改性纳米零价铁的制备及其去除水中的四环素

对聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)改性纳米零价铁(NZVT)用于水中四环素(TC)的去除进行研究.通过XRD,TEM和BET对改性后的纳米铁性能进行表征.探讨不同反应条件对PVP-NZVI去除四环素的影响.实验结果表明,在制备过程中添加PVP-K30改性剂可以明显减小纳米铁颗粒粒径,增大比表面积,提高TC的去除率.当初...     

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pH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pH适应范围,且对Cr(VI)具有较好的去除效果。     

硝酸根对零价铁去除地下水中六价铬的影响

通过批实验和连续通流的柱模拟实验对比研究了存在NO3-和不存在NO3-条件下零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的反应特征,并对比分析了NO3-对零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的影响。批实验结果表明,在不同初始pH条件下,NO3-的加入均使得零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的速率升高;当初始pH=7时,NO3-的促进作用最强,反应速率是无NO3-条件下的2.1倍。柱实验结果表明,NO3-的加入使得Fe0去除Cr（Ⅵ）的反应分成了3个不同的阶段：高效期（1025 PV）。在高效期,反应中的NO3-表现为对Fe0反应位点的竞争,抑制了Cr（Ⅵ）还原。在后期的2个阶段中,反应中NO3-则呈现明显的促进作用。NO3-的存在使得零价铁（Fe0）柱趋于整体性同步钝化,延长了Fe0柱的运行寿命,并且增加了零价铁（Fe0）柱对Cr（Ⅵ）的去除效率。NO3-对Fe0去除Cr（Ⅵ）反应的促进作用原因是由于NO3-与Fe0反应产生Fe3O4,Fe3O4可以还原Cr（Ⅵ）,并且具有阻滞反应的产物在Fe0表面堆积和促进电子传导作用。     

零价纳米铁去除ReO4-的研究

采用NaBH4与FeSO4液相还原法制备零价纳米铁,用制得的零价纳米铁去除ReO4-,然后用分光光度法在610 nm处测定ReO4-的吸光度,从而计算零价纳米铁对ReO4-的去除率.结果表明:(1)ReO4-初始浓度越低,反应速率越快,对最终ReO4-去除率影响不大.(2)pH对反应产生很大影响,将溶液pH调至中性或微...     

纳米铁改性生物炭制备及其对含铬废水的吸附性能

本文针对废水中Cr(Ⅵ),以市政脱水污泥为原料,通过液相还原技术成功制得纳米铁改性污泥基生物炭(nZVI/BC),并考察了nZVI/BC对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和可能的吸附机理。表征结果表明,零价铁颗粒成功负载到生物炭表面且无明显团聚现象。吸附实验结果表明,初始pH、溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)的去除效果均有显著影响。nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以使用伪二级(PSO)吸附动力学模型拟合。吸附等温线拟合分析结果表明,nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于nZVI和BC。Cr(Ⅵ)的去除机制可能涉及其在nZVI/BC表面的化学还原,此外,nZVI/BC抗氧化性较强,且在一定条件下可实现再生处理。总体而言,作为一种环境友好型材料,nZVI/BC的应用为废水中Cr(Ⅵ)的去除可提供良好途径。     

生物炭负载纳米零价铁对湖泊底泥镉污染的修复效果

制备了生物炭负载纳米零价铁(nZVI/BC)复合材料,采用SEM、TEM、FTIR、EDS、XPS等手段对其表面形貌、粒径大小、官能团结构、表面元素及化学形态进行了表征和分析。通过镉(Cd)形态、浸出毒性、生物可利用性、上覆水中溶解态Cd质量浓度及底泥理化性质等指标评价了nZVI/BC对湖泊底泥中Cd的修复效果。结果表明,相比于对照组,经56 d修复后nZVI/BC处理组中Cd的残渣态质量分数增加了29.73%,有效降低了Cd的移动性;Cd的浸出质量浓度从4.65 μg·L⁻¹降至0.38 μg·L⁻¹,Cd的生物可提取态质量浓度从5.08 μg·L⁻¹降至2.13 μg·L⁻¹,其浸出质量浓度和生物可提取态质量浓度分别下降了91.83%和58.07%。同时,经过56 d的修复,nZVI/BC使上覆水中溶解态Cd的质量浓度比对照组降低了67.53%。此外,nZVI/BC的添加提高了底泥的pH和有机质,根据这2个指标的变化进一步分析了nZVI/BC复合材料对Cd的稳定机制。以上研究结果可为重金属污染底泥的修复提供参考。     

