没食子酸还原六价铬反应动力学规律研究

实验研究了不同pH值,温度和六价铬初始浓度等条件对没食子酸还原六价铬的反应动力学的影响,分别建立六价铬还原反应速率常数关于氢离子浓度和温度的函数方程.结果表明:pH值 为2.0~5.0时,没食子酸与六价铬发生的氧化还原反应符合准一级动力学反应;而pH值为6时,因[H+]不足,二者的反应不符合准一级动力学反应.在pH值为2.0~5.0时,六价铬反应速率常数(103kobs)分别是是951.6、103.6、17.3和7.5h-1.pH值 为2.5时,温度升高,反应速率常数快速增加;温度为30℃时,没食子酸还原六价铬的反应速率常数分别是温度为20℃和10℃时反应速率常数的1.61倍和3.68倍.不同初始浓度六价铬的反应体系中,六价铬反应速率常数随着反应体系中六价铬与没食子酸初始浓度比值的增加而逐渐减小.利用最小二乘线性回归法和阿伦尼乌斯公式分别建立了六价铬还原反应速率常数关于氢离子浓度和温度的函数方程,为预测和分析没食子酸还原六价铬反应过程中六价铬的反应速率常数和浓度变化情况提供动力学模型参考.     

Kinetics study of aqueous sorption of phenanthrene to humic acids and sediments

IntroductionThesorptionofhydrophobicorganiccontaminants(HOCs)onnaturalgeosorbentsplaysasignificantroleintheirtransport,degradationandultimatefateintheaquaticenvironment (Alexander,1995 ;Luthy ,1997;Weber,2 0 0 1) .Sincethelate 1970s,theorganicmatter(OM)ha…     

硫代硫酸钠、磷酸钠联合处理铬渣中的六价铬

以硫代硫酸钠为还原剂,将铬渣中的六价铬(Cr(VI))解毒转化为三价铬(Cr(III)),并加入磷酸盐作为稳定剂稳定解毒后的铬渣,考察不同反应时间和药剂用量对铬渣中Cr(VI)去除效果的影响.结果表明:硫代硫酸钠可以有效去除铬渣中的Cr(VI),当其与Cr(VI)的摩尔比为理论摩尔比的12倍、处理时间15d时铬渣中Cr(VI)的去除率达到最高(70%),继续增加还原剂用量或延长反应时间均不能有效提高Cr(VI)的去除率.随后加入磷酸钠作为稳定剂,当其物质的量为生成Cr(III)的4倍时,硫代硫酸钠与磷酸钠分步加入(两步法)比同时加入(一步法)处理铬渣的效果较好,处理效果最好时总铬浸出浓度为6.1mg/L,低于危险废物浸出鉴别的总铬标准(15mg/L),而且形成稳定的铬的化合物(CrPO4·6H2O).铬渣pH值变化、五态变化、XRD及XPS分析等结果表明,两步法的处理效果好于一步法.     

电动力和铁PRB技术联合修复铬(Ⅵ)污染土壤

考察了电动力学方法对模拟铬(Ⅵ)污染土壤以及天津市原同生化工厂遗留下的铬渣山周边土壤的修复效果,并将该技术与铁可渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)技术联用,找出了较好的联用方式,与单一电动修复进行了对比.研究表明,电动力学技术能有效地修复被铬(Ⅵ)污染的土壤,模拟污染土壤铬(Ⅵ)的去除率达98%～100%,总铬去除率在阳极室附近为80%左右,而阴极室附近则为90%以上,恢复到土壤背景值;铬(Ⅵ)去除的同时伴随着铬(Ⅵ)向铬(Ⅲ)的转化,修复结束时土壤中残留的铬90%以上为铬(Ⅲ);污染极其严重的铬渣山下土,由于含约28%的铬(Ⅲ),修复结束时铬(Ⅵ)的去除率达98%以上,而总铬去除率仅为75%～77%;阳极室附近土壤pH降低而阴极室附近土壤pH升高,处于两极中间位置的pH变化不大.电动力学与铁PRB原位联用方式能充分地利用这2种技术的优点,修复后,土壤任意位置的总铬去除率接近90%,阳极室附近尤为好于单一电动修复,对土壤pH的影响也较小.     

