限域结构纳米复合材料及其吸附性能研究进展

纳米材料因其比表面积大和表面活性高，在水处理领域表现出了极具潜力的发展前景。利用空间限域结构来固定和分散纳米材料可有效解决纳米材料易团聚失活、操作分离困难和潜在环境风险等问题。文章综述了具有限域结构的纳米复合材料制备方法及其对水中污染物吸附性能的研究进展，从限域空间内纳米颗粒的尺寸调控与污染物的富集、限域空间中特异性的污染物分子结构和纳米材料晶体结构等多方面详细分析了纳米限域效应的环境行为及其对水环境中污染物去除的重要意义。根据分析可知，限域结构中的吸附机理、纳米复合材料在真实环境体系下的应用、材料的环境与健康风险等是未来该领域研究的重要方向和热点内容。     

纳米氧化锌粒径效应对人工湿地运行性能的影响

为考察ZnO NPs粒径效应对人工湿地运行性能的影响,在进水COD约为216.00 mg·L-1、总氮约为11.10 mg·L-1和总磷约为3.84 mg·L-1的条件下连续运行126 d,对暴露于不同粒径ZnO NPs(10.00mg·L-1)的人工湿地脱氮除磷性能、填料渗透系数、胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)产量和特性以及微生物群落结构和多样性的变化进行了研究.结果表明:与对照组(未投加ZnONPs)相比,进水中投加15、50和90nm ZnO NPs后,人工湿地对COD的去除率分别下降了8.73％、7.55％和6.97％;氨氮和总氮的去除率分别下降了21.96％和10.95％、17.75％和10.00％以及15.34％和3.78％.高通量测序结果表明,ZnO NPs粒径越小,对硝化菌属Thauera的抑制作用越明显.投加Zn ONPs后,其释放的Zn2+会与水中磷酸盐结合生成磷酸锌等不溶物,同时会增加异养硝化菌Acinetobacter的相对丰度,从而导致总磷的去除率比对照组提高了42.49％～56.38％.此外,与对照组(97.18 mg·g-1)相比,投加15、50和90 nm的ZnO NPs后EPS的产量分别增加到212.97、156.30和128.53 mg·g-1.EPS分泌量的增大,导致填料渗透系数快速降低,在运行83 d后分别下降了71.17％、67.83％和37.50％.     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

供水管网铁释放的影响因素相对重要性分析

供水管网的铁释放问题近年来日益受到关注.影响供水管网铁释放的因素众多,本研究选取了pH、溶解氧(DO)、碱度(Alk)、硬度、氯离子(Cl~-)、硫酸根(SO_4~(2-))、温度(T)和水力停留时间(HRT)这8个影响因素,利用逐步回归和偏相关分析,建立了铁释放的非线性幂指数模型,并用标准化回归系数和偏相关系数比较了这些因素的相对重要性.结果表明,铁释放模型拟合效果良好;用标准化回归系数衡量影响因素相对重要性时,SO_4~(2-)、HRT、Cl~-和T是相对重要的因素,相对重要性排序为SO_4~(2-)≈HRTCl~-T;用偏相关系数衡量时,HRT、SO_4~(2-)、Alk、Cl~-和T是相对重要的因素,排序为HRTSO_4~(2-)AlkCl~-T.综合两种系数的分析结果,HRT、SO_4~(2-)和Cl~-是本研究条件下相对重要的因素,T和Alk的相对重要性视实际情况变动.     

酸-碱改性粉煤灰基铝铁复合混凝剂的除磷机理

为解决城市污水排放磷超标的问题,本研究制备出一种新型铝铁复合混凝剂。混凝剂以粉煤灰和铝土矿为原料,采用常压高温酸碱两段改性法制备,并研究了其除磷性能及机理。结果表明:(1)最佳制备条件为:碱改性过程使用4 mol/L Na OH溶液,温度100℃,时间2 h;酸改性过程使用2 mol/L盐酸,温度100℃,时间4 h;酸性上清液与碱性上清液比例为1∶16。(2)混凝剂对污水中TP去除率达97.73%,出水TP含量为0.132 0 mg/L,优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。(3)对新型混凝剂进行表征测试发现,混凝剂主要由Al Cl_3·6H_2O、Na Cl、KMg F_3、Na_3Al H_x、Sr Fe O_(2.5)构成,主要有效成分为Al_2O_3(13.343%)、Fe_2O_3(5.497%)及Si O_2(17.920%)等。混凝剂投入水中后,其中的铁离子和铝离子及其水解产物形成Fe_3(OH)_2~(7+)、Al_n(OH)_m~((3n-m)+)等不饱和多羟基络合离子,并从溶液中吸取羟基来补充其未饱和位,从而对水中聚磷酸盐等胶体颗粒产生强烈吸附作用。同时,由于混凝剂表面粗糙,孔隙发达,比表面积大,可进一步提高其除磷效果。     

