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.     

铁负载型催化剂在废水处理中的应用

难降解工业废水已成为水处理中的一大难题,高级氧化技术可处理此类难降解废水,而铁负载型催化剂可提高反应的效率,降低反应条件。本文根据国内外文献将铁负载型催化剂进行了分类,主要分为负载FexOy的催化剂和Fe2+/Fe3+固体催化剂,并对不同活性物质的铁负载型催化剂的制备方法及其应用现状进行了分析,同时对今后的研究方向进行了展望。     

程序升温条件下铁及其氧化物在CO存在时对N_2O的还原机理

应用热综合分析仪 (TG FTIR)研究了在还原性气氛下Fe及其氧化物对N2 O的催化还原作用 .研究发现铁氧化物对氮氧化物的催化还原能力相当弱 ,而Fe可以高效地降低N2 O分解的初始温度和提高N2 O向N2 的转化率 .在Fe和CO的作用下 ,N2 O的初始分解温度为 92 0K和 10 0 0K .在 112 3K时 ,N2 O的转化率达到 95 %和 80 % .TG/DSC曲线表明了在Fe与N2 O反应过程中CO的作用表现为通过与N2 O在反应表面的竞争吸附使铁氧化物还原为金属铁 ,X射线衍射证明Fe与N2 O反应后的氧化物为Fe2 O3 ;扫描电镜对反应后Fe表面物理形态的研究发现 ,在CO作用下 ,Fe的表面呈松散结构 ,可以保证Fe对氮氧化物反应的连续进行     

煤化学链燃烧钙铁双氧载体竞争还原反应平衡分析

采用Ca SO4和少量Fe2O3所组成的混合物作为化学链燃烧的复合氧载体,对水蒸汽气化介质条件下煤气化-复合氧载体还原反应展开热力学分析,探讨了双氧载体在燃料反应器中的竞争还原反应机理及铁氧化物与气体硫化物、与煤灰反应的可能性.铁基氧化物主要是起到载氧的作用,其加入有利于提高燃料燃烬度,且不会被过度还原成Fe O或Fe.在850~1050℃反应温度范围,铁氧化物不会与SO2和H2S反应而转化成Fe S或Fe S2.Ca SO4还原副反应生成的Ca O容易与煤灰中Si O2和Al2O3反应,生成钙的硅酸盐和铝酸盐.     

程序升温条件下铁及其氧化物在CO存在时对N2O的还原机理

应用热综合分析仪（TG－FTIR）研究了在还原性气氛下Fe及其氧化物对N2O的催化还原 作用。研究发现铁氧化物对氮氧化物的催化还原能力相当弱，而Fe可以高效地降低N2O分解的初始温度和提高N2O向N2的转化率。在Fe和CO的作用下，N2O的初始分解温度为920K和1000K。在1123K时，N2O的转化率达到95％和805。TG／DSC曲线表明了在Fe与N2O反应过程中CO的作用表现为通过与N2O在反应表面的竞争吸附使铁氧化物还原为金属铁，X射线衍射证明Fe与N2O反应后的氧化物为Fe2O3；扫描电镜对反应后Fe表面物理形态的研究发展，在CO作用下，Fe的表面呈松散结构，可以保证Fe对氮氧化物反应的连续进行。     

应用纳米零价铁处理模拟含Cr(Ⅵ)无氧地下水

研究了实验室自制的纳米零价铁处理模拟含Cr(Ⅵ)无氧地下水的影响因素、吸附动力学,并结合体系中Fe2+浓度、氧化还原电位、Zeta电位和理论计算得到的pe-pH图对纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的机制进行了探讨.实验结果表明,纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的去除率随着初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比的升高而降低.当溶液的pH为7.0,初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比为0.025、0.050、0.075和0.100时,相应地Cr(Ⅵ)的去除率分别为100.0%、85.6%、72.7%和39.6%.酸性条件更有利于纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的去除,当初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比为0.100,溶液的pH为3.0、5.0、7.0、9.0和11.0时,体系中Cr(Ⅵ)的去除率分别为73.4%、57.6%、39.6%、44.1%和41.2%.纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的过程符合拟二级动力学方程.当溶液的pH为7.0,初始Cr(Ⅵ)/Fe质量比为0.025时,吸附速率常数(k)最大,为9.76×10-3g.(mg.m in)-1.Cr2O27-吸附到纳米零价铁表面后被迅速地还原为Cr3+,生成的Cr3+与纳米零价铁表面的FeOOH结合生成Cr-Fe膜.而Cr-Fe膜将阻断电子在纳米零价铁与Cr2O27-之间的传输,Cr(Ⅵ)得不到还原,从而纳米零价铁对Cr2O27-的去除以吸附为主.     