聚硫酸铁强化混凝除锑(V)作用机制探讨

以聚硫酸铁(PFS)为絮凝剂,考察强化混凝去除饮用水源水中五价锑(Sb(V))时原水pH值、PFS投量、共存阴离子(HCO3－和PO43－)及腐殖酸(HA)等对其去除效果影响及作用机制.结果表明,原水pH值对强化混凝过程Sb(V)存在形态及PFS的水解产物有重要影响,表现为较低pH值和较高PFS投量均有利于提高Sb(V)的去除率;由于竞争吸附作用的存在,共存阴离子与HA均对Sb(V)的混凝去除产生负面效应.此外, PFS除Sb(V)过程较为符合准二级动力学模型.     

紫外活化甲酸产二氧化碳阴离子自由基还原Cr (VI)的研究

研究高效还原技术是去除废水中Cr（VI）的有效手段,本研究提出了一种新颖有前景的基于紫外（UV）活化甲酸（HCOOH）产还原性二氧化碳阴离子自由基（CO₂^•;-）去除Cr（VI）的方法.通过对比UV、HCOOH、UV/HCOOH三种体系对Cr（VI）还原效率和电子自旋共振（EPR）对体系中自由基的检测研究了其活化原理和还原机制.结果表明UV能显著活化HCOOH产生CO₂^•-（α_H=19.08G,α_N=15.86G,g=2.0036）.此外,试验考察了主要影响因素对Cr（VI）去除效果的影响,包括初始Cr（VI）浓度、甲酸投加量、初始pH值、反应温度、有机污染物以及水中常见阴离子.结果显示当甲酸浓度为40mmol/L,Cr（VI）初始浓度为10mg/L,反应时间在60min内,UV/HCOOH体系对Cr（VI）的去除率能达到100%.在酸性条件下（pH≤3.5）能显著促进Cr（VI）的还原,且Cr（VI）去除效率随着初始HCOOH浓度和反应温度升高而增加.进一步研究表明,该体系下NO₃^-对Cr（VI）的还原有着显著的促进作用,而Cl^-、HCO₃^-和对硝基苯酚（pNP）则有抑制作用.不同温度下Cr（VI）去除率与时间关系的拟合结果表明,当反应时间t³;40min,UV/HCOOH体系去除Cr（VI）过程遵循准一级反应动力学,根据不同温度下对应的反应速率常数k,结合阿伦尼乌斯方程,计算求得准一级反应的活化能为15.9kJ/mol.     

基于非对称场流分离技术的水环境腐殖酸聚集特性研究

腐殖酸的聚集特性是影响其去除率及与其它污染物相互作用的重要因素,本文采用非对称场流分离技术对腐殖酸组分进行分离,配合示差折光检测器及多角度激光光散射器,对腐殖酸分子量的分布规律进行研究,探讨了水环境的化学条件对腐殖酸荷电状态和聚集状态的影响规律.结果表明,腐殖酸具有自我凝聚的特性;在p H较低和溶液离子强度较高时,腐殖酸胶粒的Zeta电位绝对值减小而分子量增大,腐殖酸胶粒聚集程度增大;随腐殖酸浓度增大,腐殖酸胶粒的Zeta电位绝对值减小,腐殖酸分子发生聚集而使胶粒分子量增大.当离子强度达到0.08mol·L-1,或浓度达到15 mg·L-1时,腐殖酸分子不仅靠氢键聚集在一起,还可能发生分子间的缔合.     

