Synthesis of carbon-coated magnetic nanocomposite (Fe3O4@C) and its application for sulfonamide antibiotics removal from water

The occurrence of antibiotics in the environment has recently raised serious concerns regarding their potential threat to human health and aquatic ecosystem. A new magnetic nanocomposite, Fe304@C （Fe304 coated with carbon）, was synthesized, characterized, and then applied to remove five commonly-used sulfonamides （SAs） from water. Due to its combinational merits of the outer functionalized carbon shell and the inner magnetite core, Fe3O4@C exhibited a high adsorption affinity for selected SAs and a fast magnetic separability. The adsorption kinetics of SAs on Fe304 @ C could be expressed by the pseudo second-order model. The adsorption isotherms were fitted well with the Dual-mode model, revealing that the adsorption process consisted of an initial partitioning stage and a subsequent hole-filling stage. Solution pH exerted a strong impact on the adsorption process with the maximum removal efficiencies （74% to 96%） obtained at pH 4.8 for all selected SAs. Electrostatic force and hydrogen bonding were two major driving forces for adsorption, and electron-donor-acceptor interactions may also make a certain contribution. Because the synthesized Fe304@C showed comprehensive advantages of high adsorptivity, fast magnetic separability, and prominent reusability, it has potential applications in water treatment.     

富里酸-纳米零价铁复合物对土壤中铅的钝化

为了降低土壤中重金属铅的生物活性,将从富硒土壤中提取的富里酸(FA)和传统方法制得的纳米零价铁(NZVI)复合,制得不同FA质量比的复合物,探讨其对土壤铅污染的钝化效应。以SEM、FTIR以及XRD对复合物进行表征;通过土壤培养试验,研究各复合物在不同投加量及反应时间下对土壤中铅的DTPA有效态的影响,并以Tessier五步连续提取法比较形态变化规律,探讨其钝化效果。结果表明:FA与NZVI合成了不同质量比的复合物;在相同投加量下,土壤中铅的二乙基三胺五乙酸(DTPA)有效态随着复合物中FA质量分数提高而减小;以FA质量分数10%的复合物投加土壤质量的2%(20.0 g/kg)进行土壤培育,第10天时土壤中铅的DTPA有效态降低83.01%;加入复合物后,土壤中铅明显从可交换态和碳酸盐结合态向铁锰氧化物结合态和残留态转化,有机结合态含量基本不变,这种变化在添加FA质量占1%的复合物时尤为显著,使得可交换态和碳酸盐结合态分别降低了50.61%和66.90%。基于不同的形态表征方法,土壤铅活性形态均呈下降趋势,表明所制备的复合物对土壤铅具有一定的钝化效应,但其机制有别,表现出的钝化规律具有差异性。     

静电纺丝制备TiO2／PAN纳米纤维毡及其性能研究

采用超声波水解技术水解TiCl4制备纳米TiO2粒子,与聚丙烯腈（PAN）的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液共混后,通过静电纺丝制得具有光催化活性的TiO2／PAN纳米纤维毡,并用其对模拟废水中苯酚进行光催化降解实验。X射线衍射（XRD）表征结果显示制备的TiO2为锐钛矿。用场发射扫描电镜（FE—sEM）观察纤维毡的形态,显示纤维的直径随纺丝液浓度增大而增大。对苯酚进行光催化降解结果表明：纺丝液浓度质量分数为5％TiO2／PAN纤维毡对苯酚的降解率最高,对100mg／L,50mg／L和20mg／L苯酚的降解率分别为51．1％,87．5％和99．6％。纤维毡循环使用5次后对于20mg／L苯酚的降解率为87．4％。     

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%.     

纳米TiO2对土壤重金属释放及形态变化的影响

通过室外模拟淹水实验研究纳米Ti O_2对土壤重金属迁移转化的影响,分析了两种纳米Ti O_2对三峡水库典型消落区土壤中Cr、Zn、Pb、Cu和Cd释放和形态变化的影响.结果表明,淹水两个月后,添加4 g·kg~(-1)金红石和锐钛矿颗粒处理均导致约30%的Cr释放到水中,主要促进可氧化态和残渣态Cr的溶出,从而促进土壤Cr的活化,大大提高其生态风险;另外,添加4 g·kg~(-1)金红石颗粒处理导致酸可交换态和可氧化态Pb含量分别下降25.92%和33.09%,增强其迁移性;但添加锐钛矿颗粒处理促进土壤中可氧化态Zn的生成,含量提高约30%,有利于Zn的固定;此外,两种纳米Ti O_2颗粒对Cu和Cd的形态均没有明显的影响.因此,纳米Ti O_2对土壤中Cr释放和形态变化影响最大,其次是Pb和Zn,在进行重金属污染土壤的修复及其风险评估时需要特别注意.     

