纳米Fe3C/炭纤维非均相电芬顿降解二甲基砷的研究

针对结构稳定且难以靠常规方法去除的二甲基砷,制备新型负载Fe_3C纳米粒子的炭纤维催化剂,并对其非均相电芬顿降解二甲基砷进行了研究.结果表明,纳米Fe_3C/CF与阴极产生的H2O2发生电芬顿催化反应产生羟基自由基将二甲基砷降解为一甲基砷和As(V),As(V)可被同步吸附在Fe_3C/CF催化剂表面.通过考察电催化过程中初始p H、反应物初始浓度、电流强度和催化剂投加量等因素对催化氧化DMA效果的影响,表明在初始p H为3,二甲基砷初始浓度为5 mg·L~(-1),Fe_3C/CF投量为500 mg·L~(-1)的最佳条件下,经非均相电芬顿反应360 min后,二甲基砷去除率高达96%.     

磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

Fe3O4@SiO2-Chitosan的制备及其对水中Cu2+的吸附效能研究

以SiO_2包覆Fe_3O_4,戊二醛为交联剂,交联壳聚糖(Chitosan, CTS),制得Fe_3O_4@SiO_2-Chitosan复合磁性纳米粒子.以Fe_3O_4和Fe_3O_4@SiO_2为对照,采用X射线衍射、透射电镜和傅立叶红外光谱对其进行表征分析,并测定了投加量、pH值、吸附时间和温度等因素对Cu~(2+)吸附效果的影响,从动力学、热力学以及再生回用性能评价等方面对其吸附性能进行了探究.结果表明Fe_3O_4@SiO_2-Chitosan对Cu~(2+)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir模型,为自发、放热、优惠型的单分子层化学吸附.在pH为6.0, 298 K下达到最大吸附量154.8 mg·g~(-1),吸附解吸4次后吸附容量变化不大,说明Fe_3O_4@SiO_2-Chitosan具有较高的吸附容量,可作为处理含铜废水和回收铜的高效吸附剂.     

CTS@纳米Fe3O4复合微球制备及对水中As(Ⅲ)的吸附特性

文章以壳聚糖(CTS)、纳米四氧化三铁为原材料,利用滴加成球法制备了CTS@纳米Fe_3O_4复合微球,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、扫描电镜对复合微球的形貌及结构进行了表征。同时研究了CTS@纳米Fe_3O_4复合微球在不同质量比、pH以及温度条件下对水中As(Ⅲ)吸附效果的影响,并进行了等温吸附及动力学方程的拟合。结果表明,吸附量与微球中纳米Fe_3O_4质量比呈正相关,在CTS/纳米Fe_3O_4质量比=1∶2时,吸附量最佳可达到18.902 5 mg/g。整个吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,表明CTS@纳米Fe_3O_4复合微球是不均匀表面的多分子层吸附,主要受到化学吸附的主导。     

基于聚合多巴胺的磁性碳材料的制备及其对甲基绿的吸附

以聚合多巴胺为碳源制备碳材料包覆的磁性纳米颗粒.通过多巴胺的自聚合反应将其包覆在Fe_3O_4纳米颗粒上,在氩气保护下高温灼烧得Fe_3O_4@C复合材料.包覆碳材料后,Fe_3O_4颗粒的稳定性和分散性提高.使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和振动磁强计对材料进行了表征.结果表明成功地制备了核壳结构的Fe_3O_4@C复合材料.用甲基绿来考察Fe_3O_4@C的吸附性能.研究表明,溶液pH对甲基绿的吸附有显著的影响,随溶液pH的升高,甲基绿的吸附容量显著增大.用朗格缪尔吸附等温模型拟合出在纯水、湖水和自来水中Fe_3O_4@C对甲基绿的最大吸附容量分别为490.1、442.5和389.1 mg·g~(-1).热力学研究计算出吸附的吉布斯自由能为负值,说明吸附是自发过程.动力学研究表明甲基绿在Fe_3O_4@C上的吸附过程符合拟二级反应动力学方程,吸附速率较快.     