Electrochemical reduction of Cr(VI) in the presence of sodium alginate and its application in water purification

Chromium (Cr) is used in many manufacturing processes, and its release into natural waters is a major environmental problem today. Low concentrations of Cr(VI) are toxic to human health and living organisms due to the carcinogenic and mutagenic nature of this mineral. This work examined the conversion of Cr(VI) to Cr(III) via electrochemical reduction using gold electrode in an acidic sodium alginate (SA) solution and subsequent removal of the produced Cr(III)-SA by the polymer-enhanced ultrafiltration (PEUF) technique. A solution of SA in nitric acid was used both as an electrolytic medium during the voltammetric measurements and bulk electrolysis and as an extracting agent during the PEUF technique. The electroanalysis of Cr(VI) was performed by linear sweep voltammetry in the presence of acidic SA solution to study its voltammetric behavior as a function of the Cr(VI) concentration, pH, presence of Cr(III), SA concentration and scan rate. In addition, the quantitative reduction of Cr(VI) to Cr(III) was studied through the bulk electrolysis technique.The results showed efficient reduction with well-defined peaks at approximately 0.3 V vs. Ag/AgCl, using a gold working electrode. As the pH increased, the reduction signal strongly decreased until its disappearance. The optimum SA concentration was 10 mmol/L, and it was observed that the presence of Cr(III) did not interfere in the Cr(VI) electroanalysis. Through the quantitative reduction by bulk electrolysis in the presence of acidic SA solution, it was possible to reduce all Cr(VI) to Cr(III) followed by its removal via PEUF.     

Oxidation of Cr(III) on birnessite surfaces: The effect of goethite and kaolinite

Oxidation of Cr(III) by manganese oxides may pose a potential threat to environments due to the formation of toxic Cr(VI) species. At present, it was still unclear whether the extent of Cr(III) oxidation and fate of Cr(VI) would be changed when manganese oxides co-exist with other minerals, the case commonly occurring in soils. This study investigated the influence of goethite and kaolinite on Cr(III) oxidation by birnessite under acidic pH condition (pH 3.5) and background electrolyte of 0.01 mol/L NaCl. Goethite was found not to affect Cr(III) oxidation, which was interpreted as the result of overwhelming adsorption of cationic Cr(III) onto the negatively-charged birnessite (point of zero charge (PZC) < 3.0) rather than the positively-charged goethite (PZC = 8.8). However, more Cr(VI) would be retained by the surface with the increase in addition of goethite because of its strong ability on adsorption of Cr(VI) at low pH. Moreover, either Cr(III) oxidation or distribution of the generated Cr(VI) between the solid and solution phases was not affected by kaolinite (PZC < 3.0), indicating its low affinity for Cr species. Reactions occurring in the present mixed systems were suggested, which could be partly representative of those in the soils and further indicates that the mobility and risk of Cr(VI) would be decreased if goethite was present.     

Fenton试剂对垃圾渗滤液中腐殖酸的去除特性

采用Fenton试剂处理反渗透浓缩渗滤液,通过腐殖酸相对含量(UV₂₅₄),COD_Cr,TOC,腐殖酸对COD_Cr去除的贡献比(α)及氧化/混凝去除率比(φ)等表征手段,比较不同初始pH,H₂O₂投量〔c(H₂O₂)〕和Fe2+投量〔c(Fe2+)〕对渗滤液COD_Cr和UV₂₅₄的去除效果. 结果表明:在试验范围内,UV₂₅₄去除率(48.5%～78.2%)高于COD_Cr去除率(40.3%～62.5%);腐殖酸对COD_Cr去除的贡献比(α>0.77)远高于反应前(α_〖WTBZ〗00.61),说明腐殖酸的降解影响和控制着整个体系COD_Cr的去除. 混凝作用(COD_{Cr coag},UV254 coag)受氧化作用(COD_{Cr oxid},UV254 oxid)的影响并与之拮抗,氧化作用越大混凝作用越小. 当c(H₂O₂)/c(Fe2+)>2时,氧化作用占优势;当c(H₂O₂)/c(Fe2+)<1.2时,混凝作用占主导. 当初始pH为4.0,c(H₂O₂)为240 mmol/L,c(Fe2+)为40 mmol/L,反应时间为2 h时,COD_Cr和UV₂₅₄的氧化/混凝去除率比最大(φCOD_Cr8.6,φ _<sub>UV2546.0),COD_Cr,UV₂₅₄,HA和FA去除率分别达到62.5%,78.2%,95.0%和62.7%.      

