水中C60纳米颗粒的稳定性研究

以两种C60纳米颗粒悬浮液为对象,研究贮存时间、pH、电解质和有机物等因素对其稳定性的影响.结果表明,溶剂替换法制备的C60纳米颗粒(C60/son)稳定性优于延时搅拌法(C60/aq),可长时间保持稳定;pH升高可使C60纳米颗粒稳定性增强;电解质投加可使C60纳米颗粒的|ζ|减小、粒径增大,促进凝聚的发生;水中C60纳米颗粒凝聚过程可分为慢速凝聚和快速凝聚两个阶段,符合经典胶体稳定性(DLVO)理论.C60/son的临界凝聚浓度:NaCl 321 mmol·L-1、KCl 316 mmol·L-1、MgCl29.6 mmol·L-1和CaCl26.7 mmol·L-1,C60/aq的临界凝聚浓度:NaCl 295 mmol·L-1、KCl 278 mmol·L-1、MgCl27.8 mmol·L-1和CaCl25.9 mmol·L-1,均远高于其在天然水体中的浓度;腐殖酸存在可通过空间位阻效应显著增强水中C60纳米颗粒的稳定性,这表明C60纳米颗粒可稳定存在于典型的水环境中.     

水中富勒烯(C_(60))纳米颗粒凝聚动力学研究

采用动态光散射技术研究了电解质和天然有机物对水中C60纳米颗粒凝聚动力学的影响。结果表明,电解质存在可使水中C60纳米颗粒的|ζ|减小、粒径增大,促进凝聚的发生。C60纳米颗粒凝聚过程分为反应控制和扩散控制2个阶段,符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论。Na+、K+、Ca2+和Mg2+的临界凝聚浓度分别为321、295、9.6和6.7 mmol/L,远高于其在水环境中的浓度水平;腐殖酸存在可通过空间位阻效应显著增强水中C60纳米颗粒的分散性;表明C60纳米颗粒可稳定存在于典型的水环境中。     

腐殖酸对水中多壁碳纳米管凝聚特性的影响

以多壁碳纳米管(MWNTs)稳定悬浮液为对象,研究了腐殖酸(HA)对水中MWNTs凝聚特性的影响.结果表明,采用SDS超声分散法制备的MWNTs稳定悬浮液具有较强的稳定性,投加电解质可通过压缩双电层机制使其发生凝聚,并符合经典的DLVO理论.HA存在时,可通过增大MWNTs颗粒间的空间位阻效应和亲水性,抑制凝聚反应发生,从而提高其在水中的稳定性.Ca2+可与HA发生络合桥联作用,导致MWNTs颗粒粒径的大幅提高,强化凝聚发生.水中MWNTs的分散和凝聚性质将受到有机物性质和电解质种类等复杂因素的影响.     

典型碳纳米材料在水中的凝聚特性比较

以富勒烯(C₆₀)和多壁碳纳米管(MWNTs)纳米颗粒悬浮液为对象,采用动态光散射技术对比研究了电解质、有机物等环境因素对其在水中凝聚和稳定性的影响.结果表明,电解质存在下,可通过压缩双电层作用使水中碳纳米材料发生凝聚反应,凝聚过程均符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论;MWNTs较C₆₀稳定性弱、更易凝聚;两种纳米颗粒悬浮液对应的Na⁺、Mg²⁺ 和Ca²⁺的临界凝聚浓度均远高于其在天然水体中的含量.Na⁺和Mg²⁺凝聚体系中,腐殖酸(HA)可通过空间位阻作用抑制凝聚发生,且对C₆₀的抑制作用更强.HA可与Ca²⁺发生络合,强化纳米颗粒凝聚反应,并对MWNTs具有更强的强化凝聚作用.不同碳纳米材料和环境因子存在着不同的相互作用关系,将影响其在水中的稳定性.     

水中氧化石墨烯稳定性的影响因素研究

基于理化性质分析,研究了电解质、天然有机物和稳定液浓度等因素对氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)在水中凝聚和沉降的影响。结果表明,稳定液浓度对GO理化性质和稳定性影响不大。电解质投加可降低Zeta电位,诱导水中GO发生凝聚,凝聚过程呈现反应限制和扩散限制2个阶段。各电解质的临界凝聚浓度分别为180 mmol/L(Na⁺)、4.5 mmol/L(Mg²⁺)和1.8 mmol/L(Ca²⁺)。相较于Mg²⁺,Ca²⁺可通过吸附架桥作用加快GO凝聚。GO的沉降过程可分为快速沉降和慢速沉降2个阶段,凝聚是影响水中GO沉降的主要因素。天然有机物存在可有效抑制凝聚,增强GO在水中的稳定性;但HA与GO和Ca²⁺间存在复杂的相关作用关系,加快了凝聚过程。水中GO浓度越高,其凝聚和沉降速度越快。以较低浓度存在时,GO在水环境中具有更高的稳定性。     

