转鼓式内电解装置处理水中酸性橙Ⅱ染料

设计制作了转鼓式内电解反应装置,将铁屑与活性炭按体积比为1:1混匀后装填在转鼓内,对偶氮染料酸性橙Ⅱ(AOⅡ)进行降解实验,考察了溶液pH、转鼓转速和溶液浓度对AOⅡ降解过程的影响.结果表明,AOⅡ降解过程符合准一级动力学方程,酸性条件有利于AOⅡ的降解,转鼓转速过快和溶液浓度过高则不利于AOⅡ的降解.解决了铁炭床长时间运行板结结块的问题.AOⅡ分子在转鼓式内电解的作用下,其可见光和紫外光区的特征吸收峰逐渐降低直至消失,并新生成更容易生物降解的对氨基苯磺酸盐.     

Decolorization of Methyl Orange by a new clay-supported nanoscale zero-valent iron: Synergetic effect, efficiency optimization and mechanism

In this study, a novel nanoscale zero-valent iron (nZVI) composite material was successfully synthesized using a low-cost natural clay, “Hangjin 2^# clay” (HJ clay) as the support and tested for the decolorization of the azo dye Methyl Orange (MO) in aqueous solution by nZVI particles. According to the characterization and MO decolorization experiments, the sample with 5:1 HJ clay-supported nZVI (HJ/nZVI) mass ratio (HJ-nZVI5) showed the best dispersion and reactivity and the highest MO decolorization efficiency. With the same equivalent Fe⁰ dosage, the HJ-nZVI1 and HJ-nZVI5 samples demonstrated a synergetic effect for the decolorization of MO: their decolorization efficiencies were much higher than that achieved by physical mixing of HJ clay and nZVIs, or the sum of HJ clay and nZVIs alone. The synergetic effect was primarily due to the improved dispersion and more effective utilization of the nZVI particles on/in the composite materials. Higher decolorization efficiency of MO was obtained at larger HJ-nZVI dosage, higher temperature and under N₂ atmosphere, while the MO initial concentration and pH were negatively correlated to the efficiency. HJ clay not only works as a carrier for nZVI nanoparticles, but also contributes to the decolorization through an “adsorption-enhanced reduction” mechanism. The high efficiency of HJ-nZVI for decontamination gives it great potential for use in a variety of remediation applications.     

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.     

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.     

白腐菌联合纳米零价铁强化去除水中Cd(II)

采用白腐菌和纳米零价铁(nZVI)联合体系强化去除水中Cd (II),并考察pH值、Cd (II)初始浓度、温度、nZVI投加量对Cd (II)去除的影响,分析nZVI对白腐菌胞内外富集镉的影响特性,同时结合扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱、三维荧光光谱等手段分析联合体系对Cd (II)的强化去除机制.结果表明,在pH=6,Cd (II)初始浓度为50mg/L,温度为30℃,nZVI投加量为0.1g/L的条件下反应180min后,Cd (II)的去除率可达到99.5%以上.联合体系对Cd (II)的去除过程符合准二级动力学,主要去除机制为白腐菌对Cd (II)的胞外络合吸附,添加nZVI能促进白腐菌对Cd (II)的胞外吸附,FTIR和XPS分析表明,羟基、羧基和氨基参与了Cd (II)的吸附,白腐菌胞外聚合物(EPS)能与铁发生内层配位形成P-O-Fe键,加速富含羟基官能团的纤铁矿、磁铁矿等铁矿物形成,从而促进对溶液中Cd (II)的吸附去除.     

氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(VI)

以聚乙烯亚胺（PEI）为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@PEI-HBC）,并利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr（VI）的影响及其去除机理.结果表明：在投加量为0.5 g·L^-1,温度为20℃,pH值为5,Cr（VI）初始浓度为20 mg·L^-1条件下,各材料对Cr（VI）的去除率大小为nZVI@PEI-HBC > nZVI > PEI-HBC > HBC.SEM显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr（VI）效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr（VI）去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr（VI）的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe（II）的释放,促进Cr（VI）还原为Cr（III）,然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.     

零价铁-过二硫酸盐连续运行体系去除水中硝基苯

水中硝基苯(NB)的高毒性对人体健康具有极大的危害,因此,本文建立了零价铁-过二硫酸盐(Fe0-PS)连续运行体系以降解水中NB.研究结果表明,单独Fe0柱可还原降解NB,Fe0对不同浓度NB的还原效果均较好,随着流速的减慢及初始pH的降低,NB还原效果变好;但还原体系中总有机碳(TOC)基本没有去除,只是生成了中间产物苯胺(AN).Fe0-PS联合体系中,随着PS的投加,产生的Fe2+活化PS,发生了类Fenton反应,从而使还原产物AN得以氧化降解,TOC去除率可达54.8%;随着Fe0填充量的增加,氧化产物Fe2+随之增加,还原产物AN随之减少.可见,Fe0-PS连续运行体系,以Fe2+为媒介巧妙结合还原与氧化作用,能有效去除NB.     