重金属絮凝剂DTMPAM去除Cr (Ⅵ)的性能与机理

以二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺（DTMPAM）作为高分子絮凝剂,研究DTMPAM对水中Cr （Ⅵ）的去除性能,考察了DTMPAM投加量、pH值、Cr （Ⅵ）初始浓度以及共存浊度、无机物质、有机物质对DTMPAM处理含Cr （Ⅵ）废水性能的影响.结果表明,DTMPAM在酸性条件下对不同Cr （Ⅵ）初始浓度的含Cr （Ⅵ）水样均具有良好的去除效果,且Cr （Ⅵ）的去除率随着体系初始pH值的降低而升高;当pH值为3.0时,DTMPAM对Cr （Ⅵ）初始浓度为5,15,25和50mg/L水样中Cr （Ⅵ）的最高去除率分别达到94.78%,96.52%,96.53%和97.49%.共存浊度对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有抑制作用.在低DTMPAM投加量下,共存无机阳离子K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺,共存无机阴离子SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-,以及共存有机物质柠檬酸钠、乙酸钠、三氯乙酸和氨基乙酸等对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）均具有一定的抑制作用;而在高DTMPAM投加量下,这些物质的存在会对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）表现出较小的促进作用.无机阳离子Fe³⁺、Ni²⁺、Ba²⁺的存在对DTMPAM去除Cr （Ⅵ）具有较明显的抑制作用,其中Ba²⁺的抑制作用最显著.红外光谱和能谱分析显示,DTMPAM高分子链上的二硫代羧基可将水样中Cr （Ⅵ）还原为Cr （Ⅲ）,Cr （Ⅲ）进一步和DTMPAM分子链上的二硫代羧基、胺基发生螯合反应形成絮体.     

壳聚糖/改性平菇复合吸附剂对Cr(VI)的吸附特性

以壳聚糖和经酒石酸改性的平菇粉末为材料,通过戊二醛进行交联反应,制得壳聚糖-改性平菇凝胶小球（CMPOD）复合生物吸附剂,用于水溶液中Cr（VI）的吸附去除.结果表明,在实验所测pH值（2~10）范围内,复合吸附剂对Cr（VI）的吸附量随着pH值上升而降低;随着Cr（VI）初始浓度或温度的提高,吸附剂对Cr（VI）的吸附量均相应增加,当Cr（VI）初始浓度为600mg/L,温度为50℃,Cr（VI）吸附量可达190mg/g以上;Cr（VI）的吸附符合准二级动力学方程及Freundlich等温吸附模型;热力学分析表明,吸附剂对Cr（VI）的吸附过程为自发的吸热反应.扫描电镜（SEM）分析显示,吸附剂具有发达的网状结构,吸附Cr（VI）后网状孔隙被填充,且能谱分析（EDS）出现明显的Cr（VI）吸收峰;傅立叶红外光谱分析（FTIR）表明,壳聚糖中的氨基成功引入复合吸附剂中,在Cr（VI）吸附中为主要作用官能团.     