不同水分条件下铁基氧化物对土壤砷的稳定化效应研究

应用等温吸附试验及室内模拟培养的方法,研究了Fe2O3、Nano-Fe2O3和铁锰双金属氧化物(FMBO)等铁基氧化物对砷的吸附特性和对不同含水量土壤中砷的稳定化效应.从等温吸附试验结果来看,3种铁基氧化物对As(V)和As(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学方程,12 h后基本达到吸附平衡,吸附等温线符合Langmuir方程,FMBO对As(V)和As(Ⅲ)的吸附容量显著大于Fe2O3和Nano-Fe2O3,且对As(Ⅲ)的饱和吸附容量大于As(V),能够起到氧化和吸附的双重作用.从对不同含水量土壤中砷的稳定化效果来看,Nano-Fe2O3和FMBO在风干和田间持水量土壤中均能达到90%以上的稳定化效率,显著高于Fe2O3;在土壤水分饱和条件下,FMBO的稳定化效率仍保持在93.5%以上,且能够将土壤中As(Ⅲ)氧化成As(V),而Fe2O3和Nano-Fe2O3分别仅为29.4%、81.4%.3种铁基氧化物的添加会使土壤中砷的结合态发生变化,Fe2O3、NanoFe2O3主要使砷由F1非专性吸附态和F2专性吸附态向F4结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变,添加FMBO主要向F3无定形或弱结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变.总体看来,在非饱和状态的土壤,Nano-Fe2O3和FMBO均为良好的稳定化材料,而对于长期淹水的稻田或地下水位较高的地区,或者由于降雨造成土壤滞水等情况,FMBO可以作为一种优良的稳定化材料用于土壤砷污染修复.     

镍质量比对纳米Fe/Ni还原水中2,4-二氯酚的影响

采用置换沉积法制备Fe/Ni双金属以还原降解2,4-二氯酚(2,4-DCP),测定了置换液中Ni2+与纳米铁质量比(MNi2+/MFe)不同时所制备的Fe/Ni双金属中的镍含量,考察了镍质量比对Fe/Ni还原2,4-DCP效率的影响,结果表明,随着MNi2+/MFe增大,Fe/Ni双金属中的镍含量增加,并且对2,4-DCP的还原效率也相应提高。当MNi2+/MFe增至40%时,对2,4-DCP的去除率最高,接近100%,且82.0%的2,4-DCP被完全脱氯还原为苯酚,SEM结果也表明该比例制备的Fe/Ni较分散、粒径较小。Fe/Ni与2,4-DCP反应后,Fe0被氧化为铁氧化物Fe3O4、Fe2O3或Fe O(OH)。     

不同粒径零价铁活化过硫酸钠氧化降解酸性橙7的影响及动力学研究

以偶氮染料酸性橙7(AO7)为目标污染物,研究了不同粒径零价铁(包括1 mm-ZVI、150μm-ZVI、50 nm-ZVI)对活化过硫酸钠(PS)氧化降解AO7的影响,并探讨了这3种不同粒径的零价铁活化体系中AO7的降解动力学及中间产物.结果表明,3种粒径零价铁均可以高效活化PS氧化降解AO7,反应90 min后,1 mm-ZVI、150μm-ZVI和50 nm-ZVI活化体系对AO7的去除率分别为43%、97%和100%.AO7动力学方程拟合结果表明,1 mm-ZVI和150μm-ZVI活化PS降解AO7是一级反应,50 nm-ZVI活化体系中AO7的降解是二级反应,这3种粒径零价铁活化PS降解AO7的速率常数大小顺序为50 nm-ZVI>150μm-ZVI>1 mm-ZVI.反应过程中1 mm-ZVI反应后主要生成α-Fe2O3和少量Fe3O4,150μm-ZVI表面的腐蚀产物主要是Fe3O4,而50 nm-ZVI的主要氧化物为α-Fe2O3和α-FeOOH.GC/MS检测出AO7降解中间产物有2-萘酚、邻甲酚、3-甲基-4-乙基苯酚、邻苯二甲酰亚胺、邻苯二甲酸等,AO7溶液吸收光谱的变化特征及GC/MS检测结果表明3种粒径零价铁活化PS氧化降解AO7的途径可能存在差异.     

