纳米零价铁对铀尾矿库土壤中铀形态分布及固定效果的影响

针对纳米零价铁(nZVI)对铀尾矿库土壤中铀形态分布和U(Ⅵ)固定效果影响问题,采用逐级化学提取、毒性浸出(TCLP)和磁性分离实验,利用SEM-EDS和XRD对nZVI固定前后的铀尾矿土壤进行表征;研究了nZVI在不同投加量和pH条件下,对尾矿库土壤固定前后铀的形态分布和固定效果的影响,并对nZVI的固定机理进行了探讨。结果表明：当nZVI的投加量为8%、pH为5时,土壤中U(Ⅵ)的固定效果最好,固定后土壤中铀的毒性浸出值仅为13.98%;对经过nZVI处理后的铀尾矿土壤进行磁性分离发现,磁性和非磁性土壤重量占比分别为32.87%和67.13%,其铀含量分别达到55.05%和44.95%,说明nZVI对土壤中的U(Ⅵ)有较好的富集作用。nZVI对铀尾矿库土壤中的U(Ⅵ)有较好的原位固定和富集效果,并能减少土壤中铀的析出。     

给水厂铁铝泥构建过滤柱去除富营养化河水中过量磷

为避免因FAS释放过量有机物和氮而产生的潜在不利影响,分析了以给水厂铁铝泥(FAS)构建过滤柱处理富营养化河水的特征与机制,研究了以厌氧热处理改性后的FAS作为辅助基质(2%)构建过滤柱。结果表明：在对其他性质无影响的情况下,FAS的添加显著提高了过滤柱对水体中磷的去除率,促使出水磷浓度在整个运行期间小于0.01 mg·L-1;被FAS吸附的磷主要以NaOH提取态、HCl可提取态和残渣态存在。高通量测序分析结果表明,FAS的添加促使过滤柱中富集了Rhodoplanes、Sulfuritalea、Nitrospira、Leucobacter、Geobacter、Dechloromonas等有助于生物地球化学循环和复合污染控制的菌群。FAS作为辅助基质构建过滤柱可有效控制富营养化河水中磷污染。     

赤铁矿的硫化改性及硫化产物对水中六价铬的还原固定化

以赤铁矿为原料、硫化钠为硫化试剂,对赤铁矿进行了硫化改性,考察了硫化赤铁矿(SH) 对水中六价铬Cr(Ⅵ) 的还原固定化性能。 Langmuir等温吸附模型拟合结果表明,该材料在pH=7时对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为66.7 mg·g⁻¹,约为原始赤铁矿的39倍。SH对 Cr(Ⅵ) 的去除过程符合准二级动力学模型,表明该过程可能受化学吸附控制。进一步采用TEM、XRD等手段对SH进行了表征,并结合材料吸附前后的XPS图谱变化,对SH去除水中 Cr(Ⅵ) 的机制进行了分析。结果表明, 与未改性的赤铁矿相比,硫化改性赤铁矿对Cr(Ⅵ)去除性能显著提高的原因可能源于赤铁矿表面形成的铁-硫化合物层。在SH还原固定化 Cr(Ⅵ) 的过程中,表面硫化层中的还原性物质FeS、吸附态 Fe(Ⅱ) 和 S(-II) 将 Cr(Ⅵ) 还原为 Cr(Ⅲ),从而实现对Cr(Ⅵ) 的稳定化。     

纳米零价铁与黑曲霉发酵液联用对砷锑污染土壤的淋洗修复

土壤砷 (As) 、锑 (Sb) 污染对生态环境和人体健康有着潜在的风险,采用黑曲霉发酵液 (FB) 与纳米零价铁 (nZVI) 联用淋洗修复As、Sb污染土壤。通过振荡淋洗实验,探究nZVI强化FB淋洗去除As、Sb的效果及不同条件下对As、Sb淋洗效率的影响。结果表明,制备的FB对污染土壤中As和Sb有着较好的去除效果,去除率可达84.1%和71.8%;nZVI对FB去除As、Sb有强化作用,在nZVI质量浓度为0.1 g·L⁻¹、pH为1和淋洗时间为60 min的条件下,其淋洗效果最佳,对As、Sb淋洗效率可达96.6%和95.6%,修复后的土壤达到《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准 (试行) 》 (GB 36600-2018) 二类用地标准。nZVI-FB对土壤中As、Sb的解吸动力学符合拟二级动力学方程。nZVI-FB能够有效的提取土壤中As、Sb的铁铝氧化物结合态。本研究结果可为As、Sb复合污染土壤的淋洗修复提供参考。     