原子吸收法测定海水中铁含量的不确定度评定

为了保证海水中铁元素含量的检测质量,更好地深入了解铁在整个海水体系的生物地球化学中扮演的角色,需科学地评定检测结果的分散性。文章依据《测量不确定度的评定与表示》(JJF1059-1999)的理论,以浙江近海海水为例,评定原子吸收法测定海水中铁含量的不确定度。测得浙江近海样品中铁的浓度为5.2μg/L,扩展不确定度U=0.8μg/L(k=2)。通过对各不确定度分量进行评定发现,利用该方法测定海水中铁含量时,对其合成标准不确定度的主要贡献来自于样品制备过程,尤其是萃取过程。     

Ti/SnO_2-Sb阳极-空气阴极电催化降解染料废水

为解决电化学法处理高盐染料废水存在的能耗大、成本高等问题,分别采用溶胶-凝胶法和辊压法制备Ti/SnO_2-Sb阳极和空气阴极,构建了Ti/SnO_2-Sb阳极-空气阴极双极体系(TSSA-ADC)。甲基橙(MO)作为高盐染料废水的典型污染物,考察了电流强度、MO浓度、电解液浓度和初始p H对TSSA-ADC体系和TSSA单阳极体系降解MO的影响。结果表明:与TSSA单阳极体系相比,TSSA-ADC体系具有更好的抗有机负荷冲击、抗盐分冲击、抗酸碱波动能力,能够维护酸碱平衡防止硬度离子结垢。最佳反应条件为电流强度为0.030 A,电解液浓度为3%,MO浓度为100 mg/L,初始pH=6。以MO去除率达到98%为基准,TSSA-ADC体系比TSSA体系可节能74.26%。     

β-环糊精/醋酸纤维素纳米纤维的制备及对染料废水的处理

制备了不同β-环糊精(β-CD)含量的醋酸纤维素(CA)纳米纤维膜,并对纤维膜的结构形貌、尺寸分布、孔隙率、比表面积以及纤维膜的力学性能进行表征分析。随后研究了不同β-CD含量、初始浓度、吸附时间下,纳米纤维膜对甲基红染料的截留性能和吸附性能。结果表明:过量(≥30%)的β-环糊精会使纳米纤维产生珠节,纤维的形貌和力学性能变差;吸附试验表明,β-CD的加入提高了CA纳米纤维膜对染料的吸附,MR吸附率可达93.48%,最大平衡吸附量可达181.74 mg/g,比纯CA纳米纤维膜提高了将近40%;此外,染料的截留实验表明,纳米纤维膜对染料的截留效果较差,最大截留率为50.35%。     

不同粒径PMMA粉尘爆炸特性研究

采用20L球形爆炸测试装置,对比研究了30μm、800 nm、100 nm的微纳米PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)粉尘的爆炸特性,得出纳米粉尘相比微米粉尘具有爆炸升压速率大、爆炸持续时间短的特性;在密闭容器内,100 nm和800 nm粉尘颗粒的最佳爆炸浓度为250 g/m~3,最大爆炸压力P_(max)分别0.821 MPa和0.865 MPa,爆炸指数K_(st)分别为27.3 MPa·m/s和25.8 MPa·m/s;30μm粉尘颗粒最佳爆炸浓度为750 g/m~3,最大爆炸压力0.708 MPa,爆炸指数K_(st)为10 MPa·m/s~1,总体上纳米粉尘的爆炸危害远大于微米粉尘,但由于粒径减小团聚效果增大,100 nm粉尘只在低浓度下(250 g/m~3)的爆炸威力高于800 nm粒径,当浓度增大,团聚严重,其爆炸威力却低于800 nm粒径,所以对有机纳米粉尘并非粒径越小,爆炸威力越大,而更应关注纳米粉尘在低浓度下的爆炸危害,研究结论可为加工、储存有机纳米材料的安全防护与安全设计提供指导。     

Fe-MnOx-CeO2/ZrO2低温催化还原NO性能研究

以纳米ZrO2为载体,用浸渍法制备出Fe-MnOx-CeO2/ZrO2催化剂,考察了活性组分配比和助剂负载量对催化剂低温NH3选择性催化还原NO活性的影响,并对催化剂进行了XRD、SEM、EDS和BET表征;探讨了温度、H2O和SO2对Fe-MnOx-CeO2/ZrO2催化剂低温下NH3选择性催化还原NO的影响,结果表明,无SO2和H2O条件下,8%Fe-10%MnOx-CeO2/ZrO2催化剂具有良好的催化活性和稳定性.120℃时,催化剂的脱硝效率为85.23%,当温度升至180℃时,脱硝效率可达到92.0%.SO2和H2O共存条件下,催化剂易失活,采用傅立叶变换红外光谱对各反应阶段的催化剂进行了表征,对其失活机制进行深入研究,结果表明,催化剂失活的主要原因是催化剂表面硫酸铵盐的沉积和催化剂本身活性成分的硫酸盐化.