天然含铁矿物对砷的吸附效果及机制

自然界中丰富的含铁矿物作为天然的铁氧化物,可作为一类修复材料用于砷污染水体和土壤稳定化修复.本文通过吸附-解吸附实验对比研究了天然赤铁矿、天然褐铁矿、天然菱铁矿、天然钛铁矿、天然磁铁矿、Fe_2O_3、Fe_3O_4及铁锰双金属材料(FMBO)对砷的吸附-解吸特性,结合光谱学手段研究其作用机制.吸附实验结果表明,9种含铁材料对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合准二级动力学方程和Langmuir方程,表明反应机制主要为单层化学吸附作用.其中,FMBO对As的吸附效率和吸附容量远高于其余材料,天然含铁矿物中褐铁矿对As吸附效果表现最好,对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附容量分别为3. 96 mg·g-1和2. 99 mg·g-1.光谱学手段表明天然褐铁矿中含有较为丰富的针铁矿等弱结晶态矿物成分,具有相对丰富的砷吸附位点,是一种具有潜在修复能力的天然材料.     

聚合多巴胺包覆的磁性微球吸附Cr(Ⅵ)

用聚合多巴胺(PDA)包覆溶剂热法制备Fe_3O_4磁性微球,得到Fe_3O_4@PDA复合材料,并采用红外光谱、扫描电镜、透射电镜对复合材料进行表征。同时,对Fe_3O_4@PDA吸附溶液中六价铬(Cr(Ⅵ))的性能进行研究,考察了溶液pH对其吸附性能的影响。结果表明:Fe_3O_4@PDA在溶液pH为3.0时对Cr(Ⅵ)有较好的吸附性能,其吸附动力学数据符合伪二级动力学方程,等温吸附符合Langmuir吸附模型,最大吸附容量达到108.8 mg/g,热力学实验计算出的吉布斯自由能为负值,表明Cr(Ⅵ)在Fe_3O_4@PDA的吸附为自发过程。     

油茶籽壳磁性碳微球的制备及其对PFOS的吸附性能

采用废弃生物质油茶籽壳为碳源,对比不同的Fe_3O_4@C微球修饰方法,以水热法制备了分散性良好,碳层厚度均匀的核壳结构Fe_3O_4@C磁性微球,并使用透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)及X射线衍射(XRD)对其进行了表征,研究了该磁性微球对水体中持久性有机污染物PFOS的吸附性能。Fe_3O_4@C磁性微球吸附PFOS仅需约1 h即可达吸附平衡,其吸附动力学更符合拟一级动力学模型(R~2>0.95);Langmuir吸附模型能较好地拟合其等温吸附数据(R~2>0.98),表明Fe_3O_4@C磁性微球对PFOS的吸附为化学吸附占主体作用,倾向于单层吸附,对PFOS的吸附容量为11.61 mg/g。该吸附剂具有良好的磁性能及吸附性能,对水体中PFOS吸附迅速且易于回收,为废弃生物质的高值开发提供了一种可能路径。     

超声协同Fe0@Fe3O4降解四氯化碳

采用附着在Fe_3O_4纳米颗粒上的纳米零价铁(n ZVI)对四氯化碳(CCl4)还原脱氯.同时,利用SEM和BET等技术对Fe~0@Fe_3O_4的表面形貌和粒径进行表征,探究了不同反应条件如Fe~0@Fe_3O_4投加量、超声功率、初始pH值、温度和CCl4初始浓度对CCl4去除率的影响.最后,比较了Fe~0@Fe_3O_4、n ZVI和Fe_3O_4颗粒对CCl4的去除效果.结果表明,Fe~0@Fe_3O_4比n ZVI比表面积更大、分散性更好.超声功率和温度的提高对CCl4的降解有明显的促进作用.在最佳条件(催化剂投加量0.5 g·L-1,超声功率300 W,初始pH=7.0,温度30℃,CCl4初始浓度2 mg·L-1)下,Fe~0@Fe_3O_4复合材料在60 min内对CCl4的去除效率为88.5%,明显高于n ZVI(60.9%)和Fe_3O_4颗粒(13.2%).Fe~0@Fe_3O_4对CCl4去除过程符合伪一级动力学模型.     

Au/Fe3O4/GO复合SERS基底的制备及对水溶液中低浓度芘的富集-检测

以氧化石墨烯(GO)为载体,利用静电吸附将氨基修饰的Fe_3O_4磁性纳米颗粒负载到GO表面得到GO-Fe_3O_4复合材料,再通过静电作用将Au纳米颗粒与GO-Fe_3O_4复合材料组装,制备了Au/Fe_3O_4/GO复合材料,并考察其表面增强拉曼(SERS)活性.首先以罗丹明B(Rh B)为探针分子,考察Au纳米颗粒的粒径对SERS性能的影响,发现平均粒径为40 nm的Au纳米颗粒具有最好的SERS效果.SERS检测性能随着Au负载量的提高而逐渐变优,Au/GO中Au负载量为20%时最优.以多环芳烃分子芘为探针分子,探究Au/Fe_3O_4/GO复合材料中各组分对SERS性能的影响发现,Au纳米颗粒对拉曼信号的增强起主要作用,GO可以通过化学增强效应及对芘的吸附富集作用有效提高SERS检出限,Fe_3O_4的存在可以使基底快速分离,简化实验步骤,便于基底重复利用.该方法对水溶液中芘的检出限达到10-8mol·L-1,相对于普通拉曼的检出限有了明显的降低,有望被用于环境中痕量多环芳烃的富集-检测.     

