Fe０催化还原转化水中CCl4的实验研究

通过在Fe^０表面化学沉积Cu、Ag、Pd、Ni构建了Cu/Fe、Ag/Fe、Pd/Fe、Ni/Fe多种双金属催化还原体系.通过序批实验研究了水体中毒性污染物CCl₄在Fe^０以及上述双金属催化Fe^０体系中的还原脱氯.结果表明,CCl₄在上述5种Fe^０还原体系中都能发生快速还原脱氯反应,Cu、Ag、Pd等催化剂的加入能明显提高反应速率.还原脱氯反应服从准一级反应动力学方程,CCl₄水溶液在Fe^０、Cu/Fe、Ag/Fe、Pd/Fe、Ni/Fe 5种还原体系中的反应速率常数分别为0.039 3、0.092 5、0.158、0.049 6和0.053 3　min^-1.使用GC/MS分析了CCl₄在各种还原体系中的还原脱氯产物,探讨了水体中CCl₄还原脱氯降解的反应途径和可能中间产物.CCl₄在不同反应体系中不但反应速率不同而且降解产物也不相同,在Cu/Fe、Ag/Fe体系产物以三氯甲烷、二氯甲烷为主,而在Pd/Fe体系主要为甲烷.逐步氢解是CCl₄在Fe^０还原体系中发生还原脱氯反应的最主要途径.     

海藻酸钠/蒙脱石联合负载型纳米Fe0对Cu(II)的去除研究

由于蒙脱石负载型纳米Fe~0(Mt-n ZVI)在使用中易随水迁移,造成出水水质混浊和Fe~0流失.因此,本研究制备了海藻酸钠(SA)和蒙脱石(Mt)联合负载型纳米零价铁(SA/Mt-n ZVI),探究其对水中Cu(Ⅱ)的去除效果,并考察了Cu(Ⅱ)初始浓度、pH值对去除率的影响.结果表明:以2%(质量分数)SA和6%(质量分数)Mt-n ZVI条件制备的SA/Mt-n ZVI小球对Cu(Ⅱ)处理效果好,反应24 h后,SA/Mt-n ZVI小球对初始浓度为40 mg·L-1Cu(Ⅱ)的去除率达到92.11%,与游离的Mt-n ZVI颗粒相比,其活性并未降低;Cu(Ⅱ)的去除率随其初始浓度升高而降低;在pH为2~6之间,Cu(Ⅱ)去除率随pH升高而升高.SA/Mt-n ZVI小球可有效净化污水中的Cu(Ⅱ),将其重复使用3次后,对Cu(Ⅱ)的去除率仍维持在59.52%.     

Fe0去除黄土地区土壤水中的硝酸盐

在欧美发达国家,以Fe0为填料的PRB(permeable reactive barriers)技术已成功用于去除土壤和地下水中的硝酸盐污染,而在我国的实际应用还未见报道,但我国许多地区的土壤水中硝酸盐污染日趋严重,必须采取相应措施.为此,在实验室条件下,通过批实验采用200～300目的还原铁粉研究了在有黄土存在时溶液pH、铁粉表面预处理及铁粉与硝态氮质量比、土壤水中主要阴离子及加活性炭等对硝酸盐去除效果的影响.结果表明,在黄土的碱性条件下,Fe0仍然可以还原硝酸盐,起始pH值影响不大,因为土壤的缓冲作用能抵消进水pH值的影响;铁粉经过酸预处理后能提高反应速率和硝酸盐的去除率;增大铁粉与硝态氮的质量比能提高硝酸盐的去除率,但当这个比值超过100∶1以后,用酸预处理和不作预处理的效果相当,且再增大比值对硝酸盐的去除率影响不大.黄土地区土壤水中的主要阴离子Cl-、SO42--和HCO3-可促进铁粉腐蚀进而加快硝酸盐的还原,同浓度下促进作用顺序为SO42-＞HCO3-＞Cl-;加入活性炭可形成原电池从而加快硝酸盐的去除.硝酸盐还原产物主要是氨,亚硝酸盐只是在反应初期出现但很快就减少,可溶性铁含量都小于0.2mg·L-1.     

