Fe3O4稳定化纳米Pd/Fe对水中2,4-D的催化还原脱氯研究

采用四氧化三铁(Fe3O4)稳定化纳米Pd/Fe催化脱氯水溶液中的2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),获得了良好的处理效果.实验考察了Fe3O4投加量、pH、钯化率、温度、搅拌速率等因素对2,4-D去除的影响.2,4-D去除率随Fe3O4投加量增加而提高,投加量为4.0 g·L-1时,反应210 min后,2,4-D去除率为93.5%,而未稳定的纳米Pd/Fe,去除率为47.3%.低pH可促进2,4-D还原脱氯,pH为2.6~4.1时,2,4-D在110 min内几乎完全去除.2,4-D去除率随钯化率增加而提高.随着钯化率由0.25%、0.50%增加到0.75%,210 min后,2,4-D的去除率也由51.4%、93.5%提高到99.9%.温度在16.5~30.0℃范围内,反应210 min后,2,4-D去除率均可超过90.0%.温度升高到35.0、40.0℃时,去除率显著下降.2,4-D去除率随着搅拌速率加快而提高.Fe3O4的加入可以使纳米Pd/Fe分散和稳定.此外,Fe0可通过Fe3O4将电子传递给H+和2,4-D,促进2,4-D的还原脱氯.     

甜菜碱对Fe3+胁迫下DAMO-Anammox系统的改善及影响机制

DAMO-Anammox系统是由反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)古菌和Anammox(厌氧氨氧化)细菌组成的协同脱氮甲烷减排系统,DAMO古菌以甲烷为电子供体,将硝酸盐还原成亚硝酸盐供厌氧氨氧化细菌使用.有研究表明Fe³⁺可以显著提高Anammox活性,但浓度过高会产生抑制.本文以DAMO-Anammox系统为研究对象,考察了Fe³⁺和甜菜碱对系统的影响,探索了高浓度Fe³⁺抑制后添加甜菜碱恢复系统性能的可能性,通过批次实验和动力学模型拟合确定了最佳Fe³⁺和甜菜碱浓度.通过长期实验分析了Fe³⁺胁迫下DAMO-Anammox系统加入甜菜碱后的菌群演变与基因丰度变化,结合胞外聚合物和电子传递活性变化进一步分析其生物学机制.实验结果表明甜菜碱加入系统后先作为相容溶质可缓解Fe³⁺的胁迫,短期内有利于DAMO-Anammox系统性能的提高.但长期运行过程中,甜菜碱将作为甲基供体提...     

胡敏酸与Fe3+络合反应稳定性及热力学特征研究

采用离子交换平衡法研究了在不同酸度、离子强度、温度条件下胡敏酸(HA)与Fe3 络合反应的稳定性和热力学特征.结果表明,在相同离子强度、反应温度条件下,随着pH的升高,HA与Fe3 络合表观稳定常数和配位数均增加,有利于络合反应的进行;相同pH和温度下,离子强度从0到0.10 mol·L-1,HA与Fe3 络合反应表观稳定常数和配位数增加,但离子强度从0.10 mol·L-1继续上升到0.15 mol·L-1,则上述2个特征常数呈现下降的趋势;胡敏酸络合Fe3 标准自由能变△Gθm、焓变△Hθm、熵变△S:在298.2、308.2 K温度下均为负值,反应是自发进行的放热反应,较低的温度有利于反应的进行.     

高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.     

Fe3+催化氧化S(Ⅳ)反应机理初探

通过分析酸性条件下(pH为1～3),Fe3 催化氧化S(Ⅳ)过程中溶液吸光度变化的趋势,对Fe3 催化氧化S(Ⅳ)的反应机理进行了初步推导.实验证明,液相中该反应机理主要是催化氧化与自由基反应相结合,O2的存在对于反应有重要作用,O-2的生成是S(Ⅳ)被氧化的关键;当水中溶解氧接近耗尽时,反应进程发生改变.当Fe3 、S(Ⅳ)浓度增加,自由基生成量增加时,有利于反应进行;作为反应产物,Fe2 、S(Ⅵ)浓度增加,反应推动力减小,反应速率降低;同时Fe2 、SO24-可以与溶液中的其它物质形成配合物,影响了Fe3 -S(Ⅳ)配合物的生成与分解,不利于S(Ⅵ)的氧化.     

