纳米科技在环境保护工程中的应用

纳米科技是一门高新技术学科,通过简要阐述纳米科技的理论,介绍了纳米科技在环境工程治理和污染防治方面的应用.随着纳米科技研究的不断深入,其必将为环境保护工程的发展插上腾飞的翅膀.     

纳米技术处理废水

纳米技术包括纳米结构和纳米材料 ,是 2 1世纪最有前途的新技术之一 ,废水处理领域有在广阔的应用前景。本文从纳米膜过滤、纳米光催化、纳米吸附材料等三方面介绍了纳米技术在废水处理方面的应用研究情况 ,并对其以后的发展前景进行了讨论     

纳米技术处理废水

纳米技术包括纳米结构和纳米材料，是21世纪最有前途的新技术之一，废水处理领域有在广阔的应用前景，本文从纳米膜过滤，纳米光催化，纳米光催化，纳米吸附材料等三方面介绍了纳米技术在废水处理方面的应用研究情况，并对其以后的发展前景进行了讨论。     

纳米催化技术用于空气净化

纳米催化剂作为新一代高效环保催化剂 ,在大气污染治理 ,尤其是在室内空气净化中有着广阔的应用前景。评述了纳米催化技术在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域的研究进展 ,并对应用纳米催化技术净化空气的关键科学问题进行了分析和展望     

活性焦和活性炭负载纳米铁处理TNT红水中的二硝基甲苯磺酸钠

以活性焦和活性炭为载体,采用液相还原法制备了负载纳米铁,比较了两种负载纳米铁对TNT红水中难降解物质二硝基甲苯磺酸钠(包括2,4-DNT-3-SO3Na和2,4-DNT-5-SO3Na)的去除能力。实验结果表明,作为负载材料活性焦的相对有效比表面积与孔体积要优于活性炭,而且有利于更好地发挥出负载纳米铁的优势。单位面积活性焦负载纳米铁去除2,4-DNT-5-SO3Na的能力明显高于活性炭负载纳米铁,单位面积活性焦负载纳米铁去除2,4-DNT-3-SO3Na的能力在较小投加量条件下高于活性炭负载纳米铁,但均随投加量的增加而下降;而对于活性炭负载纳米铁,其单位面积去除能力基本不受投加量的影响,而且对二硝基甲苯磺酸钠的去除率高于活性焦负载纳米铁。耦合混凝沉淀的总去除效果表明,单位面活性焦负载纳米铁对2,4-DNT-5-SO3Na的去除能力高于活性炭负载纳米铁,而对2,4-DNT-3-SO3Na的去除能力则低于活性炭负载纳米铁。     

纳米催化技术用于空气净化

纳米催化剂作为新一代高效环保催化剂，在大气污染治理，尤其是在室内空气净化中有着广阔的应用前景。评述了纳米催化技术在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域的研究进展，并对应用纳米催化技术净化空气的关键科学问题进行了分析和展望。     

纳米颗粒的分散及其在水与废水处理中的应用

纳米颗粒由于其吸附活性而极易产生自身团聚 ,这不利于纳米颗粒在使用介质中的分散并影响其应用。本文综述了近年来有关纳米颗粒在水中的分散方法、原理及影响因素 ,归纳总结了分散的纳米颗粒在强化水处理中的若干应用。     

MFI型纳米分子筛对重金属生物有效性的影响

利用小型鱼日本青鳉考察MFI型纳米分子筛对有毒重金属离子(Cu2+、Cd2+)生物有效性的影响,并通过静态平衡实验探讨MFI型纳米分子筛对重金属的吸附行为.暴露3d,MFI型纳米分子筛可降低Cu2、Cd2+的生物有效性；暴露10 d,MFI型纳米分子筛对Cu2+、Cd2+生物有效性的影响减小；清除7d后,MFI型纳米分...     

核-壳型纳米双金属微粒的研究进展

纳米材料以其独特的性质，在光学、化工、环保、陶瓷、生物和医药等诸多方面具有广泛的应用价值。而纳米金属材料的表面包覆和修饰是21世纪纳米材料科学的一个新的研究方向。文中比较系统地综述了核-壳型纳米双金属微粒制备方法的研究进展，包括还原化学镀法、共沉淀法等，简要分析了各类制备方法的基本原理、特点及适用的范围，并在此基础上讨论了核-壳型纳米双金属粉末的未来研究发展方向。     