支化聚乙烯亚胺功能化磁性纳米吸附剂的制备及对Cu2+的吸附研究

为解决水体中重金属Cu²⁺污染,本研究首先采用水热法制备得到超顺磁四氧化三铁纳米粒子,然后使用对Cu²⁺具有强络合作用的含有丰富氨基官能团的支化聚乙烯亚胺接枝到纳米粒子表面,得到Fe₃O₄@BPEI磁性纳米吸附剂。采用红外光谱(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等对其结构、尺寸及形貌进行表征。研究了不同吸附因素对吸附剂吸附Cu²⁺的影响,确定了最佳吸附条件,并通过吸附动力学模型和吸附等温线模型进一步探讨吸附机理。结果表明：支化聚乙烯亚胺成功接枝到四氧化三铁纳米粒子表面。最佳吸附条件为pH=6.0、吸附平衡时间为40 min、吸附剂用量为10 mg。通过实验数据拟合,Fe₃O₄@PEI吸附Cu²⁺的过程符合Langmuir等温吸附方程和拟二级动力学模型,表明吸附过程为化学吸附控制的单分子层覆盖,在303 K时,模型理论饱和吸附量为141.24 mg/g。表明支化聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米吸...     

四氧化三铁/聚乙烯亚胺纳米颗粒的制备及除磷性能的研究

采用化学共沉淀法,以聚乙烯亚胺(PEI)为改性剂,制备了聚乙烯亚胺改性的纳米四氧化三铁复合材料(Fe3O4/PEI).Zeta电位、透射电镜和FTIR表征结果显示,PEI修饰提高了纳米Fe3O4在水中的分散性和稳定性,同时也增强了其表面正电荷,从而提高了Fe3O4对水中磷酸根的去除能力.在磷酸根初始浓度为50 mg·L~(-1),Fe3O4/PEI投加量为200 mg,p H=3,温度为25℃的条件下,Fe3O4/PEI对100 m L磷酸根的吸附去除率达到91%.吸附过程在3 h内达到平衡.吸附等温数据表明,该吸附过程符合Langmuir吸附等温方程,可决系数R2达到0.99,最大吸附量为29.88 mg·L~(-1).Fe3O4/PEI复合材料重复利用性好,在第5次吸附-解析后还能保持对磷酸根75%以上的吸附去除率.磷的解析效率随着p H增加而增加,在p H=13时,解析效率达到65%.     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

纳米Fe3O4/CeO2-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/Ce O2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,在Fe3O4/Ce O2-H2O2非均相类Fenton体系中对目标污染物的降解进行研究,考察催化剂的催化效果和温度、p H、H2O2投加量等因素对催化剂催化效果的影响.结果表明,以纳米Fe3O4/Ce O2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/Ce O2的催化效果不断提高;在偏酸性环境中,p H越低催化效果越好,p H=2时反应去除效率可达96.67%;随着H2O2投加量的增加,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为15 mg·L-1时去除效果最好可达99.47%;随着催化剂投加量的增加,同样出现了处理效果先升高后降低的现象,投加量为0.5 g·L-1时催化效果最好可达99.64%.在以纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂的非均相类Fenton体系中,3,4-二氯三氟甲苯的降解符合一级反应动力学,反应所需活化能较低只需30.26 k J·mol-1.     