纳米TiO2对底泥中汞释放及活化的影响

为了研究纳米TiO2对底泥汞的释放及活化的影响,采用模拟淹水实验,分析纳米TiO2对底泥和上覆水中总汞和甲基汞浓度的影响,并结合底泥中各形态汞的变化情况探讨纳米TiO2对汞的迁移转化的影响.结果表明,纳米TiO2可促进底泥中汞的释放,导致更多的汞释放到水中,与对照相比,4g·kg-1纳米TiO2导致上覆水中总汞浓度最高时上升91.32%,最终土壤汞的释放量增加约10%,主要原因是纳米TiO2可促进氧化态汞的溶解,这可能会提高水体汞污染的风险.此外,在本实验条件下,短期内纳米TiO2可能降低了底泥甲基汞的形成和释放,但长期淹水后没有明显的影响.总体来看,纳米TiO2对底泥汞释放和转化的影响随浓度升高而增大.因此,随着底泥或土壤中纳米TiO2含量的升高,其对汞的地球化学循环过程的影响可能加剧.     

稳定型纳米零价铁去除地下水中2,4-二氯苯酚

为改善纳米零价铁(NZVI)在水溶液中容易发生团聚和易被氧化的缺点.本文研究利用廉价易得的环境友好型材料羧甲基淀粉钠(CMS)对NZVI进行包覆改性,利用空间位阻效应提高其分散悬浮性.利用透射电镜和X射线衍射研究了改性后的纳米铁微观结构及物相组成,通过化学实验研究其对2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的去除效果.结果表明,改性后的NZVI直径大约在80~100 nm,呈链状或分散颗粒分布,主要物质组成为零价铁,具有强还原性.当CMS的比例为80.00%时,悬浮性最佳;经过CMS包覆改性后,NZVI还保留原有的活性,在不同包覆比例对于2,4-DCP的去除效果的实验中发现,同样CMS比例为80%时去除效果最好,达到83.69%,且有明显的脱氯降解过程.     

纳米Au/TiO2薄膜真空紫外光催化降解甲醛

为提高真空紫外光催化对甲醛的去除率并降低副产物O3的浓度,采用低温吸附法在TiO2薄膜上负载纳米Au.研究比较了UV254nm光催化(TiO2/UV)、真空紫外光降解(VUV)、真空紫外光催化(TiO2/VUV)等3种方法对低浓度甲醛的降解效果.结果表明,TiO2/VUV对甲醛的去除率显著高于VUV和TiO2/UV.TiO2表面负载纳米Au粒子能促进光生电子和空穴的分离.因此,在真空紫外光催化降解过程中, Au/TiO2不仅提高甲醛的降解率,还显著分解副产物臭氧,使尾气臭氧浓度降低32%.而且Au/TiO2薄膜在真空紫外光催化过程中具有很好的稳定性.     

TiO2/膨润土纳米复合光催化剂降解偶氮染料的研究

采用酸性溶胶法合成TiO2 膨润土纳米复合光催化剂 ,并研究其光催化降解阳离子偶氮染料 .X射线衍射 (XRD)分析表明 ,TiO2 膨润土纳米复合物的d0 0 1衍射角为 9 0 6° .该复合催化剂具有较高的光催化降解有机污染物的活性 ,随着光照时间的延长 ,阳离子红GTL的特征峰 490 5nm强度逐渐减弱 ,最后它的特征峰可彻底消失 ,GTL的偶氮键是最活跃的化学键 ,它易于被氧化断键 .该复合催化剂的催化活性受溶液的pH影响较大 ,在中性和碱性条件下其光催化活性更强 .适量的过氧化氢可以加速光催化氧化反应 ,但过量的H2 O2 却抑制了羟基自由基的生成 ,从而使H2 O2 的利用效率下降 ,在本实验条件下其最佳用量是 6mmol L .     

纳米TiO2对短裸甲藻的毒性效应

为了揭示纳米TiO2对藻类的毒性作用和机制,研究了纳米TiO2对短裸甲藻的抑制特性及对酶活性、氧自由基等生理指标的影响.结果表明,纳米TiO2对短裸甲藻的生长有抑制作用,72 h半数致死浓度(EC50)为9.7 mg.L-1.在受试范围内随着纳米TiO2浓度的升高,超氧化物歧化酶(SOD)的活性显著性下降(P<0.05),随TiO2浓度增加,羟自由基的含量和过氧化氢酶(CAT)的活性显著性增加(P<0.05),超氧阴离子自由基含量也呈现升高的趋势.对照组羟自由基的含量是0.083U.mL-1,而在30 mg.L-1的纳米TiO2作用下,羟自由基的含量上升到1.1 U.mL-1.在20 mg.L-1纳米TiO2作用下,随着时间的延长,SOD活性、CAT活性和MDA(丙二醛)在暴露时间为12 h时达到最大,而48 h时降低到最小.12 h SOD的活性是0.14U.(107cell.min)-1,而48 h SOD的活性为0.01 U.(107cell.min)-1,而羟自由基只在48 h处呈显著性上升(P<0.05).纳米TiO2对抗氧化体系和自由基的影响可能与其抑藻机制有关.本研究为揭示纳米材料的环境生态效应提供了基础.