柠檬酸配体促进Cu/Fe0电子转移增强氧化性能的研究

该研究通过掺杂过渡金属Cu和Ni方式制备了2种改性纳米零价铁材料,在有无柠檬酸(CA)2种体系下,探究了材料对诺氟沙星的降解效果并分析其作用机理。结果表明,1% Cu/Fe⁰-CA对诺氟沙星有最佳降解效果,1 h降解效率约为73%;而没有柠檬酸的Cu/Fe⁰体系,也有70%左右的降解效率。结合DFT理论计算分析,对体系中·O₂^-、H₂O₂、·OH等自由基形成过程探究表明,无柠檬酸配体时主要是还原降解过程,在Fe⁰转化Fe²⁺时,电子直接传递至铁表面吸附的诺氟沙星,且还原氢(H*)起到还原作用。在有柠檬酸配体存在时则源于活化分子氧过程,在电子传递过程中产生H₂O₂,继而与柠檬酸亚铁产生类Fenton反应,体现出强氧化效应。     

Fe0/荧光假单胞菌联合处理直接耐晒黑的脱色特性

采用荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescen,简称pf菌)与Fe0微粒构建Fe0/pf菌联合体系,处理了含偶氮类染料-直接耐晒黑(C.I.Direct black 19,简称DB19)废水.在中温((35±2)℃)条件下,比较了纯pf菌、纯Fe0微粒和Fe0/pf菌联合体系的脱色能力,并探讨了联合体系中供氧条件、初始pH值、Fe0投加量和染料初始浓度等因素对DB19脱色的影响.结果表明,在微需氧、菌接种量为5％(体积比)的条件下,染料初始浓度为100 mg·L-1、初始pH =7.0、Fe0投加量为500 mg·L-1时,联合体系内脱氢酶活性最高,处理约30 h后可实现90％以上的脱色率;与纯pf菌比较,Fe0/pf菌联合体系达到该脱色率的时间可提前约40 h.UV-vis和FT-IR光谱分析表明,联合体系中DB19染料的脱色过程是通过偶氮键断裂来实现的,而且部分含苯环或萘环结构的中间产物也可被降解.     

Fe(0)-活性炭强化短程反硝化脱氮及影响因素

为减少生物短程反硝化对外碳源的依赖,研究了无机环境下Fe(0)-活性炭强化短程反硝化的脱氮效果,并探究了不同铁碳比及初始pH值对系统脱氮效果及N+2O释放的影响.结果表明Fe(0)-活性炭可强化生物短程反硝化,将亚硝氮去除率由7.4%提高到31.1%.当m(铁)∶m(碳)由2∶1降至1∶1和1∶2时,反硝化速率与亚硝氮去除率均呈现先升后降的趋势,m(铁)∶m(碳)为1∶1时达到最大,分别为5.58 mg·(g·h)~(-1)与41.1%,且此时N+2O的释放量较小,为0.10 mg.当pH值由6.0升至9.0的过程中,反硝化速率由7.39 mg·(g·h)~(-1)下降至5.96 mg·(g·h)~(-1),N+2O的释放量由0.19 mg下降至0.12 mg.以上结果表明,在m(铁)∶m(碳)为1∶1和pH为弱酸性的条件下,Fe(0)-活性炭能强化短程反硝化获得较好的脱氮效果,但低pH值会增加N+2O的释放量.     

超声/Fe0/EDTA体系对印染污泥中多环芳烃的降解

Fe~0/EDTA类芬顿体系能产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH),已被广泛应用于有机污染物的去除.提高·OH的生成速率和浓度是高效降解有机污染物的关键.因此,本文利用超声/Fe~0/EDTA体系处理印染污泥,探讨了不同反应参数对体系中产生·OH的影响,考察了该体系对印染污泥中多环芳烃(PAHs)的去除效果.结果表明,在pH为3.0,超声功率为540 W,Fe~0投加量为15 g·L~(-1),EDTA浓度为2.0 mmol·L~(-1)的最佳条件下,·OH浓度高达862μmol·L~(-1).印染污泥中的铁絮凝剂可作为超声/Fe~0/EDTA体系中Fe~(2+)和Fe~(3+)的来源,促使该体系循环产生H_2O_2和·OH.超声/Fe~0/EDTA体系产生的·OH能快速有效地降解印染污泥中的PAHs,∑_(16)PAHs的平均去除率达到77%,同时有机质含量下降了10.1%.     

Fe0-PRB修复地下水硝酸盐污染数值模拟

基于地下水对流-弥散作用,采用数值分析方法,构建了GMS地下水渗流和硝酸盐污染物迁移三维耦合模型.在污染物迁移过程中,不考虑吸附降解和考虑吸附降解两种工况下,分析了污染物在地下水中的迁移特征.结果表明:地下水和土壤存在天然净化污染物的能力,但不显著,必须采取有效措施控制污染.以零价铁作为PRB墙体介质,并用GMS软件模拟Fe0-PRB修复地下水中硝酸盐的效果.PRB存在时能显著控制污染物的污染范围并降低污染物浓度.PRB厚度为4m时,污染物经过550d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别1.712,0.011,0.018mg/L,PRB下游污染羽拖尾明显;PRB厚度为6m时,污染物经过850d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别0.52,0.004,0.005mg/L,与4mPRB相比浓度分别降低69.6%、63.6%和72.2%,PRB下游污染羽拖尾仍存在但不明显.污染物迁移数值模拟是评价PRB修复污染地下水效果及确定PRB参数的重要手段.     

ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐脱氮研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究在自养条件下,ANAMMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐为氮气的可行性及最佳反应条件.投加铁屑71 g·L~(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥200 mg·L~(-1),控制温度33℃±0.5℃,搅拌强度150 r·min~(-1),水力停留时间10 h,pH值为7.0~8.0.在中性条件下,添加厌氧氨氧化微生物的零价铁还原硝酸盐体系一次性投加零价铁,0~5 d硝酸盐脱氮负荷达到0.12 kg·(m~3·d)~(-1).反应出水氨和亚硝酸盐始终小于2.0 mg·L~(-1),硝酸盐以氮气形式损失,出水pH较进水高值超过8.0,并且可溶性铁含量始终小于7 mg·L~(-1).硝酸盐去除氮能力始终高于0.1 kg·(m~3·d)~(-1).批试实验优化反应条件:在偏酸性条件下(pH值为4~6)反应速度加快,并且液相总氮损失率大于89%.反应温度在30~40℃时,液相总氮损失率大于89%.过于极端的pH值环境及温度环境均不利于耦合反应的进行.     

多因素对ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐过程影响

以厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌利用零价铁还原硝酸盐体系为研究对象,采用单因素调控法结合中心复合法（CCD）系统研究铁形态、进水pH值、温度、Fe/N等对该体系中硝酸盐去除率的影响.结果表明,在相同的反应条件下,投加纳米铁时ANAMMOX体系中硝酸盐的去除效果最优;反应温度和Fe/N对体系中硝酸盐去除率影响十分显著,而进水pH值影响较弱.利用CCD法得出模型预测的最佳反应条件为：进水pH值为4.00,反应温度为35.00℃,Fe/N为38.23,预测的硝酸盐去除率为94.70%,实际实验得出的硝酸盐去除率为88.99%.     

Kinetics and corrosion products of aqueous nitrate reduction by iron powderwithout reaction conditions control

Although considerable research has been conducted on nitrate reduction by zero-valent iron powder (Fe0), these studies were mostly operated under anaerobic conditions with invariable pH that was unsuitable for practical application. Without reaction conditions (dissolved oxygen or reaction pH) control, this work aimed at subjecting the kinetics of denitrification by microscale Fe0 (160–200 mesh) to analysis the factors affecting the denitrification of nitrate and the composition of iron reductive products c...     

工业铁屑(零价铁)还原硝基苯影响因素研究

通过静态试验,研究了初始硝基苯浓度、零价铁含量和pH值对零价铁还原硝基苯的影响.结果表明,在pH值为7,硝基苯初始浓度为311.25mg/L条件下,零价铁含量分别是100、50和25g/L时,硝基苯的降解速率常数分别是-0.02991、-0.0165和-0.00783min-1,零价铁含量越大硝基苯的降解速率越大;在pH值为7,零价铁含量为50g/L条件下,硝基苯的初始浓度分别是127.5,311.25,467.01mg/L时,硝基苯的降解速率常数分别是-0.01532、-0.01235和-0.00891min-1;在硝基苯初始浓度为311.5mg/L,零价铁含量为50g/L条件下,pH值为2.94时,硝基苯的降解速率最大,pH值为7其次,pH值为11.89时的降解速率最小,酸性环境利于零价铁还原硝基苯的进行.由此可见,硝基苯浓初始浓度、零价铁含量和pH值对硝基苯的还原具有重大影响.     

纳米零价铁降解水中四氯化碳的试验研究

以四氯化碳为目标污染物,研究了不同因素对自制纳米零价铁降解水中四氯化碳的影响,并对反应产物及可能的反应路径进行了探讨.结果表明,自制纳米零价铁对四氯化碳有很好的降解效果.在pH=3和30℃的条件下,当初始四氯化碳浓度为2.0 mg·L~(-1),纳米零价铁浓度为1.0 g·L~(-1)时,去除率高达96.7%.纳米零价铁降解四氯化碳的酸碱适应范围较大(pH值3~9).随着温度升高和纳米零价铁投加量的增大,四氯化碳降解率显著提高.该反应符合一级动力学,且反应活化能较低,反应易于进行.     