纳米零价铁处理冶炼废水

多年的理论和机制研究发现,纳米零价铁（NZVI）作为还原剂及吸附剂,可处理水溶液中的多种重金属及类金属物质;而高效处理含高浓度重金属且成分复杂的冶炼废水是一项技术难题。本研究针对特定的冶炼废水（高浓度重金属及砷、高浓度氨氮、低pH、高含盐量）,研究了pH及NZVI投加量对砷、铜、锌、铅、镍的处理效果,并考察了连续流反应器中水力停留时间（HRT）及NZVI投加量对处理效果的影响。实验通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行水样测试,扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）进行固相表征。实验表明,通过NZVI处理,砷、铜、锌、铅、镍去除率均达99%以上,出水浓度均小于0.1 mg/L,达到废水排放标准（GB 8978-1996）。通过连续流反应器的应用发现,适当增大HRT、增加NZVI投加量,有利于更长时间保证出水水质的良好,延长NZVI消耗时间,提高废水处理量。结果显示,NZVI对复杂冶炼废水有极好的处理效果,在废水处理领域有着独特的优势,为后续研究及实际应用提供借鉴。     

纳米零价铁改性氨基生物炭的制备及对Cd (Ⅱ)的吸附和解吸特性

通过化学负载方法成功制得纳米零价铁改性氨基生物炭复合材料（ABC/NZVI）,对其进行表征和研究了其对重金属Cd（Ⅱ）的吸附和解吸特性。结果表明,改性后,ABC/NZVI具有氨基官能团并且表面负载了纳米零价铁,比表面积为244 m2·g-1,在水溶液中稳定悬浮的平均粒径是845 nm。ABC/NZVI对Cd（Ⅱ）的吸附大约在457 min内即可达到吸附平衡,吸附动力学可用伪二级动力学模型较好地拟合（R2≥0.990）;对Cd（Ⅱ）表现出优良的吸附性能,饱和吸附容量为12.4 mg·g-1,吸附/解吸等温线均呈现出明显的非线性,可用Langmuir模型较好地拟合（R2≥0.960）,而且出现明显的解吸滞后现象,滞后系数（HI）为0.536。因此,ABC/NZVI对Cd（Ⅱ）的吸附可能为单分子层的化学吸附,主要的吸附机理可能涉及配合和沉淀两种作用。     

氧气促进纳米零价铁除砷效果及其作用机制

为了探究氧气对纳米零价铁(nZVI)除砷的影响,考察了不同的氧含量(厌氧、低氧、中氧和高氧)条件下nZVI对As(Ⅲ)/As(V)的去除效果,并结合表征结果分析了氧气对nZVI除砷的影响机制。结果表明：氧气存在会显著促进nZVI对As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的去除,但不同氧含量对nZVI除砷的促进程度有所不同;随着氧含量的增加,As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的去除率呈现先增大后减小然后再增大的趋势。在初始砷浓度为50 mg·L⁻¹、nZVI投加量为200 mg·L⁻¹、O₂/nZVI摩尔比等于0.5时,砷的去除率达到最大,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)体系中砷的去除率分别为96.27%和51.75%。固相表征结果表明：氧气对nZVI的氧化程度及除砷效果具有较大的影响,在低氧条件下,nZVI被少量氧化为无定型铁矿物进而提高除砷效果;在中氧条件下,nZVI被氧化为大量的溶解态Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ),溶解态铁对砷没有去除效果,从而导致砷的去除率降低;在高氧条件下,nZVI被大量氧化,溶解态Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)进一步被氧化形成新的无定型铁矿物,可增强除砷效果。以上结果可为评估不同氧含量条件下纳米零价铁除砷效果以及人为强化纳米零价铁除砷效果提供参考。     

有机配体对纳米零价铁还原硝基苯的影响与机理

通过FeSO4·7H2O与NaBH4反应,采用液相还原法制备纳米级零价铁(NZVI),并用XRD,SEM对其性能进行表征。研究了纳米零价铁还原硝基苯(NB)的动力学规律及柠檬酸、草酸、柠檬酸钠、草酸钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA二钠盐)几种有机小分子对其还原效率的影响,并对其机理进行了初步探讨。结果表明,纳米零价铁去除硝基苯反应符合准一级动力学方程,并且当硝基苯浓度一定时,增加NZVI投加量,去除率会显著增大;当NZVI浓度一定时,硝基苯浓度越低,去除率越高;柠檬酸和EDTA二钠盐在较低浓度时抑制还原反应进行,而在3 mmol/L左右时,具有促进还原反应进行的作用,而草酸、柠檬酸钠和草酸钠则为抑制作用。     