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%.     

Decolorization of Orange II using an anaerobic sequencing batch reactor with and without co-substrates

We investigated the decolorization of Orange II with and without the addition of co-substrates and nutrients under an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR). The increase in COD concentrations from 900 to 1750 to 3730 mg/L in the system treating 100 mg/L of Orange II-containing wastewater enhanced color removal from 27% to 81% to 89%, respectively. In the absence of co-substrates and nutrients, more than 95% of decolorization was achieved by the acclimatized anaerobic microbes in the bioreactor treating 600 mg/L of Orange II. The decrease in mixed liquor suspended solids concentration by endogenous lysis of biomass preserved a high reducing environment in the ASBR, which was important for the reduction of the Orange II azo bond that caused decolorization. The maximum decolorization rate in the ASBR was approximately 0.17 g/hr in the absence of co-substrates and nutrients.     

有机凹凸棒石负载纳米零价铁去除水中六价铬

以黏土为载体负载纳米零价铁（nZVI,nanoscale zero-valent iron）可改善零价铁颗粒的团聚行为,增强其反应性.在负载过程中铁和黏土用量比例不同,对nZVI颗粒团聚和反应性的影响也不同.以有机凹凸棒石（CTMAB/A）为载体,采用液相还原法在1：3和1：5两种铁土质量比条件下制备负载型纳米零价铁复合材料CTMAB/A-nZVI-3和CTMAB/A-nZVI-5.利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征了两种负载样品和不添加黏土载体时nZVI的分散差异,并通过X射线光电子能谱仪（XPS）分析样品与Cr（VI）反应后的产物分布.结果表明：降低负载反应时的铁土比能明显改善nZVI粒子的团聚现象、减小nZVI平均粒径、提高小粒径颗粒占比、增强其反应活性.小于10nm的nZVI颗粒在CTMAB/A-nZVI-3和CTMAB/A-nZVI-5负载nZVI总数中占比分别为3.60%和7.60%,在不负载的nZVI样品中占比为0.铁的投加量同为0.75g/L时,CTMAB/A-nZVI-5中铁对Cr（VI）去除率为86.20%,CTMAB/A-nZVI-3中为78.00%.     

不同阴离子对Fe0还原硝酸盐的影响

通过批实验,考察了4种无机阴离子(HCO-3、SO2-4、Cl-和PO3-4)和3种有机阴离子(C2O2-4、C6H5O3-7和CH3COO-)对Fe0还原NO-3的影响.结果表明,除PO3-4外,其它离子都能不同程度地促进NO-3的还原,促进程度与其浓度有关.由于PO3-4与铁及其腐蚀物具有强吸附作用,占据了活性点位,从而明显抑制了NO-3的还原;而其它无机离子由于与Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的络合作用而促进铁的腐蚀,同时它们与铁氢氧化物形成的绿锈也有助于NO-3的还原.有机离子主要因为络合作用促进了铁腐蚀而加快NO-3的还原,也存在部分有机离子由于在铁表面的吸附作用占据活性点位而不利于硝酸盐还原的情况,但前者作用更强.在所有体系中,NO-3还原的主要产物是氨,NO-2-N只在前期有少量积累,随后降低到1.0mg·L-1以下.由于加入离子的络合作用,增加了可溶性铁的含量,尤其是添加有机阴离子的处理中可溶性铁最高时达246.2mg·L-1.反应后的溶液中检测到的三氮(NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N)之和只有理论总氮的50%～80%.在所有体系中,NO-3还原基本符合一级反应动力学.本研究结果有助于了解水和废水中常见阴离子对Fe0还原NO-3的影响大小和作用机理,为实际应用提供理论参考.     

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]     

海藻酸钠固定化纳米铁还原脱色活性红X3B

采用海藻酸钠固定纳米铁制备海藻酸钠纳米铁小球,研究了海藻酸钠浓度、纳米铁含量、活性红X3B浓度、反应温度、pH值等对海藻酸钠固定化纳米铁小球还原活性红X3B的影响.采用高效液相色谱（HPLC）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等方法分析污染物的还原脱色过程.结果表明,X3B的还原脱色获得了较好的效果,当温度25.0℃,海藻酸钠浓度2.0%,纳米铁含量2.0g/L,转速200r/min,pH值10.9时,反应720min后,25.0mg/L活性红X3B的脱色率达98.9%.海藻酸钠凝胶对活性红X3B没有吸附作用,海藻酸钠固定化纳米铁小球降解活性红X3B的主要机制为纳米零价铁的还原作用.     