模拟地下水中重碳酸盐浓度对零价铁还原硝基苯的影响

通过静态试验研究了重碳酸盐浓度在0,100,300,500,800mg/L时对零价铁还原硝基苯的影响,检测反应过程中硝基苯和苯胺的浓度变化,同时检测溶液中pH值、Eh、Fe2+、CO32-的变化,结果表明,重碳酸盐浓度较低(100~500mg/L)时对零价铁还原硝基苯有促进作用,且促进作用随着重碳酸盐浓度的升高而增强.重碳酸盐浓度为500mg/L的反应体系中硝基苯去除率及苯胺生成率最高分别为88%,173mg/L,且在该体系中重碳酸盐对pH值的缓冲能力最强、Eh下降幅度最大,Fe2+浓度最高.重碳酸盐浓度为800mg/L的体系不利于硝基苯的还原.     

Simultaneous elution of polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals from contaminated soil by two amino acids derived from β-cyclodextrins

Two highly water-soluble amino acids, which derived from -CDs, i.e., glutamic acid- -cyclodextrin (GluCD) and ethylene-diamine- -cyclodextrin (EDCD), were synthesized and were examined for their e ect on solubilization of anthracene (ANT), complexation of cadmium (Cd2+), and elution removal of ANT and Cd2+ in soil. The results showed that GluCD and EDCD were powerful complexant for ANT and Cd2+. In the presence of 10 g/L GluCD and EDCD, the solubilization of ANT increased by 47.04 and 23.85 times compared to the control, respectively. GluCD resulted in approximately 90% complexation of Cd2+ while 70% complexation was observed for EDCD. Simultaneously, GluCD and EDCD could greatly enhance the elution removal of ANT and Cd2+ from soil. GluCD resulted in the highest elution e ciency of ANT and Cd2+.With the addition of 10 g/L GluCD, 53.5% of ANT and 85.6% of Cd2+ were eluted, respectively. The ANT had a negligible e ect on the Cd2+ removal due to di erent complexing sites of ANT and Cd2+, while Cd2+ enhanced the ANT removal under the addition of GluCD because Cd2+ neutralized the –COOH group of GluCD. Adversely, the removal of ANT was decreased with Cd2+ under the addition of EDCD, this was due to the fact that Cd2+ enhanced the polarity of EDCD molecule and inhibited the complexation between ANT and EDCD. The study suggested that GluCD could be preferred and be successfully applied to remediation of heavy metals or organic compounds in contaminated soil.     

纳米零价铁对水中芴的去除研究

研究了实验室自制的纳米零价铁在不同投加量、初始浓度、pH及温度条件下,对芴溶液的吸附效果、吸附等温线及吸附动力学.结果表明,随着纳米铁投加量的增加,芴的去除率升高;增加芴的初始浓度,去除率则相应下降,同时平衡吸附量增加.另一方面,纳米铁对芴的吸附能力随pH的升高而下降;温度为15~35℃时,芴的平衡吸附量随温度的升高而增加,但变化不大.纳米铁对芴的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程;纳米铁对芴的吸附过程很好地符合准二级速率方程,吸附速率随芴初始浓度的增大而减小,平衡吸附量随芴初始浓度的增大而增大.除上述结果以外,本文还对此反应体系的吸附机理进行了初步探讨.     

Degradation of chlorinated phenols by nanoscale zero-valent iron

Chlorophenols (CPs), as important contaminants in groundwater, are toxic and difficult to biodegrade. Recently nanoscale zero-valent iron received a great deal of attention because of its excellent performance in treating recalcitrant compounds. In this study, nanoscale zero-valent iron particles were prepared using chemical reduction, and the reductive transformations of three kinds of chlorinated phenols (2-CP, 3-CP, and 4-CP) by nanoscale zero-valent iron under different conditions were investigated. The transformation process of the CPs was shown to be dechlorination first, then cleavage of the benzene ring. The removal efficiency of the CPs varied as follows: 2-CP > 3-CP > 4-CP. The reactivity of CPs was associated with their energy of lowest unoccupied molecular orbit (E _LUMO). With the increase in initial concentrations of CPs, removal efficiency decreased a little. But the quantities of CPs reduced increased evidently. Temperature had influence on not only the removal efficiency, but also the transformation pathway. At higher temperatures, dechlorination occurred prior to benzene ring cleavage. At lower temperatures, however, the oxidation product was formed more easily. __________ Translated from China Environmental Science, 2006, 26(6): 698–702 [译自: 中国环境科学]     

零价铁对土壤中硝基苯类化合物的还原作用

用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对零价铁在常温常压下还原3种土壤中对硝基苯和间二硝基苯进行了研究.结果表明,硝基苯类化合物转化为苯胺等化合物,对硝基苯和间二硝基苯2种化合物在黏土中的还原率分别达到91%和90%.不同土壤物理化学性质与硝基苯类化合物的还原率有密切关系,表现为黏土>轻壤土>砂土的规律;中性偏酸的土壤有利于硝基苯类化合物的还原和降解,降解率随有机质含量升高而增高.