K+对Fe(Ⅵ)生成的稳定促进作用和机理研究

研究了在生成高铁酸盐反应过程中K⁺对Fe(Ⅵ)的稳定促进作用和机理.结果表明,当反应温度大于50℃时,K⁺比Na⁺更有利于高铁酸盐的生成.K⁺促进高铁酸盐溶液生成的最佳反应温度为65℃.在生成高铁酸盐反应过程中,增加K⁺浓度能提高高铁酸盐的产率,并且随着硝酸铁投加量的增加,K⁺影响显著.在硝酸铁投加量为85 g/L时,采用4.4 mol/L KOH制备的Fe(Ⅵ)浓度为0.05 mol/L;加入2 mol/L K⁺后,Fe(Ⅵ)浓度增加到0.15 mol/L.K⁺对高铁酸盐溶液生成浓度的影响在硝酸铁投加量大于75 g/L,反应温度低于55℃,ClO^-浓度低于1.16 mol/L时较为显著.K⁺在一定程度上可替代部分碱度,降低OH^-用量.在反应过程中K⁺能包裹在FeO^2-₄周围,减少Fe³⁺与FeO^2-₄接触,从而减缓Fe³⁺对FeO^2-₄的催化分解作用;同时K⁺能与FeO^2-₄生成K₂FeO₄晶体沉淀析出,降低溶液中FeO^2-₄浓度,Fe(Ⅵ)分解速率减缓,稳定性增加,Fe(Ⅵ)生成浓度增加.     

毛竹遗态Fe/C复合材料对As(Ⅴ)污染土壤的钝化修复性能

选择广西红壤为背景土壤,以自制毛竹遗态Fe/C复合材料(PBGC-Fe/C)为钝化剂,对As(Ⅴ)污染土壤进行钝化修复,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)的表征结果对钝化机制展开分析.结果表明:PBGC-Fe/C能有效钝化修复高浓度As(Ⅴ)污染土壤,在投加比例为5%、含水量为25%和材料粒径为100目的条件下,PBGC-Fe/C对500mg·kg^-1和1 000 mg·kg^-1As(Ⅴ)污染土壤的稳定率分别可达80.95%和73.49%;毛竹炭遗态结构有吸附点位多的优势,酸性条件有利于土壤中As(Ⅴ)的钝化.PBGC-Fe/C不仅可吸附固定砷,同时可促使砷的形态转向稳定化,化学络合和离子交换在钝化修复过程中起主要作用.     

"Fe0/优势脱氯菌"体系降解2,4,6-TCP特性及机制研究

采用批处理实验方式,对"Fe0/优势脱氯菌"体系降解2,4,6-TCP过程进行研究,探讨了零价铁与微生物的协同作用及其机制.结果表明,Fe0对微生物具有促进生长和界面富集的作用,"Fe0/优势脱氯菌"体系菌浓度(D600表示)是单独优势脱氯菌体系的约1.7倍,反应96 h铁表面有大量细菌附着生长,其形态呈现短杆状或类球状;Fe0腐蚀产生的OH-对体系酸化起平衡调节作用,在pH值7.0、Fe0浓度5 g.L-1、2,4,6-TCP浓度30 mg.L-1的初始条件下,体系pH值稳定在7.8左右,有利于2,4,6-TCP还原脱氯反应的进行和优势脱氯菌的生长;2,4,6-TCP的主要降解路径为2,4,6-TCP→2,4-DCP→4-CP.     

新型MIL-100(Fe)基MOFs材料的制备及其对Sr2+的吸附

采用水热法和溶剂热法制备了金属有机骨架材料——MIL-100(Fe)和MIL-100(Fe)-DMA.利用FTIR、XRD、SEM、XPS和N₂吸附/脱附对材料结构进行了表征.通过静态吸附实验,探究了初始Sr²⁺浓度、吸附时间、溶液pH值和不同共存阳离子对材料吸附性能的影响,研究了两种材料对Sr²⁺吸附过程的吸附动力学和吸附等温线模型.表征结果表明:两种材料基本骨架一致,吸附Sr²⁺对材料骨架影响均可忽略;虽然MIL-100(Fe)-DMA比表面积小于MIL-100(Fe),但由于晶粒尺寸小,堆积形成的介孔结构更有利于Sr²⁺的扩散.吸附实验结果表明:随着反应时间和初始Sr²⁺浓度的增加,两种材料对Sr²⁺的吸附量先迅速增大再逐渐达到平衡;随着pH值的增大,两种材料对Sr²⁺的吸附量增大,且碱性条件下吸附效果好;两种材料吸附过程均符合准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir吸附等温模型;采用三价铁盐作为铁源以及DMA作为有机溶剂可提高MIL-100(Fe)材料对Sr²⁺的吸附效果.     