印染污泥与铁尾矿磁化焙烧回收铁资源

我国铁尾矿累计堆存量超1×10¹⁰ t,主要为难选的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等,由于脉石矿物组成复杂,重金属等有害杂质含量高,难以直接资源化利用。利用铁尾矿与印染污泥共同磁化焙烧,回收铁尾矿和印染污泥中铁资源,研究了焙烧温度、焙烧时间和印染污泥掺烧量对铁品位和铁回收率的影响及作用机制。最佳焙烧条件为,800 °C、30 min、印染污泥掺烧量15%,对焙烧产物进行120 mT的湿法磁选,得到铁品位63.78%,回收率92.58%的铁精矿。铁尾矿中的针铁矿失水留下孔隙转化为赤铁矿,进而被还原为磁铁矿,其还原路径为FeO(OH)→Fe₂O₃→Fe₃O₄。SEM+MAPPING分析结果表明,磁化焙烧后赤铁矿和铝化合物的连生体被破坏,通过磁选可提升铁精矿品位及回收率。本研究可为印染污泥和铁尾矿的协同处理及资源化利用提供参考。     

铁氧化物/活性炭对饮用水中Sb(V)的吸附性能及机理

采用液相沉积法制备了铁氧化物/活性炭复合材料(Fe₂O₃@AC),通过单因素实验和正交实验优化了材料的制备条件,使用SEM、FTIR、XRD、XPS等分析方法对材料的形貌和性质进行了表征分析,通过吸附实验探究了Fe₂O₃@AC吸附除锑的效果及影响因素,并进一步对吸附除锑的机理进行了深入探讨。结果表明：最佳制备条件为纯水:乙醇:=4:1,Fe²⁺:Fe³⁺=1:1,总铁浓度为0.594 mol·L⁻¹,制备液pH=1.88。Fe₂O₃@AC吸附除锑的能力较其他金属基材料和活性炭有明显提高,锑原水质量浓度为38 μg·L⁻¹,Fe₂O₃@AC投加量为0.08 g·L⁻¹,吸附平衡后水中锑的去除率达97%,剩余锑质量浓度为1.06 μg·L⁻¹,满足国家饮用水卫生标准要求。微观表征显示铁氧化物颗粒成功负载于活性炭上,且铁氧化物晶体的结构完好。吸附反应符合准二级动力学和Langmuir等温模型,吸附反应以单层化学吸附为主,吸附类型为液膜扩散,颗粒内扩散,质量扩散的叠加形式。吸附方式为共沉淀,及溶解态锑与固相铁氧化物形成络合物,参与反应的官能团为—OH、—COOH、—Fe—OH、—Fe—O—Fe。     

絮凝-电解氧化联合处理氰化提金废水

采用絮凝-电解氧化联合技术处理氰化废水,主要研究了聚硅酸铝铁 (PSAF) 添加量、絮凝时间、pH、电压、电解时间、极板间距对总氰(CN_T)、游离氰(CN⁻)、Cu、Zn离子去除率的影响,并对其反应机制做了分析。研究表明,当PSAF添加量为2 g·L⁻¹,絮凝时间为30 min,pH为9条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率分别可达42.97%、100%、84.40%、34.88%。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的吸附量分别为567.88、89.76、439.74 mg·L⁻¹。以钛板为阴极,石墨板为阳极,采用一阴两阳体系对絮凝后液进行电解氧化实验,在电压为3 V、电解时间为2 h、极板间距为10 mm条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率可达91.70%、100%、99.15%、94.49%。絮凝过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的去除是由电荷中和和化学吸附共同作用的,其中电荷中和起主要作用。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN^-的化学吸附主要归因于其与PSAF水解产生的羟基阳离子发生交换反应。XRD分析表明,加入酸性絮凝剂PSAF的瞬间,部分Zn(CN)₄^2-反应为Zn(CN)₂沉淀。电解氧化过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻破络释放的氰根会被阳极表面产生的O₂、·OH完全氧化为N₂和CO₂,Zn、Cu离子在阴极板电沉积而被去除。     