Weak magnetic field accelerates chromate removal by zero-valent iron

Weak magnetic field(WMF) was employed to improve the removal of Cr(VI) by zero-valent iron(ZVI) for the first time. The removal rate of Cr(VI) was elevated by a factor of 1.12–5.89 due to the application of a WMF, and the WMF-induced improvement was more remarkable at higher Cr(VI) concentration and higher p H. Fe2+was not detected until Cr(VI) was exhausted, and there was a positive correlation between the WMF-induced promotion factor of Cr(VI) removal rate and that of Fe2+release rate in the absence of Cr(VI) at pH 4.0–5.5. These phenomena imply that ZVI corrosion with Fe2+release was the limiting step in the process of Cr(VI) removal. The superimposed WMF had negligible influence on the apparent activation energy of Cr(VI) removal by ZVI, indicating that WMF accelerated Cr(VI)removal by ZVI but did not change the mechanism. The passive layer formed with WMF was much more porous than without WMF, thereby facilitating mass transport. Therefore,WMF could accelerate ZVI corrosion and alleviate the detrimental effects of the passive layer, resulting in more rapid removal of Cr(VI) by ZVI. Exploiting the magnetic memory of ZVI, a two-stage process consisting of a small reactor with WMF for ZVI magnetization and a large reactor for removing contaminants by magnetized ZVI can be employed as a new method of ZVI-mediated remediation.     

Redox potential E_H [Se(VI)/Se(IV)] of aqueous extractof soils from Yongshou Kaschin-Beck diseaseregion and the influence by humic acid

The relation between EH [Se(VI)/Se(IV)] and pH of soil aqueous extract in Kaschin-Beck disease region and the effects of natural redox agents, namely humic substances, MnO2 and Fe2+, on the redox property of the system were studied. The results indicated that both humic acid and Fe2+ could enhance the reducibility of Se(VI) and MnO2, a limited oxidizability for Se(IV). Fe2+ showed a weak reducibility only at low pH value. The reducibilities of three sulfur-containing compounds for Se(VI) were in following order:thioglycollic acid > L-cysteine > sulfide     

永寿大骨节病区硒的氧化还原电位及腐殖酸等的影响

以大骨节病病区土壤溶液环境为背景,研究了土壤溶液中E_H[Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)]—pH关系及天然环境中主要的氧化还原剂腐殖酸、MnO_2、Fe~(2+)等对硒氧化还原性质的影响。腐殖酸和Fe~(2+)可提高Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)体系的还原能力,MnO_2对Se(Ⅳ)有一定的氧化作用,而腐殖酸和Fe~(2+)只有在低pH条件下才对Se(Ⅵ)有弱的还原作用。几种含硫化合物还原Se(Ⅵ)的能力依次为:硫代乙醇酸>L-半胱氨酸>硫化物。     

Al(III)对糖浆溶液中有机还原物质还原六价铬的影响

通过批实验研究了Al(III)对糖浆溶液化学还原六价铬反应的影响,揭示了不同条件下Al(III)对六价铬还原反应动力学的影响.结果表明:Al(III)能够促进糖浆溶液还原六价铬反应进行;其作用机制是Al(III)与糖浆溶液中有机还原物质及Cr(VI)反应形成三者的络合物,降低糖浆中多酚等有机还原物质还原Cr(VI)的反应活化能,提高六价铬还原反应速率.Al(III)存在时,该六价铬还原反应符合准一级动力学反应; pH 2.0,2.5,3.0,3.5时,添加Al(III)的实验组中六价铬反应速率常数比对应的空白对照组中反应速率常数分别增加了0.0251,0.0139,0.0058, 0.0048h-1.添加Al(III)前后反应体系中六价铬还原的反应活化能(Eа)分别为66.38,62.80kJ/mol.当糖浆浓度不足时,Al(III)能够提高糖浆溶液还原六价铬的反应去除率.     

生物硫铁复合材料处理含铬废水及铬资源化研究

研究了由硫酸盐还原菌(SRB)与其原位生成的纳米硫铁化合物组成的生物硫铁复合材料(生物硫铁)的耐铬性能和再生性能,并利用其再生特性,设计了处理高浓度含铬废水及铬资源化的还原-再生循环处理工艺.结果表明,生物硫铁处理含铬废水后,污泥中的SRB仍具有活性,能以反应产物Fe3+和S单质为电子受体,重新生成生物硫铁;而且SRB在Cr(VI)浓度600mg/L的废水中仍能存活并逐渐将Cr(VI)去除.还原-再生循环处理工艺处理含铬废水结果表明,出水Cr(VI)低于0.019mg/L,总Cr低于0.929mg/L,能达标排放.经10个循环处理后污泥中铬(Cr2O3)含量达到40.47%,铬铁比达到6.98,污泥达到冶金级(湿法冶炼铬)铬矿标准和化工级铬矿标准,可资源化利用.     