微纳米粒径生物炭的结构特征及其对Cd2+吸附机制

为探究不同微纳米粒径生物炭的结构特性和对Cd²⁺吸附性能的影响.通过筛分法和球磨法制备不同粒径（180~250、50~75和≤20 μm,分别表示为BC-1、BC-2和BC-3）玉米秸秆生物炭,利用元素分析、激光粒度分析、SEM、BET、FTIR和XPS等手段对生物炭的结构进行了表征,采用静态吸附实验研究了不同初始Cd²⁺浓度、吸附时间和pH条件下生物炭对Cd²⁺的吸附行为与机制.结果表明,随粒径减小,生物炭表现为pH值和Zeta电位均下降、芳香性和极性降低、比表面积和孔体积增大.不同粒径生物炭对Cd²⁺的吸附动力学符合准二级动力学模型,以化学吸附为主,其平衡时间依次为：BC-1（540 min）>BC-2（360 min）>BC-3（80 min）.Langmuir模型能更好拟合Cd²⁺在不同粒径生物炭上的吸附等温过程（R²>0.97）,Cd²⁺最大吸附量随粒径减小而增大,表现为：BC-3（74.43 mg ·g^-1）>BC-2（45.71 mg ·g^-1）>BC-1（44.59 mg ·g^-1）.生物炭吸附Cd²⁺主要机制有静电吸引、表面络合和阳离子-π作用.     

改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与微生物耦合去除地下水硝酸盐氮的研究

地下水是我国重要的饮用水源之一,国内部分地区地下水NO₃--N含量超标,对人体健康造成潜在威胁.采用模拟装置考察改性凹凸棒土/纳米铁复合材料、反硝化细菌及其耦合体系对地下水NO₃--N去除效果及脱氮产物的变化特征.结果表明,在模拟地下水溶解氧[ρ（DO）为0.3 mg/L]、温度（15℃）和黑暗环境下,50 mg改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与50 mg/L NO₃--N反应,7 d后NO₃--N去除率为43.7%,其中63.6%的还原产物转化为NH₄+-N,几乎无NO₂--N生成,TN去除率为15.9%;反硝化细菌体系中,7 d后NO₃--N去除率仅为9.7%,其中NO₂--N占4.1%,几乎无NH₄+-N生成,TN去除率为5.3%;在改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系中,7 d后NO₃--N去除率为80.6%,其中NH₄+-N占33.2%、NO₂--N占12.1%,TN去除率为35.2%.研究显示,模拟地下水环境下,改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系对NO₃--N去除效果最好,TN去除率高.      

凹凸棒石及其改性材料对土壤镉生物有效性的影响与机制

采用室内盆栽实验和吸附平衡实验,研究了凹凸棒石及其改性材料对土壤镉移动性和生菜吸收镉的影响,并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)探讨了其机制.结果表明,凹凸棒石及其改性材料均可显著降低生菜体内的Cd含量,改性材料作用优于未改性材料,分别使生菜地上部分Cd含量最大降低41.0%和56.5%.凹凸棒石及其改性材料在投加量为1%时均可显著降低土壤CaCl_2提取态Cd含量,最大降低幅度分别为34.2%和34.3%.凹凸棒石改性后对镉的饱和吸附容量明显提高.凹凸棒石主要是通过表面的硅羟基与Cd~(2+)发生配位反应形成络合物来固定土壤镉,而改性凹凸棒石材料能够通过其表面的硅羟基和羧基与Cd~(2+)发生配位反应形成络合物,从而降低Cd~(2+)在土壤中的移动性,进而达到钝化修复Cd污染土壤的效果.因此凹凸棒石及其改性材料均可被用于镉污染农田土壤修复,但机制不同.     