地下水中常见离子对纳米零价铁除Se（Ⅳ）动力学的影响

采用间歇实验对纳米零价铁(nZVI)除四价硒(Se(Ⅳ))进行实验性研究,考察了地下水中共存离子对nZVI除Se(Ⅳ)动力学的影响.结果表明,在厌氧条件下,当nZVI投加量为0.1 g·L-1,Se(Ⅳ)浓度为100μmol·L-1,NaCl浓度为0.01 mol·L-1,pH=7.0,T=25℃±1℃时,投加CO2-3或SO2-4浓度为1 mmol·L-1、腐殖酸(humic acid,HA)为5 mg·L-1时,明显抑制了Se(Ⅳ)的去除.投加0.5 mmol·L-1Ca2+或Mg2+时,对除Se(Ⅳ)影响不大;而Ca2+(3 mmol·L-1)、Mg2+(3 mmol·L-1)时,Se(Ⅳ)的去除效率明显下降.未加共存离子时,Se(Ⅳ)在20 min时基本去除完,共存离子存在的情况下,nZVI对Se(Ⅳ)的去除率在30 min时达到100%.反应过程中二价铁(Fe2+)随着Se(Ⅳ)的去除趋于平稳.ORP在反应过程中快速从正值下降至负值,由此说明nZVI除Se(Ⅳ)的过程发生了还原反应.     

水介质中C60纳米晶体颗粒与Cu2+对小鼠腹腔巨噬细胞的复合毒性研究

为考察C60纳米晶体颗粒和Cu2+复合体系的生物毒性,本文以小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7作为受试对象,研究了C60纳米晶体颗粒物(n C60)和Cu2+对RAW 264.7的复合毒性影响.结果表明,当单独暴露n C6024 h,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞活性降低了45%,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞活性降低了70%,表现出剂量-毒性效应和时间-毒性效应.水中出现Cu2+可以降低n C60的细胞毒性,当Cu2+浓度为2 mg·L-1,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞的活性降低至25%,当Cu2+浓度为5 mg·L-1,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞的活性下降至15%.研究表明,n C60表面能够吸附Cu2+,并且吸附符合Langmuir吸附等温模型.n C60纳米晶体颗粒表面对Cu2+的吸附,可能是n C60对细胞毒性降低的重要原因.     

PAA改性纳米铁强化还原降解水中亚甲基蓝

利用纳米零价铁去除水中各类污染物是近年来的研究热点,但纳米零价铁颗粒在水中的团聚会导致反应活性降低,研究通过在纳米铁颗粒制备过程中添加分散剂聚丙烯酸(PAA),提高其分散性,强化其在水中反应活性,合成改性纳米零价铁颗粒(PAA-Fe),并首次用于降解水中的亚甲基蓝.对其SEM、TEM、XRD和比表面积表征结果表明,与未改性原始纳米零价铁颗粒相比,PAA-Fe颗粒表面较光滑,团聚减少、颗粒粒径减小,比表面积增大.改性剂PAA添加浓度为0.1 g·L-1时,经过60 min降解反应,PAA改性纳米铁颗粒对亚甲基蓝的脱色率为98.84%,较未改性颗粒脱色率提高了27.32%.改性纳米铁颗粒对亚甲基蓝的脱色效果受初始溶液的p H值、初始溶液的浓度、PAA-Fe投加量和反应温度影响.PAA-Fe与亚甲基蓝的脱色反应符合假一级反应动力学规律.     

EDTA优化纳米Pd/Fe对2,4-D的催化脱氯研究

采用EDTA优化纳米Pd/Fe催化脱氯水中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),并考察了EDTA投加浓度、pH、钯化率、温度等因素对2,4-D还原的影响.结果表明,EDTA的加入络合了纳米Pd/Fe在催化脱氯过程中生成的铁离子,抑制纳米Pd/Fe颗粒表面钝化层的形成,提高了体系的反应活性.适宜的EDTA浓度、低pH、高钯化率、低温等有利于2,4-D的还原脱氯.当EDTA浓度为25.0 mmol·L-1,纳米铁含量为1.0 g·L-1,初始pH=4.3、钯化率为0.5%,温度为25.0℃,搅拌速率为200 r·min~(-1)时,反应50 min,10.0 mg·L-1的2,4-D去除率及苯氧乙酸(PA)生成率均达到100%.     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对好氧污泥快速颗粒化的影响研究