不同滤料滤池启动期内对铁锰离子的去除机制

采用两座小试生物滤池,考察了锰矿砂和石英砂滤料在启动期内对铁锰离子的去除特性,并结合材料表征手段解析了过滤去除机制.启动运行结果表明,在进水铁锰质量浓度范围为2~3 mg·L-1和0.3~0.6 mg·L-1时,石英砂滤池分别需要15d和30d完成铁锰的去除,而锰矿砂滤池在10d内完成除铁过程,而出水锰质量浓度始终低于0.1 mg·L-1,满足国标要求.锰矿砂表面天然铁锰氧化物的吸附催化作用是其去除效果优于石英砂的关键.然而,一方面,当铁氧化物在石英砂滤池内形成后,其同样能继续吸附催化铁离子,两滤池对铁离子的最终转化产物为复合氧化物,+2与+3价铁的比值在1:1.44~1:1.54之间.其次,在启动期内,锰矿砂滤池对锰离子的去除以吸附催化氧化完成,其产物为+3价态锰,而后续在生物作用下趋于转化为+4价;石英砂滤池对锰离子的去除以吸附主导,但吸附容量饱和后以生物作用为主.最终,锰离子转化产物为+2、+3和+4多价态的复合态氧化物.此外,锰氧化产物呈层状结构,铁氧化产物为颗粒形态,二者均能披覆在滤料表面,但后者更容易被反洗出滤层,而前者则倾向于披覆在锰矿砂表面或积累在石英砂滤层孔隙间.     

纳米氧化物对斑马鱼胚胎孵化率的影响

为评价纳米氧化物的水生态毒理效应,以模式生物斑马鱼胚胎为研究对象,观察了纳米ZnO、纳米TiO2、纳米Fe2O3、纳米Fe3O4和纳米SiO2对其96h孵化率的影响.结果表明,纳米氧化物毒性与其成分有很大关系.纳米ZnO对斑马鱼胚胎孵化抑制作用明显,毒性较大,且其毒性与浓度之间存在一定的剂量-效应关系;在低浓度时,纳米ZnO抑制胚胎孵化的效应较等浓度Zn2+强,说明纳米ZnO特殊理化性质发挥了一定作用.纳米Fe2O3在低浓度下不影响胚胎孵化率,而在高浓度下抑制胚胎孵化.纳米TiO2、纳米Fe3O4、和纳米SiO2对斑马鱼胚胎96h孵化率没有明显影响.     

强烈风化条件下玄武岩发育土壤的元素地球化学特征

海南岛地处热带,晚第三纪以来喷发的玄武岩上广泛发育铁铝土。土壤剖面的常量元素、微量元素、化学风化指标及元素迁移率的研究表明:(1)土壤Al2O3、Fe2O3、SiO2和TiO2元素富集,水溶型元素强烈淋失,高CIA值和低ba值均显示其经历强烈的化学风化作用;(2)元素含量和元素迁移率的计算结果显示,温带难迁移的Ti、Zr、Hf和Nb等元素在高温多雨的热带环境下也会发生强烈的淋失,究其原因主要受湿热环境下高有机质含量和强酸性条件影响;(3)Fe、Al、Cu和Ni等元素的迁移则反映了基岩发育土壤自下而上的风化渐进特征;(4)表层土壤K、Na和Sr元素的强烈富集则与大气沉降有关。     