有机改性伊利石负载纳米零价铁类芬顿降解废水中头孢哌酮

为提高纳米零价铁（nZVI）在类芬顿体系中的催化效能,将液相还原法生成的纳米零价铁负载在经十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性后的伊利石上,制备成类芬顿催化剂(It/CTAB@nZVI);采用XRD、SEM 及FTIR等方法对催化剂(It/CTAB@nZVI)的形貌和结构进行了表征,并以头孢哌酮(CPZ)为目标污染物,分别考察了H2O2浓度、催化剂投加量及pH对CPZ去除效果的影响,初步探究了It/CTAB@nZVI类芬顿体系降解废水中头孢哌酮的机理。结果表明,nZVI已成功地附着在改性后的伊利石表面,能有效防止纳米零价铁的团聚,提高了其在类芬顿体系中的催化效能;在H2O2浓度为3.2 mmol·L−1、It/CTAB@nZVI投加量为0.03 g·L−1、初始pH为2的条件下,CPZ的最大去除率可达99.4%。CPZ中β-内酰胺环结构被羟基自由破坏,先分解成具有苯环的中间产物,随后中间产物被进一步氧化分解为小分子的有机酸及醇类,最终被彻底降解为CO2、H2O、${{\rm{NO}}_3^{-}} $、${{\rm{NH}}_4^{+}} $、${{\rm{SO}}_4^{2-}} $等无机物。以上研究结果可为类芬顿催化剂的制备和类芬顿技术处理难生物降解有机废水提供参考。     

不同电子供体和受体对零价铁与微生物协同还原六价铬的影响

采用间歇实验考察了有机质及氧、硝酸盐和硫酸盐对零价铁（Fe0）与微生物协同还原Cr（Ⅵ）过程的影响。实验结果表明,对于Cr（Ⅵ）的去除协同体系明显优于Fe0和微生物单独作用;外加有机质如乙酸钠、乙醇、葡萄糖和腐殖酸可显著地提高协同体系去除Cr（Ⅵ）的效果,反应3 d后Cr（Ⅵ）去除率分别提高了33%、19%、16%和11%;空气对协同体系还原Cr（Ⅵ）过程影响不明显,但硝酸盐明显地抑制Cr（Ⅵ）的还原,且抑制作用随硝酸盐浓度升高而增强;硫酸盐诱导微生物在Fe0表面生成具有强吸附能力和强还原能力的硫铁矿物,促进Cr（Ⅵ）的去除。当硫酸根浓度为960 mg·L-1时,反应2 d后Cr（Ⅵ）去除率提高了39%。在零价铁与微生物协同修复Cr（Ⅵ）污染水体中应充分考虑电子供体和受体的影响。     

吸水凝胶包覆型纳米零价铁对水中土霉素的去除

为解决纳米零价铁(nZVI)在应用中易团聚、易氧化的局限,以聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺的共聚物(PPAA)为载体,以茶多酚为还原剂,采用绿色合成法制备吸水凝胶包覆型纳米零价铁(PPAA-nZVI),并将其用于水中土霉素(OTC)的去除。通过SEM、BET、FTIR和XPS等表征了PPAA-nZVI的微观形貌和物化性质,探讨了OTC初始质量浓度、溶液初始pH和共存物质对OTC去除效果的影响。结果表明,茶多酚能够还原制备nZVI,且成功将nZVI负载到PPAA内。随着初始OTC质量浓度的增加,OTC的去除率逐渐增加,当PPAA-nZVI投加量为0.5 g·L⁻¹、OTC初始质量浓度为300 mg·L⁻¹时,材料对OTC的去除量达到最大481 mg·g⁻¹。pH对材料去除OTC的影响较小。PO₄³⁻和HA的存在对PPAA-nZVI去除OTC均有抑制作用。材料去除OTC主要通过Fenton氧化、OTC与Fe³⁺的络合以及材料表面活性位点的吸附3种途径。以上研究结果可为nZVI在净化污染水体中的OTC提供一种有前景的方法。     

膨润土负载硫化纳米零价铁去除对硝基苯酚的研究

以具有较大比表面积和良好吸附性能的膨润土作为载体,制备了膨润土负载硫化纳米零价铁,并利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及比表面积等手段表征膨润土负载硫化纳米零价铁的特性。研究了膨润土负载硫化纳米零价铁的硫铁比(摩尔比)、投加量、初始pH对对硝基苯酚(PNP)去除的影响,并对PNP降解机理进行了初步探究。结果表明,膨润土负载硫化纳米零价铁比表面积为33.06m~2/g,大于膨润土的比表面积(26.72m~2/g),负载的纳米零价铁颗粒分散均匀。当硫铁比为0.011 2、投加量为0.5g/L、初始pH为5.0时,10min基本能把1L1.5mmol/L的PNP完全降解,具有最大的去除速率和去除率。PNP的最主要降解产物为对氨基苯酚。     

纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料协同微生物去除水中1, 1, 1-三氯乙烷

针对地下水1, 1, 1-三氯乙烷污染问题,通过溶液插层和液相还原法制备了纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料;采用扫描电镜观察、热重分析、傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射分析等手段对复合材料进行了表征;研究了复合材料在厌氧条件下协同胞外呼吸菌(Shewanella oneidensis MR-1)去除水中1, 1, 1-三氯乙烷的效果;确定了材料的最佳使用条件;探讨了协同体系中污染物的去除机理。结果表明：复合材料中纳米零价铁和聚乳酸颗粒较为均匀地分散于生物炭表面;材料中生物炭、聚乳酸和纳米零价铁的最佳质量比为7∶1∶2,材料最佳投加量为1.0%,且其对不同浓度污染物均有明显去除效果;在最佳条件下,培养360 h后协同体系中1, 1, 1-三氯乙烷的最大去除率为94.61%;复合材料促进胞外呼吸菌的异化铁还原脱氯是协同体系去除污染物的主要机理。该铁基生物炭复合材料能够有效协同胞外呼吸菌提高水中1, 1, 1-三氯乙烷的去除率,且具有良好的缓释长效性。     

PBTCA稳定零价纳米铁的制备及其去除水中Cr(Ⅵ)

以2-膦酸丁烷-1,2,4三羧酸(PBTCA)为稳定剂,通过FeCl3.6H2O与NaBH4反应,利用液相还原法制备稳定纳米级零价铁颗粒(P-NZVI),并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)进行表征,颗粒平均粒径为73 nm。考察了Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、pH、NZVI投加量、温度等条件对Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并与同等条件下不加稳定剂制备的纳米铁(N-NZVI)进行对比。结果表明:Cr(Ⅵ)的去除率随温度和纳米铁投加量增加而升高,随pH和Cr(Ⅵ)溶液初始浓度升高而降低。在相同实验条件下,P-NZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于N-NZVI,表明改性后纳米铁在地表水原位修复领域具有较好的应用前景。     

生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁对水中六价铬的去除

利用液相还原法,通过先负载再包裹的方式制备了4种不同炭铁质量比的生物炭负载羧甲基纤维素钠稳定化纳米铁(BC-nZVI-CMC)材料,并将其用于对水中Cr(Ⅵ)的去除,使用扫描电镜、X射线衍射和傅里叶红外等技术对BC-nZVI-CMC的结构与性质进行了表征。结果表明：BC-nZVI-CMC具有较好的分散性,粒径为纳米级且被CMC完全包覆,抗氧化能力得到较大提升,可有效去除水中Cr(Ⅵ);投加1 g·L⁻¹的BC-nZVI-CMC对含有30 mg·L⁻¹的Cr(Ⅵ)去除率达99.83%;pH越小,越有利于BC-nZVI-CMC对水中Cr(Ⅵ)的去除,最高去除率可达100%;BC-nZVI-CMC的抗氧化能力明显高于商品纳米铁和生物炭负载纳米铁;含有8 g·L⁻¹ C/Fe=1∶1的BC-nZVI-CMC对电镀废水中Ni、Zn、Cu、总铬、Cr(Ⅵ)的去除率可达39.60%、91.70%、100%、91.69%、100%。上述研究结果对水中Cr(Ⅵ)去除新技术的开发有重要的参考价值。     

纳米铁原位注入技术对六价铬污染地下水的修复

纳米零价铁原位注入是六价铬污染地下水的有效修复技术之一。为验证其场地修复效果,在北京某电镀厂搬迁后的遗留六价铬污染场地,现场制备纳米铁并通过原位注入对场地内六价铬污染地下水进行原位修复现场中试研究。选取6 m×6 m实验场地,在地下水中六价铬污染浓度最高为2 mg·L-1的中心点设置注射井并在四周设置4口监测井。实验结果表明,原位注入纳米铁药剂具有良好修复效果,修复后该实验场地范围内地下水中六价铬浓度均低于地下水质量Ⅳ类标准0.1 mg·L-1,注射井中六价铬还原率达到99%。通过对注射井及监测井地下水中pH、溶解氧、氧化还原电位等检测指标进行跟踪监测和相关性分析,发现氧化还原电位与污染物浓度变化相关性最强,可以作为污染物变化的表征因子。该中试研究结果对于六价铬污染地下水的原位修复具有重要的参考价值。     

石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁对As(Ⅲ)的去除

以氧化石墨烯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制得石墨烯/二氧化硅复合材料(GS),以GS为基体,采用液相还原法,得到石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁(NZVI/GS),将其用于水中As(Ⅲ)的吸附研究。通过XRD、TEM、BET、Zeta电位等表征手段对NZVI/GS进行表征。探讨不同反应条件对NZVI/GS的吸附影响,并进行动力学方程和吸附等温线方程拟合。结果表明,NZVI/GS对As(Ⅲ)具有良好的去除效果,当初始溶液pH为6~8,投加量为0.4 g·L-1,反应温度为35 ℃,砷初始浓度为2 mg·L-1时,NZVI/GS对As(Ⅲ)的去除率高达99.81%。通过Langmuir等温吸附方程得到NZVI/GS对As(Ⅲ)最大吸附量55.93 mg·g-1。