为研究金属离子的投加对好氧污泥颗粒化进程的影响,在3个构造一致的序批式活性污泥反应器(SBR)中分别接种普通活性污泥、投加50 mg·L-1Ca2+的活性污泥和投加50 mg·L-1Mg2+的活性污泥来培养好氧颗粒污泥.结果表明:金属离子的投加能缩短好氧污泥颗粒化时间,改善颗粒污泥的性质,Ca2+更多地影响颗粒污泥的物理性质,Mg2+主要影响生化性质.Ca2+、Mg2+的投加可促进细胞分泌胞外聚合物(EPS),以及蛋白质(PN)和多糖(PS)的含量增加,且Mg2+较Ca2+对EPS中组分及组分比例影响更大.此外,Ca2+、Mg2+投加下培养的好氧颗粒污泥具有更强的除污性能.     

不同环境条件下水铁矿和针铁矿纳米颗粒稳定性

纳米颗粒的团聚和分散是控制许多重要环境过程的关键因素.本研究通过测定水铁矿纳米颗粒(FHNPs)和针铁矿纳米颗粒(GTNPs)的粒径和Zeta电位,计算DLVO相互作用能,探究了不同pH、离子和有机质条件下两种纳米颗粒的稳定性.结果表明Na~+和Ca~(2+)通过离子强度的作用促进FHNPs和GTNPs团聚;低浓度PO_4~(3-)(2mmol·L~(-1))、HA和FA(2 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1))吸附在铁矿物纳米颗粒上,改变其表面电荷,提高FHNPs和GTNPs在中高pH条件下的稳定性.高浓度的PO_4~(3-)(10mmol·L~(-1))虽然也可改变铁矿物纳米颗粒的电性,但由于离子强度的作用,对GTNPs的稳定性贡献不大.FHNPs或GTNPs的Zeta电位接近于0时,其相互作用的一级势垒和次级势阱常常同时不存在,两种纳米颗粒主要以不可逆的方式在一级势阱中团聚;当一级势垒和次级势阱同时存在时,次级势阱造成的可逆FHNPs和GTNPs团聚比例会增大.本研究结果为进一步考察FHNPs和GTNPs的环境行为和它们在负载污染物迁移中的作用提供数据支撑.     

Complex interplay between formation routes and natural organic matter modification controls capabilities of C60 nanoparticles (nC60) to accumulate organic contaminants

Accumulation of organic contaminants on fullerene nanoparticles (nC₆₀) may significantly affect the risks of C₆₀ in the environment. The objective of this study was to further understand how the interplay of nC₆₀ formation routes and humic acid modification affects contaminant adsorption of nC₆₀. Specifically, adsorption of 1,2,4,5-tetrachlorobenzene (a model nonionic, hydrophobic organic contaminant) on nC₆₀ was greatly affected by nC₆₀ formation route – the formation route significantly affected the aggregation properties of nC₆₀, thus affecting the available surface area and the extent of adsorption via the pore-filling mechanism. Depending on whether nC₆₀ was formed via the “top-down” route (i.e., sonicating C₆₀ powder in aqueous solution) or “bottom-up” route (i.e., phase transfer from an organic solvent) and the type of solvent involved (toluene versus tetrahydrofuran), modification of nC₆₀ with Suwannee River humic acid (SRHA) could either enhance or inhibit the adsorption affinity of nC₆₀. The net effect depended on the specific way in which SRHA interacted with C₆₀ monomers and/or C₆₀ aggregates of different sizes and morphology, which determined the relative importance of enhanced adsorption from SRHA modification via preventing C₆₀ aggregation and inhibited adsorption through blocking available adsorption sites. The findings further demonstrate the complex mechanisms controlling interactions between nC₆₀ and organic contaminants, and may have significant implications for the life-cycle analysis and risk assessment of C₆₀.     

强化混凝对腐殖酸和富里酸去除对比研究

以腐殖酸和富里酸为研究对象,考察了硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝和聚合氯化铁这4种混凝剂的强化混凝效果,并研究了pH、浊度及Ca2+、腐殖酸和富里酸相对含量对强化混凝的影响.结果表明,4种混凝剂对腐殖酸的去除效果要高于富里酸,三氯化铁和硫酸铝比聚合氯化铝和聚合氯化铁具有更好的混凝效果,在混凝剂投量为40 mg.L-1时,三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铁和聚合氯化铝混凝后可将水样中富里酸浓度由10 mg.L-1分别降为3.22、4.34、5.85和4.86 mg.L-1,而腐殖酸浓度可分别降至1.13、2.13、3.44和2.50 mg.L-1.三氯化铁和硫酸铝强化混凝的最佳pH为5.5～6.5,在其它pH范围强化混凝效果降低;水样中有机物浓度越高,混凝效果越差,富里酸/腐殖酸>0.4后混凝效果明显变差.浊度对混凝剂去除有机物的影响较小,Ca2+浓度的增加可提高腐殖酸和富里酸的去除效果.     