Fe3+对同步硝化反硝化过程氮元素迁移转化及N2O释放的影响

采用SBR反应器,研究了不同浓度的Fe3+对同步硝化反硝化(simultaneous nitrification denitrification,SND)过程中氮元素迁移转化去除和N2O释放的影响.结果表明,在同步硝化反硝化过程中,系统中Fe3+浓度为20 mg·L-1时可以提高系统对氮的去除率,而60 mg·L-1的Fe3+则会对其产生抑制效果.并且,高浓度的Fe3+会刺激SND过程中N2O的释放,N2O转化率也有所提高.这主要是因为:1高浓度的Fe3+会导致污泥脱氢酶活性降低,使得NO-2在好氧阶段大量累积;2高浓度的Fe3+减少了SND过程前置厌氧阶段胞内聚合物(polyhydroxybutyrate,PHB)的含量,使得后续反硝化过程碳源减少.Fe3+对SND过程中总磷的去除有促进作用,并且Fe3+浓度越高,总磷去除率越高,这主要是因为Fe3+的存在使系统中发生了化学除磷作用.     

FeSO_4-K_2SO_4-H_2O体系中Fe/K摩尔比对生物成因羟基硫酸铁矿物质量的影响及环境意义

在FeSO4-K2SO4-H2O的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌催化氧化体系中,当起始Fe2+浓度分别为20、40、80和160mmol.L-1时,通过设定系列Fe/K摩尔比(3~200)来调控溶液的K+含量,合成得到次生羟基硫酸铁矿物,主要包括施威特曼石、黄钾铁矾以及两者的混合物.结果表明,当起始Fe2+浓度较低,如20mmol.L-1和40mmol.L-1时,72h反应后,不同Fe/K摩尔比处理所得矿物质量很少,最大只有0.38g.而随着Fe2+浓度增大,Fe/K摩尔比例的减小,矿物质量明显增加,例如在Fe2+=160mmo.lL-1、Fe/K=3时,250mL体系中矿物质量达到了4.48g,同时矿物相由结晶度差的施威特曼石逐渐过渡到结晶度好的黄钾铁矾.笔者发现矿物质量与矿物相有非常密切的关系,当产物为晶型黄钾铁矾时,其对应的矿物质量也更多.因此,微生物成因羟基硫酸铁矿物质量在很大程度上取决于起始Fe2+浓度和Fe/K摩尔比,该现象对去除酸性矿山废水中可溶性Fe和SO24-有潜在意义.     

金属矿山环境污染及整治对策

金属矿床开采 ,一方面是开发利用自然资源 ,另一方面由于对土水生态环境释放重金属和酸性废水而破坏自然环境。金属矿山环境污染源于金属硫化物特别是黄铁矿、磁黄铁矿的氧化分解。金属硫化物的氧化释放出重金属离子和SO4 2 -,黄铁矿、磁黄铁矿的氧化还释放出Fe2 +、Fe3+和H+,铁 (Fe2 +、Fe3+)的存在和pH值的降低大大加速金属硫化物的分解和重金属元素的沉淀。铁氧化细菌的活动可以提高或催化氧化反应的速度 ,加速重金属的水解和沉淀。铁作为普遍存在的元素 ,其地球化学行为影响着金属硫化物氧化的程度和速度 ;铁作为主要的次生沉淀矿物 ,其承载矿物主导其它重金属元素的沉淀。本文介绍了碱性物质中和、湿地处理系统、覆盖隔离技术等一系列已成功地运用于金属矿山环境污染整治的实用方法 ,并对一些前沿整治技术作了简要介绍     

无定形Fe (OH)3 和Fe3 O4 共沉淀态As的化学提取

无定形铁氧化物结合态砷的迁移性和生物可利用性易受环境变化影响.分别以1 mol·L-1盐酸和0.2 mol·L-1草酸铵缓冲溶液为提取剂,以新制备和室温老化(3个月、6个月)的共沉淀态Fe(OH)3-As和Fe3O4-As为提取对象,研究提取时间、液固比、Fe/As摩尔比和室温老化对As提取效率的影响.结果表明,1 mol·L-1盐酸提取Fe(OH)3-As、Fe3O4-As共沉淀时液固比应分别为50、200左右,0.2 mol·L-1草酸铵缓冲溶液提取Fe(OH)3-As、Fe3O4-As共沉淀时需保证加入的草酸根与固相中Fe的摩尔比分别为4、2.5;盐酸和草酸铵缓冲溶液提取时间2 h即可.样品Fe/As摩尔比和室温老化对Fe(OH)3-As共沉淀的溶解提取影响不大,但对Fe3O4-As共沉淀的提取影响比较大,Fe/As摩尔比越大,Fe3O4-As共沉淀越不易被提取;老化时间越长,其中共沉淀的As越不易被溶解提取.值得注意的是:盐酸和草酸铵缓冲溶液提取过程中如果有不溶固相存在,会发生As的再吸附,使无定形铁氧化物共沉淀态砷的测定不准确.     