Rapid degradation of dyes in water by magnetic Fe/Fe3O4/graphene composites

Magnetic Fe⁰/Fe₃O₄/graphene has been successfully synthesized by a one-step reduction method and investigated in rapid degradation of dyes in this work. The material was characterized by N₂ sorption–desorption, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), vibrating-sample magnetometer (VSM) measurements and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results indicated that Fe⁰/Fe₃O₄/graphene had a layered structure with Fe crystals highly dispersed in the interlayers of graphene, which could enhance the mass transfer process between Fe⁰/Fe₃O₄/graphene and pollutants. Fe⁰/Fe₃O₄/graphene exhibited ferromagnetism and could be easily separated and re-dispersed for reuse in water. Typical dyes, such as Methyl Orange, Methylene Blue and Crystal Violet, could be decolorized by Fe⁰/Fe₃O₄/graphene rapidly. After 20 min, the decolorization efficiencies of methyl orange, methylene blue and crystal violet were 94.78%, 91.60% and 89.07%, respectively. The reaction mechanism of Fe⁰/Fe₃O₄/graphene with dyes mainly included adsorption and enhanced reduction by the composite. Thus, Fe⁰/Fe₃O₄/graphene prepared by the one-step reduction method has excellent performance in removal of dyes in water.     

磁性核壳CoFe2O4@SiO2@PIL-AO复合材料的制备及其吸附U (VI)性能研究

通过化学合成法制备了磁性核壳CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO复合材料,采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对其进行了表征,研究了溶液pH、吸附时间、U （VI）初始浓度和温度等参数对U （VI）吸附性能的影响.实验结果表明：在c₀=0.2 mg·L^-1、pH=6.00±0.05、T=298.15 K、m=0.02 g和t=8 h的条件下,CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO对U （VI）的吸附作用最强,吸附率达到了97.54%;CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO吸附U （VI）是一个自发进行的吸热反应,U （VI）吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich模型;CoFe₂O₄@SiO₂@PIL-AO复合材料具有良好的可循环使用性,循环使用5次后它对U （VI）的吸附容量没有明显下降,可重复使用.     

磁性Fe3O4-CuO非均相活化过碳酸钠降解AO7

采用一步水热法合成了可磁性回收的Fe₃O₄-CuO材料并通过SEM-EDS和XRD进行表征.利用Fe₃O₄-CuO活化过碳酸盐(SPC)降解偶氮染料AO7,探究了Fe₃O₄-CuO投加量、SPC初始浓度、初始pH值和背景氯离子对Fe₃O₄-CuO/SPC体系降解AO7的影响,分析了体系的主要反应机理.实验结果表明,Fe₃O₄-CuO可以活化SPC降解AO7,反应随Fe₃O₄-CuO和SPC投加量的增加而加快,但过高的SPC投加量反而抑制AO7的降解.由于SPC的缓冲能力,该体系拥有广泛的pH适应能力且反应随着初始pH的升高而加快.染料废水中常见的Cl^-对AO7的降解有促进作用,Cl^-浓度越高降解速度越快.AO7的降解主要发生在材料表面,反应的主要活性物种为·OH,Fe₃     

BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

Co-adsorption of gaseous benzene, toluene, ethylbenzene, m-xylene (BTEX) and SO2 on recyclable Fe3O4 nanoparticles at 0-101% relative humidities

We herein used Fe3O4 nanoparticles(NPs) as an adsorption interface for the concurrent removal of gaseous benzene, toluene, ethylbenzene and m-xylene(BTEX) and sulfur dioxide(SO2), at different relative humidities(RH). X-ray diffraction, Brunauer–Emmett–Teller, and transmission electron microscopy were deployed for nanoparticle surface characterization.Mono-dispersed Fe3O4(Fe2O3·Fe O) NPs synthesized with oleic acid(OA) as surfactant, and uncoated poly-dispersed Fe3O4 NPs demonstrated comparable removal efficiencies.Adsorption experiments of BTEX on NPs were measured using gas chromatography equipped with flame ionization detection, which indicated high removal efficiencies(up to(95 ± 2)%) under dry conditions. The humidity effect and competitive adsorption were investigated using toluene as a model compound. It was observed that the removal efficiencies decreased as a function of the increase in RH, yet, under our experimental conditions, we observed(40 ± 4)% toluene removal at supersaturation for Fe3O4 NPs, and toluene removal of(83 ± 4)% to(59 ± 6)%, for OA-Fe3O4 NPs. In the presence of SO2, the toluene uptake was reduced under dry conditions to(89 ± 2)% and(75 ± 1)% for the uncoated and coated NPs, respectively, depicting competitive adsorption. At RH 100%,competitive adsorption reduced the removal efficiency to(27 ± 1)% for uncoated NPs whereas OA-Fe3O4 NPs exhibited moderate efficiency loss of(55 ± 2)% at supersaturation.Results point to heterogeneous water coverage on the NP surface. The magnetic property of magnetite facilitated the recovery of both types of NPs, without the loss in efficiency when recycled and reused.