纳米TiO2光催化氧化去除水中痕量双氯芬酸的研究

以TiCl4为前驱体,采用水解法经不同温度煅烧制备了具有不同理化性能的纳米TiO2光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、物理吸附仪、紫外—可见光漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对纳米TiO2的晶相结构、粒径、孔径分布以及禁带宽度等进行了表征。以蒸馏水配制的双氯芬酸溶液为目标物,进行了纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的活性测试,研究了纳米TiO2的理化性能与光催化氧化活性之间的关系。结果表明,经400℃煅烧制得的纳米TiO2样品具有最高的光催化氧化活性,其在紫外光照射60min下对双氯芬酸的去除率为98%左右,比单独紫外光照射高出85百分点。纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的反应近似一级反应动力学模型,其中经400℃煅烧制得的纳米TiO2光催化氧化去除双氯芬酸的表观反应速率常数为0.054 54min-1,是普通商用TiO2的2倍左右,与德国Degussa P-25TiO2的光催化氧化活性最相近。     

酸碱改性生物质炭-纳米零价铁增强六价铬去除的机理

通过氢氟酸和氢氧化钠改性水稻秸秆生物质炭(BC),得到改性材料BC-HF和BC-NaOH,在此基础上负载纳米零价铁(Nanoscale zero-valent iron,nZVI)制得生物质炭负载纳米零价铁(nZVI@BC)、氢氟酸改性生物质炭负载纳米零价铁(nZVI@BC-HF)和氢氧化钠改性生物质炭负载纳米零价铁(...     

高岭土负载纳米铁镍双金属去除水中偶氮染料直接耐晒黑G

采用液相还原法制备焙烧高岭土负载纳米铁镍双金属（CK-Fe/Ni）。考察了在不同条件下,如pH、投加量、初始浓度、温度等,对负载型纳米铁镍双金属降解水中偶氮染料直接耐晒黑G的影响及动力学研究。结果表明：在pH=9.49、温度为30℃、负载型纳米铁镍双金属的投加量为1.05 g/L、搅拌速度为60 r/min,经过20 min反应后,负载型纳米铁镍双金属降解水中偶氮染料直接耐晒黑G的去除率达到了99.98%。吸附和电镜表征结果表明,作为载体的焙烧高岭土起着吸附直接耐晒黑G和分散纳米铁镍双金属颗粒的作用导致反应活性提高。降解动力学数据表明,负载型纳米铁镍双金属对直接耐晒黑G的降解过程符合伪一级反应动力学规律,速率常数k随负载型纳米铁镍双金属的投加量的增加而提高,表观活化能为19.72 kJ/mol。最后,利用高岭土负载纳米铁镍双金属对废水处理,结果表明,负载型纳米铁镍双金属在实际废水中对直接耐晒黑G的去除率达到了99.98%。     

纳米颗粒的分散及其在水与废水处理中的应用

纳米颗粒由于其吸附活性而极易产生自身团聚，这不利于纳米颗粒在使用介质中的分散并影响其应用。本文综述了近年来有关纳米颗粒在水中的分散方法、原理及影响因素，归纳总结了分散的纳米颗粒在强化水处理中的若干应用。     

CdS纳米粒子对染料的光催化降解及其对大肠杆菌生物毒性的研究

采用化学沉降法成功合成了CdS纳米粒子,并将其应用于合成染料的光催化降解,同时探讨了CdS纳米粒子对大肠杆菌(Escherichia coli)细胞的生物毒性作用。结果表明:(1)CdS纳米粒子为立方和六面晶型的混合物。(2)光照条件下,4h时甲基橙、考马斯亮蓝及刚果红脱色率均为70%以上;黑暗条件下均不超过30%。CdS纳米粒子可在可见光照射条件下高效催化各类染料脱色。(3)CdS纳米粒子在第1次光催化循环内对体系中甲基橙的脱色率为64%,第2、3次分别可达到51%、36%。CdS纳米粒子有能力对连续添加的染料进行降解。(4)CdS纳米粒子对大肠杆菌具有较高生物毒性。     

纳米铁系双金属-微生物体系去除地下水NO-3-N研究

采用不同液相还原法制备纳米Fe0、Fe/Ni和Fe/Cu粒子,将其与反硝化细菌混合应用于地下水NO3--N去除研究。考察3种体系对NO3--N去除速率的影响,并对其脱氮产物及RNA水平上纳米铁系双金属对反硝化细菌的毒性效应进行了分析和讨论。结果表明,9 d内纳米Fe0体系可完全将NO3--N去除,过程中伴随NO2--N先升高后降低的生成趋势,NH 4+-N生成52%;纳米Fe/Ni体系脱氮速率最快,6 d内可将NO 3--N完全去除,几乎未检测到NO 2--N的生成,而NH 4+-N的转化率高达69%;纳米Fe/Cu体系7 d内可将NO3--N去除完全,NH4+-N的生成率降低,仅39%,但是出现33%NO2--N积累。从反应前后反硝化细菌总RNA浓度变化看,3种纳米粒子对反硝化细菌的毒性大小为纳米Fe/Ni﹥纳米Fe/Cu﹥纳米Fe0。     