纳米Bi_2O_3-Ni_2O_3的制备及光催化性能研究

采用微乳法制备了镍、铋复合氧化物纳米粒子,以XRD、TG-DTA、XPS及紫外-可见光谱仪对合成材料进行了表征,并以甲苯为目标污染物对其气-固复相光催化性能进行了研究。结果表明:Ni和Bi都显+3价,XRD曲线上分别出现Ni2O3和Bi2O3的特征衍射峰,制备样品是Ni2O3与Bi2O3复合氧化物,对于单一Bi2O3,制备的复合氧化物由于Ni2O3具有较强的电子富集能力,能够快速地传递光照射产生的电子,导致光生电子与空穴分离效率大大提高,促进了氧化反应,显示出了较好的光催化活性。     

针铁矿对城市生活垃圾有机组分厌氧发酵的影响

利用PVC管构建厌氧发酵反应器,研究了铁氧化物对有机垃圾厌氧发酵过程中产气及垃圾渗滤液特性的影响.结果表明,添加针铁矿能够促进垃圾的水解酸化效率和产气速率,提高产气量至163.4 L,较空白提高了20%.通过对厌氧消化中间产物Fe2+、NH+4-N、NO-3-N、COD以及有机酸的分析表明,铁氧化物的存在有利于降低系统氧化还原电位,有助于提高厌氧微生物的水解酸化效率;铁氧化物的加入能够促进有机酸的转化,从而降低有机酸对厌氧微生物的抑制作用.     

吉南元古宙FCN球粒

产在吉南元古宙石英岩内的宇宙尘是一个宇宙尘系列 ,由 4亚型 4小类组成 :①金属球粒 :a .纯铁球粒 ;b .FCN(Fe、Cr、Ni)球粒 ;②氧化物球粒 :c.普通磁性铁质球粒 ;d .FCS(FeO、Cr2 O3、SiO2 )球粒 ;③玻璃质球粒 ;④氧化物 -金属过渡型球粒。其中FCN球粒和FCS球粒为富铬球粒 ,在地球上属首次发现 ;FCN球粒为天然的奥氏体不锈钢球粒。FCN球粒的发现表明冶金学与地外源事件地球化学有一定联系。富铬宇宙尘的发现 ,预示着地球上可能有铁铬镍型铁陨石存在。     

UV/Fenton体系中Fe2+/Fe3+的相互转化规律

为了控制UV/Fentan方法中铁元素的用量,合理利用溶解态铁的催化反应过程并提高其降解效率,研究以难生物降解性染料罗丹明B为目标物,通过正交实验和单因素实验确定了UV/Fenton体系的最佳反应条件,并利用一元线性方程模拟了罗丹明B退色反应的的动力学方程.结果显示,当体系的最初pH为3.00,溶液中[Fe2+]=0.180 mmol·L-1、[H2O2]=124.022 mmol·L-1时,UV/Fenton氧化罗丹明B退色符合一级反应动力学方程.研究了总铁含量维持在0.180mmol·L-1、保持紫外光照射、4次向同一UV/Fenton体系中添加1.7mLH2O2,每次反应后Fe2+/Fe3+的循环转化规律和溶液的脱色效果.研究结果表明,每次反应结束阶段(30 min),Fe2+浓度均高于Fe3+浓度,残余液仍具有较强的催化能力,溶液的脱色率达到99.9%;退色反应速率常数始终维持在较高水平,最后一次循环反应结束后,反应速率常数达到0.2547,相对于初始反应速率常数只下降了17%左右.