土壤性质对单一及复合污染下外源镉稳定化过程的影响

通过对11个性质差异较大的土壤进行室内培养(土壤水分65%～70%WHC,温度25℃),观测了镉(Cd)单一和镉-铅(Cd-Pb)复合污染360 d内有效Cd含量随时间的变化,利用动力学模型对其稳定化过程进行模拟,并采用相关和逐步回归分析讨论了土壤理化性质对外源Cd稳定化过程的影响.结果表明,不同土壤中有效态Cd含量均在培养开始的15 d内迅速下降,随后变化减缓,培养60 d后基本达到平衡,其稳定化过程可用二级动力学方程、一阶指数衰减函数进行模拟.Pb的存在提高了Cd的有效性.模型的动力学参数稳定化平衡含量和表观速率常数可用来表征Cd的稳定化过程.土壤性质对这2个关键参数有显著影响,高pH值和高阳离子交换量(CEC)对Cd平衡含量有极显著的抑制作用,且pH值的直接抑制作用最大;土壤质地影响Cd的稳定化速率常数,在黏粒含量少、砂粒含量多的土壤中Cd能够更快达到平衡.     

蒙脱石-OR-SH复合体材料对土壤镉的钝化及机制

通过吸附解吸实验、盆栽实验及材料的表征测试分析,探讨了蒙脱石-OR-SH复合体对土壤中Cd的钝化效果和机制.结果表明,蒙脱石改性后对镉的饱和吸附容量明显提高;蒙脱石-OR-SH复合体对Cd2+的吸附很稳定,不易解吸;在原土、Cd 3mg·kg-1和Cd 10 mg·kg-1污染土上,添加蒙脱石-OR-SH复合体能够不同程度地提高作物产量,小白菜Cd含量分别比对照降低61.00%、62.10%和83.73%.表征测试显示,Cd成功地吸附到了复合体上,并与巯基发生了配位反应,复合体表面的絮状物增多.蒙脱石-OR-SH复合体与镉的反应机制除了静电吸附、离子交换吸附和羟基配位吸附外,主要存在巯基配位吸附.     

土壤中铅锌的稳定化处理及机制研究

本研究采用磷酸二氢钾、生石灰、氯化钾以一定比例混合,对铅锌矿区污染土壤进行稳定化处理,并通过TCLP和Tessier连续提取法对稳定化效果进行分析和评价.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对土壤进行形态和结构研究,分析稳定化机制.结果表明,P/Pb摩尔比在2~4,ω(Ca O)/ω(Soil)投加比在0.1%~0.5%,氯化钾投加量在0.02~0.04 mol时,Pb的稳定效率在80%以上,且Pb、Zn浸出浓度远低于标准限值.土壤中铅、锌的稳定化处理主要是将铅、锌从交换态转化为了残渣态,有效地限制了重金属离子的迁移.XRD和SEM分析表明,稳定化处理后形成的Ca-P-Pb沉淀、磷酸铅盐[PbHPO_4、Pb_3(PO_4)_2]、类磷氯铅矿(Pb-PO_4-Cl/OH)及混合重金属沉淀物(Fe-PO_4-Ca-Pb-Zn-OH)相互交联将重金属离子裹缚起来,形成稳定的结构,使得重金属离子难以浸出.     

污染场地固化/稳定化修复的评价方法与标准

固化/稳定化技术是一项在欧美等国家的污染场地修复中广泛应用的技术.在分析固化/稳定化修复效果常用的浸出试验方法和物理评价方法以及相对应的评价标准的基础上,发现我国固化/稳定化修复效果的评价方法仅有少量振荡浸出试验的方法,还缺少动态浸出试验的评价方法;浸出毒性测试普遍采用硫酸硝酸法浸出评估,忽略了As、Cr(Ⅵ)等含氧阴离子在中性至弱碱性pH下溶解度达到最大的情况;固化/稳定化修复效果的评价标准则主要借鉴固废毒性鉴别与管理方法,但该方法未规定污染土壤资源化再利用时的评价依据;另外,污染土壤和固体废物的自身特性也有一定的差异.提出了基于我国国情的污染土壤固化/稳定化浸出测试和评价标准体系:当污染土壤固化/稳定化后采用卫生填埋或一般工业固体废物贮存、处置场处置时,可参考固体废物填埋处置时的评价方法与标准;当污染土壤固化/稳定化后原址填埋时,则应增加绕流浸出方法或穿透浸出试验方法,其评价标准可参考GB/T 14848—1993《地下水质量标准》或根据关注点浓度的要求进行风险评估推算确定;当污染土壤固化/稳定化后再利用时,需根据再利用的具体情景选择相应的评价方法与标准.      