Shewanella oneidensis MR-1对Cr(VI)的还原及其影响因素

在实验室纯培养条件下,探讨厌氧体系中Shewanella oneidensis MR-1对Cr（VI）的还原能力,采用扫描电镜（SEM）-能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）等方法进行表征.结果表明,S.oneidensis MR-1介导下不同浓度Cr（VI）的生物转化与微生物对铬的耐受特性密切相关,低浓度Cr（VI）对其生长影响不大,高浓度时细菌生长则受到抑制,进而抑制Cr（VI）的还原率;菌株对Cr（VI）的还原作用随着接种菌悬液量的增加而增强;菌株最适生长pH值为中性,弱碱性环境比酸性环境更有利于菌株对Cr（VI）的还原;增加Fe（Ⅲ）的量会加快Cr（VI）完全还原的速率.通过SEM-EDS和XPS分析,在对Cr（VI）进行处理5d后,菌体表面有Cr（VI）和Cr（Ⅲ）两种形态存在,证实S.oneidensis MR-1在对Cr（VI）进行还原的同时也伴有少量的吸附作用.微生物还原为环境中Cr（VI）的去除以及解毒提供了一种有效的方法.     

黑炭腐殖酸复合物对泰乐菌素的吸附特性

以泰乐菌素作为目标有机污染物,系统研究了不同来源的纳米黑炭与腐殖酸的复合物对泰乐菌素的吸附特性和机制.结果表明：黑炭与腐殖酸复合后其对泰乐菌素的吸附明显增强;吸附在24h可完全达到平衡,吸附动力学可以用二级动力学较好的拟合;且线性吸附模型和Freundlich吸附模型可以较好的拟合吸附等温线;黑炭与腐殖酸复合后其对泰乐菌素的吸附受溶液pH值和离子强度的影响.吸附机制主要以疏水性分配、氢键作用和离子交换为主.     

腐殖酸对土壤铅镉吸附、赋存形态及生物可给性的影响

腐殖酸（HAs）对重金属土壤环境行为及其生物有效性的影响与其组分分子量大小关系密切.通过3种in vitro试验方法（PBET、SBRC、IVG）探讨了HAs不同分子量组分（F1：<5kDa、F2：5~10kDa、F3：10~30kDa、F4：>30kDa）对土壤镉（Cd）、铅（Pb）生物可给性的影响,同时结合批量等温吸附实验、化学连续提取形态分级方法,分析了土壤Cd、Pb吸附和形态转化与生物可给性的关系.结果表明：土壤对Cd、Pb吸附能力既受HAs添加量的影响,也受到HAs分子量大小的影响.HAs添加量为0.2% C~1% C条件下,<5kDa分子量组分促进了土壤对Cd、Pb的吸附,且随着HAs添加量的增加,促进作用更强.而>10kDa的其他组分则降低了土壤吸附Cd、Pb的能力.在本试验HAs添加量范围内,不同组分均促进了土壤中酸提取态Cd向残渣态转化,且低分子量组分对其促进作用更强.土壤Pb²⁺主要以可还原态的形式存在,占57%~89%,随着HAs组分分子量的增加,酸交换态Pb占比逐渐下降,HAs的添加促进了活性态Pb向难利用态Pb转化,从而降低了Pb²⁺活性.3种in vitro方法生物可给性测定结果表明,<5k和5~10k组分均提高了胃、肠阶段土壤Cd、Pb生物可给性（BA_Cd、BA_Pb）,而其余组分则使土壤Cd、Pb生物可给性降低.Cd、Pb生物可给性取决于Cd、Pb在土壤中转化平衡后的赋存形态,酸交换态占比高生物可给性相应也越高,土壤对重金属的吸附固定难以反映生物可给性.