。此外,与SA固定化菌相比,Fe3O4/SA联合固定化菌具有更强的耐环境因素变化能力,抗重金属离子毒性能力。并且,经多次重复使用后,联合固定化菌仍保持较高的降解率（>95%）。最后,实验室规模序批式反应器（SBR）中降解实验表明,Fe3O4/SA联合固定化菌能够稳定运行35 d以上,降解率均高于95%,为三氟羧草醚固定化细菌的工程化应用奠定了理论基础。     

Fe/Ga2O3-Al2O3催化甲烷还原NO的性能

以甲烷为还原剂的选择性催化脱硝技术(SCR-CH_4)是一种很有潜力的新的脱硝方法,但催化剂的催化活性比较低。为了提高催化剂的活性以及抗水能力,可使用Fe对Al_2O_3负载的Ga_2O_3催化剂进行改性。采用共沉淀法,制备了xFe/Ga_2O_3-Al_2O_3催化剂,在固定床反应器中测试其选择性催化CH_4还原NO的性能。使用XRD、N_2吸附脱附、XPS、H_2-TPR、Py-IR等方法进行表征。结果表明:经过Fe改性后的催化剂提高了中高温的催化活性,提高了催化剂的N_2选择性,并改善了催化剂的抗水特性;5Fe/Ga_2O_3-Al_2O_3催化剂在500℃、富氧条件下,达到76%的NO转化率和100%的N_2选择性;在5%水蒸气条件下,5Fe/Ga_2O_3-Al_2O_3在500℃仍保持60%以上的NO转化率。N_2吸附脱附结果显示,引入Fe后,催化剂保持了原有比表面积,并且大大增加了催化剂孔径,可提高催化剂抗水能力。XPS与UV-vis显示,5Fe/Ga_2O_3-Al_2O_3具有高含量的游离态Fe~(3+),可提高催化剂的中高温活性。H2-TPR结果显示,Fe的引入提高了催化剂氧化还原能力,增强了原有Ga_2O_3-Al_2O_3中高温的还原活性。Py-FT-IR结果显示,催化剂表面同时存在Lewis酸和Br?nsted酸,铁的引入增加了催化剂表面的Lewis酸量。因此,Fe修饰Ga_2O_3-Al_2O_3是提高Ga_2O_3-Al_2O_3催化剂的SCR-CH_4脱硝性能的有效方法。     

磁性金属有机骨架Fe3O4@ZIF-8的制备及对偶氮染料刚果红的高效吸附

采用常温搅拌法,在聚苯乙烯磺酸钠(PSS)处理过的Fe_3O_4表面诱导生长ZIF-8壳层,成功合成了磁性核壳金属有机骨架Fe_3O_4@ZIF-8,并对其吸附去除偶氮染料刚果红的性能进行了探究,考察了刚果红初始浓度和接触时间、Fe_3O_4@ZIF-8投加量以及pH对刚果红去除的影响。SEM、TEM、XRD、FT-IR及VSM表征结果证明,ZIF-8纳米颗粒已成功负载于Fe_3O_4表面,形成了典型的核壳结构,并且具有优异的磁学性能。吸附实验结果表明,反应最佳pH为6,吸附剂投加量为500 mg·L~(-1);当反应时间达到180 min时,吸附达到平衡。吸附反应的吸附动力学和吸附等温线分析表明,刚果红染料在Fe_3O_4@ZIF-8上的吸附动力学符合二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir模型。Fe_3O_4@ZIF-8吸附剂对刚果红具有高效的选择吸附性能并且在循环吸附中展现出良好的循环吸附性能。因此,磁性核壳金属有机骨架Fe_3O_4@ZIF-8作为吸附剂在去除刚果红染料方面有着广阔的应用前景。     

Fe/活性炭多相类Fenton法湿式氧化罗丹明B废水的研究

采用自制的Fe/活性炭（Fe/AC）为催化剂,H₂O₂为氧化剂,组成多相类Fenton试剂催化降解罗丹明B染料废水。实验结果表明,在催化剂加入量为0.8 g/L,H₂O₂体积分数为0.3%,废水pH值为13,反应时间为30 min的条件下,质量浓度为200 mg/L的罗丹明B染料废水的脱色率达100%。反应动力学研究表明,罗丹明B脱色反应近似为一级反应,30℃时反应速率常数为0.02675 min^-1,表观活化能为69.47 kJ/mol。     

高硬水软化中Fe3O4诱导结晶对微晶形成的控制

为降低高硬水软化过程中微晶产率和改善结晶产物的分离性能,采用Fe3O4作为诱导结晶体系晶种,通过改变晶种投加量,考察了诱导结晶对结晶体系微晶的控制效果,并探讨了微晶产率与结晶体系上清液浊度的关系,以及诱导结晶体系出水混凝除浊效果.结果表明:诱导结晶和均相结晶产物晶型均为方解石,诱导结晶体系中晶种的引入可起到抑制均相结晶...     

用H2O2/Fe^3＋处理高浓度含甲醛废水的研究

研究采用H2O2/Fe^3＋催化氧化处理高浓度含甲醛废水,探讨了双氧水和催化剂投加量、反应pH及反应温度等操作条件对处理效果的影响,并通过酸溶解回用失活催化剂。结果表明,较优的操作条件为：H2O2/COD（质量比）=2.2～2.6,Fe^3＋/H2O2（摩尔比）=0.048～0.058,反应pH1.80～2.68,反应温度50℃,反应时间40 min;在上述操作条件下,甲醛去除率达到99%以上,COD去除率达到85%以上。失活的催化剂可通过稀酸溶解后循环使用,其效果与三价铁盐作催化剂的基本相同。采用H2O2/Fe^3＋处理含甲醛废水具有比采用H2O2/Fe^2＋较优的效果。