复合稳定剂对砷污染土壤的稳定研究

重金属污染土壤均含有多种元素,使用一种药剂对土壤进行稳定的效果不佳且处理费用较高.本研究采集富含砷(As)、镉(Cd)、锌(Zn)的重金属污染土壤,选用无机和有机稳定剂对土壤进行快速化学稳定化实验研究,利用酸浸提程序(TCLP法)评价土壤中重金属的浸出毒性,结果表明,含钙物质、含硫物质以及含铁物质对于降低金属流动性非常有效,6种试剂中稳定效率排序为:氧化钙>硫化钠>有机硫>壳聚糖>硫酸亚铁>二乙基二硫代氨基甲酸钠.根据不同试剂稳定重金属的靶向特性对两种类型稳定剂进行组合,对复合稳定剂的稳定效果进行评价,分析结果显示复配试剂的综合稳定效率更高:铁钙复配(3%硫酸亚铁+5%氧化钙)对土壤中3种金属的稳定率为81.7%、97.2%、68.2%,而有机硫氧化钙复配试剂(3%氧化钙+5%有机硫)对3种金属的稳定率达到76.6%、95.7%、93.8%.重金属形态测试的结果认为重金属从可交换态转变为还原态(无机类试剂)或氧化态(有机类试剂)是重金属稳定的主要原因,且形态转变程度决定了土壤的稳定程度.     

改性生物炭修复砷镉复合污染土壤研究进展

砷镉复合污染(As/Cd污染)已成为我国主要的土壤环境问题,改性生物炭作为一种吸附固定剂在修复土壤As/Cd污染中正发挥日益重要的作用.在明确原始生物炭作为钝化剂修复As/Cd污染土壤局限性的基础上,综述了针对As/Cd污染土壤修复的生物炭改性方法研究进展,分析了相关作用机制,并对未来利用改性生物炭修复As/Cd污染土壤的前景和存在问题进行展望.结果表明,金属改性生物炭具有较好的协同修复As/Cd污染土壤的效应,从而具有良好的应用前景.通过不同改性方法制备的生物炭材料修复As/Cd污染的固定机制各异,其中,金属改性和无机非金属改性生物炭对As/Cd的固定作用主要涉及官能团配位、共沉淀和As氧化还原;微生物改性生物炭涉及沉淀作用和As氧化还原;物理和酸改性方法则局限于物理吸附和弱静电引力.针对当前研究现状,建议未来应加强生物质原料类型、热解温度、制备工艺、经济成本和土壤老化等因素对改性生物炭修复As/Cd污染土壤的影响研究,实施不同因素影响下材料对重金属固定的稳定性和长效性评估,揭示材料修复As/Cd污染土壤的关键作用机制.     

电镀重金属污泥的水泥固化／稳定化处理

电镀重金属污泥经425号水泥固化后;其中混凝土:污泥为40:1或50:1样本的强度(28d)可达275号水泥的标准,且对Zn、Cu、Ni、Cr离子的固化效果好;在体系中添加粉煤灰及水玻璃,其早期的固化效果或产物强度低;混凝土:铁氧体污泥(湿法合成,FeSO_4·7H_2O:污泥=4:1)为30:1体系中,固化效果与稳定性均好,且产物强度可达325号水泥标准。     

简化连续提取法评价污染土壤中Zn、Cd的植物有效性

以0.01 mol·L^-1CaCl₂和0.005 mol·L^-1 DTPA作为提取剂,用简化的3步连续提取法对贵州省赫章县土法炼锌污染土壤中Zn、Cd的形态进行了分析.结果显示,污染土壤中Zn、Cd主要以残渣态的形式存在,CaCl₂提取态和DTPA提取态Zn、Cd平均仅占全量的0.63%、3.91%和10.94%、10.13%.土壤中不同形态Zn、Cd含量与玉米中Zn、Cd含量的相关分析结果显示,CaCl₂提取态金属与玉米中金属含量没有显著的相关关系,而DTPA提取态、残渣态以及总量Zn、Cd与玉米根、茎叶中Zn、Cd含量显著正相关.这些结果表明CaCl₂提取态Zn、Cd对土壤中该元素的植物有效态可能不具重要贡献,而DTPA提取态金属和金属总量在一定程度上能作为评价土壤中元素植物有效性的标准.