真空紫外-亚硫酸盐法降解PFOS影响因素

通过试验,考察了亚硫酸盐浓度、pH值、全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)初始质量浓度及共存物质对真空紫外-亚硫酸盐法降解PFOS的影响.结果表明,亚硫酸盐浓度的增加有利于提高活性物种水合电子的量,PFOS降解率及脱氟率均随之提高,亚硫酸盐浓度从1 mmol·L~(-1)增加至20 mmol·L~(-1)时,PFOS降解率及脱氟率分别从45%及40%提高至97%及63%;随着原水pH值的升高,水合电子的生成量也随之增加,PFOS的降解率及脱氟率均提高,且脱氟率对pH值的变化更敏感;PFOS初始质量浓度的提高降低了PFOS的降解率及脱氟率,但PFOS的绝对降解量却大幅提高,当PFOS初始质量浓度从1 mg·L~(-1)提高至50 mg·L~(-1)时,PFOS在4 h内的降解量提高了约50倍,这主要是由于高污染物浓度条件下水合电子的利用率较高;Cl~-或HCO_3~-的存在对PFOS降解率影响较小,但对脱氟的影响较为明显,在试验研究的浓度范围内,PFOS脱氟率随Cl~-浓度的增加而提高,随HCO_3~-浓度的增加呈现先升高后降低的规律;腐殖酸的存在屏蔽了部分用于光化学反应的光,而且可以捕获体系的活性物种,从而降低了降解率及脱氟率.     

氮掺杂二氧化钛复合催化膜降解甲苯气体研究

采用溶胶-凝胶法以聚丙烯(PP)中空纤维膜为载体制备了N-Ti O2/PP复合催化膜,并考察了其催化降解甲苯有机废气的性能.结果发现,紫外光催化的甲苯降解率可达84%,去除负荷为89.8 g·m-3·h~(-1),自然光催化的甲苯降解率可达63.9%,去除负荷为69.25 g·m-3·h~(-1).同时,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、X-射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征了N-Ti O2/PP复合催化膜,并采用GC-MS分析甲苯降解过程的中间产物并推测甲苯反应过程机理.采用GC-MS分析出口气样的研究结果表明,苯(C6H6)、苯甲醛(C7H6O)、苯乙酸(C8H8O2)、丙烯醛(C3H4O)、甲酸甲酯(C2H4O2)为甲苯光催化降解的中间产物.N-Ti O2/PP复合催化膜降解甲苯的机制为甲苯气体通过中空纤维膜传质到N-Ti O2/PP复合催化膜,光催化产生羟基自由基,甲苯气体被羟基自由基氧化成中间产物,并继续降解为最终产物二氧化碳和水.     

新生态MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究

以苯酚为目标物,考察钙离子、单宁酸、高岭土投量、新生态二氧化锰投量、pH等条件对新生态二氧化锰强化氯化铝混凝去除苯酚的影响.结果表明,钙离子能够促进新生态二氧化锰强化混凝对苯酚的去除,在钙离子投加范围内（0～1.0mmol.L-1）,苯酚的去除率能提高10%左右;单宁酸与苯酚共存时,能显著促进苯酚的去除,当单宁酸投加1...     

钯掺TiO2光催化降解全氟辛酸

全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)以其分布广泛性、生物蓄积性、生物毒性强而成为全球关注的一种新型持久性有机污染物.采用化学还原法制备钯掺二氧化钛(Pd-Ti O2)催化剂,利用XRD、FESEM、UV-vis DRS对催化剂进行表征,并考察其在365 nm紫外光照射下对PFOA的光催化降解效果.结果表明,化学还原的制备方法使Ti O2粒径减小、比表面积增大且对紫外光的吸收性能增大,但并不引起PFOA光催化效果的改变.而Pd掺杂后大大增强了PFOA的降解效果,反应7 h后溶液中氟离子浓度为6.62 mg·L-1,是Ti O2(P25)的7.3倍.投加俘获剂与通入氮气的实验证明,在PFOA的降解过程中·OH起重要作用,氧气的存在可促进PFOA的降解.采用UPLC-QTOF-MS对产物进行鉴定分析,PFOA的可能降解过程是经h+氧化后发生脱羧基反应,产生的全氟烷烃自由基(·CnF2n+1)被·OH氧化,脱氟生成短链全氟羧酸.Pd能作为电子(e-)捕获剂、加速e-向O2等电子受体的转移,从而缓解e-累积,提高对PFOA的降解效果.