不锈钢纤维毡改性材料的制备及在微生物燃料电池中的应用

为制备一种导电性高、生物相容性良好且耐腐蚀的阳极材料,提高微生物燃料电池(MFC)的产电性能,以不锈钢纤维毡(SSFF)为基底,采用水热反应法制备了还原氧化石墨烯/不锈钢纤维毡(RGO/SSFF),并进一步采用粉体烧结法将纳米二氧化钛(TiO₂)负载至RGO/SSFF,制备了二氧化钛/还原氧化石墨烯/不锈钢纤维毡(TiO₂/RGO/SSFF),将SSFF(对照)、RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF分别作为MFC的阳极(对应的MFC分别命名为MFC-CK、MFC-RG和MFC-TRG)以探究改性材料对MFC去除水体中耗氧有机物和产电性能的影响。结果表明：与SSFF相比,RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF具有更大的电容(Q为413.9 mF和446.9 mF),更小的界面转移电阻(R_ct为19.65 Ω和18.16 Ω),更高的交换电流密度(i₀为1.56×10⁻⁵ mA和2.07×10⁻⁴ mA);MFC-TRG对水体COD去除速率最高可达929.62 mg·(L·d)⁻¹;MFC-RG和MFC-TRG稳定输出电压分别为245 mV和280 mV,比MFC-CK提高了88.5%和115.4%;MFC-RG和MFC-TRG的功率密度输出分别为 337.50 mW·m⁻²和472.03 mW·m⁻²,比MFC-CK提高了163.9%和233.9%。由此可知,改性后的RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF阳极成功提高了MFC的产电性能。该研究结果可为后续MFC阳极改性研究提供参考。     

铁改性竹屑生物炭的添加对苦草 (Vallisneria spiralis)水质净化及其生理特性的影响

利用苦草水质净化模拟系统,通过循环批次实验考查在系统基质中添加3%的不同浓度FeCl₃改性竹屑生物炭对系统水质净化效果和苦草生理生化特性的影响。结果表明,栽种苦草提高了系统净化NH₄⁺-N、TN、TP、COD的效率。随着FeCl₃浓度的升高,系统净化NH₄⁺-N的效果增强,TN的效果影响不大,而COD、TP的效果降低。添加3%的0.10 mol·L⁻¹和0.20 mol·L⁻¹ FeCl₃改性竹屑生物炭抑制苦草生长及其光合作用,导致苦草体内过氧化物酶 (POD) 活性增强及丙二醛(MDA)含量升高,诱导了细胞脂质过氧化;添加3%的0.05 mol·L⁻¹ FeCl₃改性竹屑生物炭,促进苦草根系生长,提升苦草根系活力。低浓度(0.05 mol·L⁻¹)FeCl₃改性竹屑生物炭在强化水质净化,促进苦草生长恢复具有一定的应用潜力。     

纳米Fe3O4对污泥厌氧产沼气性能的影响

对采用共沉淀法制备的纳米Fe₃O₄颗粒进行表征,并探究在中温(35 ℃)厌氧消化过程中纳米Fe₃O₄浓度对产气性能的影响。结果表明:纳米Fe₃O₄浓度为100 mg/L时可使厌氧体系中的氨氮浓度维持在600~1 200 mg/L,pH为7~8,TCOD_Cr以及SCOD_Cr去除率分别提高了8.35%和9.90%;该浓度下厌氧体系中产生的挥发性脂肪酸(VFA)浓度最大,可达4 300 mg/L,且强化了对乙酸的利用;该试验组的产气性能最好,相对于空白组,其累积产气量提高了28.08%,产气周期缩短了2 d,甲烷浓度提高了6%。