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.     

嗜水气单胞菌强化老化纳米零价铁去除水中Cr(VI)

基于老化对纳米零价铁（NZVI）去除水中Cr（VI）的不利影响,本研究考察了接种嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）强化老化NZVI对水中Cr（VI）的去除,并分析了溶解氧、温度、pH、Cr（VI）初始浓度对其去除Cr（VI）的影响,同时利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等分析了反应前后材料的形貌特征及Cr的价态变化.结果表明,接种嗜水气单胞菌能显著提高无氧条件下老化NZVI对Cr（VI）的去除效果,且在酸性条件和30~40 ℃条件下去除效果较好,可能是因为该条件下更有利于老化NZVI的腐蚀和微生物的生长,此外,Cr（VI）去除效率随Cr（VI）初始浓度升高而降低.在pH=6,温度为30 ℃,老化nZVI投加量为0.1 g·L^-1,Cr（VI）初始浓度为50 mg·L^-1的条件下反应24 h后,Cr（VI）的去除率可达到100%.XPS分析表明,反应后NZVI表面沉积的Cr主要以Cr（III）的形式存在,可能为Cr（OH）₃沉淀或Fe_xCr_1-x（OH）₃共沉淀物.动力学研究发现,Cr（VI）去除过程符合准二级动力学,去除机制为Cr（VI）的吸附、还原与共沉淀,其中以还原作用为主.     

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.     

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.     

利用零价铁还原土壤中硝基苯类化合物的研究

利用零价铁(ZVI,Fe0)还原技术,对受2-硝基甲苯(OMNB)和2-氯硝基苯(OCNB)这2种硝基苯类化合物污染土壤的修复进行了研究.实验结果表明,在常温常压下,ZVI可有效地将土壤中的OMNB和OCNB还原成相应的苯胺类化合物,当2种硝基苯化合物在土壤中的含量均约为2.5×10-6 mol·g-1,ZVI加入量为25 mg·g-1,于25℃下反应6h,OMNB的还原率可达到97%,OCNB的还原率则高达100%;ZVI对OCNB的还原效率比OMNB稍高;这2种硝基苯类化合物的还原率均随反应时间的延长、ZVI用量的增加、温度的升高而升高,特别是当土壤初始pH值控制在偏酸性时更有利于还原反应的进行.此外,根据实验结果和相关的理论计算对ZVI还原硝基苯类化合物的反应机理进行了初步探讨.     

零价铁PRB修复2,4-DNT污染地下水模拟研究

研究了零价铁(Fe0)作为PRB墙体介质材料去除地下水环境中2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)可行性.通过室内试验研究地下水环境中Fe0去除水相2,4-DNT效果以及降解动力学参数,并结合一假设地下水受2,4-DNT污染的场地,采用Visual Modflow模拟Fe0墙体材料PRB(Fe0-PRB)修复地下水中2,4-DNT降解效果并评价其可行性.结果表明:在模拟过程中,PRB能有效控制并减少污染羽面积,降低污染浓度;污染4a后,污染地下水的2,4-DNT总质量约1.46×104kg,可推知PRB修复达标耗用Fe0材料为8.76×104kg;渗透系数增大导致地下水速率增大,2,4-DNT与墙体Fe0材料接触时间不充分,污染物污染下游地下水,同时也加速PRB上游污染羽面积减少.因此,结合数值模拟是有效的评价PRB介质材料修复地下水污染效果及确定PRB参数的重要手段之一.     

硫化零价铁的制备及去除头孢噻肟机理研究

采用后置硫化法制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI),并采用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等方法表征了材料表面形貌及元素化学形态等特性.同时,以头孢噻肟为目标污染物,考察了S-nZVI对其去除效率及去除机理等.结果表明,S-nZVI颗粒呈球形,平均粒径为56 nm,材料表面形成一层不连续的低密度FeS/FeSn.硫化率、Fe~(2+)和溶液p H均能影响S-nZVI对头孢噻肟的去除.S/Fe=1/4(质量比),S-nZVI投加量为0.5 g·L~(-1),溶液pH为8时,120 min内头孢噻肟的去除率为82.2%,远大于nZVI的去除率(23.4%).最后,采用液相色谱-电喷雾质谱分析了头孢噻肟的降解产物,发现头孢噻肟的降解主要是由酯基取代反应和内酰胺键的开环反应引起的.