纳米Au/TiO2复合物光催化降解亚甲基蓝

以纳米金棒为掺杂物,采用溶胶-凝胶法制备了纳米Au/TiO2复合材料,在紫外光下对亚甲基蓝溶液进行光催化降解。结果表明,在紫外光下,Au/TiO2复合物对亚甲基蓝的脱色率最高可达99.6%,是纯TiO2的1.3倍。这主要归结于掺杂纳米尺寸的Au可增加TiO2对光的吸收以及减少电子-空穴对的复合,由此提高其光催化能力。     

纳米二氧化钛的改性及光催化氧化烷烃研究

催化剂的表面结构是影响催化反应的重要因素之一.利用原位红外(In-situ FT-IR)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等现代物理技术考察了热处理改性对纳米 TiO2的表面结构、晶相结构、粒子大小、比表面积和吸光性能的影响,采用In-situ FT-IR光谱着重研究了纳米TiO2催化剂上环己烷光催化降解机制及催化剂的结构特性与催化反应之间的相关性.研究表明,400 ℃条件下热处理纳米TiO2具有最佳光催化活性,适宜的表面结构、晶相结构、吸光能力及晶化度是纳米TiO2光催化剂高催化活性的主要原因.借助In-situ FT-IR光谱,观察到环己烷氧化的主要产物是CO2和H2O,同时捕捉到了中间产物CO以及乙酸,提出了环己烷光催化降解的可能机理.     

纳米铁对微生物燃料电池启动的影响

设置3组不同阳极底物的微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC):无添加污泥(对照组)、含化学合成零价纳米铁的污泥(c-n ZVI组)和含绿色合成零价纳米铁的污泥(g-n ZVI组),拟探究不同来源零价纳米铁(n ZVI)对MFC启动的影响。3组MFC经由5个周期启动,实验结果表明,在c-n ZVI组和g-n ZVI组的启功阶段,高浓度的绿色合成零价纳米铁和化学合成零价纳米铁均对MFC的输出电压产生抑制作用,当MFC成功启动后,零价纳米铁对MFC的输出电压影响不明显。此外,COD去除率、SEM和电化学表征数据表明,绿色合成零价纳米铁相比于化学合成零价纳米铁在电极表面富集程度、对电极表面性质改变以及产电菌活性的抑制作用更弱。     

生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原法,使生物炭携载纳米零价铁,可以有效解决纳米零价铁在水处理应用中自身团聚问题,从而提高Cr(Ⅵ)的去除效率。研究发现:在添加相同剂量纳米的条件下,当炭铁质量比为5∶1时,生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率可达到96.8%,比纯纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的效率高35.9%;TEM和BET分析表明,生物炭携载纳米零价铁比纯纳米零价铁有更好的分散性和更高的比表面积,这是其去除Cr(Ⅵ)效果更好的主要原因;当溶液中Cr(Ⅵ)的反应初始浓度从25 mg/L提升至125 mg/L时,表观速率常数kobs从0.104 1 min~(-1)降低至0.023 5 min~(-1),说明反应速率随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而降低;当反应溶液初始p H在4.5~8.5之间时,携载纳米零价铁的生物炭对溶液中Cr(Ⅵ)的去除率均达到92.1%以上,表明生物炭携载纳米零价铁具有较广的p H适应范围,且对Cr(Ⅵ)具有较好的去除效果。     

植物提取液绿色合成纳米铁去除地下水中Cr(Ⅵ)

利用植物提取液绿色合成的纳米铁,具有绿色环保、成本低廉等优点。基于此,通过对9种植物叶片提取液进行抗氧化活性的分析,筛选出了抗氧化活性较高的3种植物提取液,且利用其制备了纳米零价铁,分别为绿茶纳米铁(GT-nZⅥ)、石榴叶纳米铁(PG-nZⅥ)和红茶纳米铁(BT-nZⅥ)。通过沉降实验、UV-vis、SEM、FT-IR、 XRD、 TG等分析方法对绿色纳米铁进行了悬浮稳定性和物理化学性质的表征分析。最后,选择Cr(Ⅵ)作为目标污染物,考察了绿色纳米铁的反应活性。结果表明:GT-nZⅥ粒径最小(约88 nm),悬浮稳定性优于另外2种绿色纳米铁,且表面包裹了更多含C=C基团的有机物;在相同的反应条件下,反应开始的1 h内GT-nZⅥ对Cr(Ⅵ)的去除效果最好;借助双室一级动力学模型拟合去除Cr(Ⅵ)反应过程发现,体系中还原反应占主导作用。对不同植物提取液合成纳米铁的理化性质及其去除Cr(Ⅵ)机理的研究,将有助于增加对绿色纳米铁环境功效的理解,对于发展绿色纳米铁修复地下水污染技术具有重要的参考价值。