石墨烯基磁性复合材料吸附水中亚甲基蓝的研究

建立了一种超声辅助共沉淀法制备磁性Fe3O4/氧化石墨烯(Fe3O4/GO)纳米粒子.透射电镜和磁滞回线研究表明,该复合物具有小的颗粒尺寸和超顺磁性.该磁性纳米材料可以吸附废水中的染料亚甲基蓝,实验研究了溶液pH值、吸附剂的用量、时间和温度对亚甲基蓝去除率的影响.结果表明,pH值在6~9范围内,Fe3O4/GO都能高效地吸附亚甲基蓝.反应过程在前25 min反应速率很快,到180 min内达到吸附平衡.该磁性纳米材料对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学方程,吸附过程是一个自发和吸热过程.该吸附材料对亚甲基蓝吸附容量高,在313 K时Fe3O4/GO的饱和吸附量为196.5 mg·g-1.另外,可以方便地通过外部磁场分离回收吸附剂,利用过氧化氢可以再生重复使用,是一种优良的吸附染料废水的材料.     

地下水中常见离子对纳米零价铁除Se（Ⅳ）动力学的影响

采用间歇实验对纳米零价铁(nZVI)除四价硒(Se(Ⅳ))进行实验性研究,考察了地下水中共存离子对nZVI除Se(Ⅳ)动力学的影响.结果表明,在厌氧条件下,当nZVI投加量为0.1 g·L-1,Se(Ⅳ)浓度为100μmol·L-1,NaCl浓度为0.01 mol·L-1,pH=7.0,T=25℃±1℃时,投加CO2-3或SO2-4浓度为1 mmol·L-1、腐殖酸(humic acid,HA)为5 mg·L-1时,明显抑制了Se(Ⅳ)的去除.投加0.5 mmol·L-1Ca2+或Mg2+时,对除Se(Ⅳ)影响不大;而Ca2+(3 mmol·L-1)、Mg2+(3 mmol·L-1)时,Se(Ⅳ)的去除效率明显下降.未加共存离子时,Se(Ⅳ)在20 min时基本去除完,共存离子存在的情况下,nZVI对Se(Ⅳ)的去除率在30 min时达到100%.反应过程中二价铁(Fe2+)随着Se(Ⅳ)的去除趋于平稳.ORP在反应过程中快速从正值下降至负值,由此说明nZVI除Se(Ⅳ)的过程发生了还原反应.     

羟基磷灰石-四氧化三铁-沸石复合材料制备及去除水中刚果红研究

采用可溶性磷酸盐、钙离子、二价铁离子、三价铁离子和天然沸石等材料制备了羟基磷灰石-四氧化三铁-沸石(HAPFe3O4-沸石)复合材料,对该复合材料进行了表征,并考察了该复合材料对水中刚果红的吸附作用.结果表明,HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中的刚果红具备良好的吸附能力.当pH由3增加到4或由7增加到11时,HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的去除能力下降;当pH由4增加到7时,对刚果红的吸附能力基本保持不变.HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的去除率随吸附剂投加量的增加而增加,而对水中刚果红的单位吸附量则随吸附剂投加量的增加而降低.HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的吸附动力学过程可以较好地采用准二级动力学模型加以描述,对刚果红的吸附平衡数据可以采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型加以描述.根据Langmuir模型确定的最大吸附容量为117 mg·g-1.(pH 7和303 K).HAP-Fe3O4-沸石复合材料对水中刚果红的吸附是自发吸热并伴随熵增加的过程.当pH为7时,HAP-Fe3O4-沸石复合材料吸附水中刚果红的主要机制包括表面配位作用、氢键作用以及路易斯酸碱反应.采用热再生的方法可以使吸附刚果红后的HAP-Fe3O4-沸石复合材料得到再生,热再生后的复合材料可以循环使用并且对水中刚果红的吸附性能良好.X射线衍射分析结果表明HAP-Fe3O4-沸石复合材料含Fe3O4,磁滞回线结果表明HAP-Fe3O4-沸石复合材料具备较高的磁饱和强度,复合材料吸附刚果红后可以很容易地通过外加磁场的作用快速地与水溶液分离.结果表明,HAP-Fe3O4-沸石复合材料适合作为一种吸附剂去除废水中的刚果红.     

纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和多样性影响研究

为探讨纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和物种多样性的影响,采用纳米Fe0粒子与产乙烯脱卤菌群联合脱氯,并通过气相色谱、PCR-DGGE和TEM等技术手段进行相关表征.结果表明:当纳米Fe0粒子浓度为0~0.50 g·L-1时,体系的脱氯速率提高较小,低于40%,且菌种数量无明显变化;当其浓度为0.50~1.00 g·L-1时,体系的脱氯速率由0.31μmol·h-1提高到0.77μmol·h-1,体系的脱氯速率提高了60%,部分DGGE条带消失,多样性减少.TEM结果显示,产乙烯脱卤拟球菌在与纳米Fe0粒子接触部位有轻度破损,但细胞没有破裂.纳米Fe0粒子浓度较高时对产乙烯脱卤菌群的脱氯有明显的促进作用,但会使产乙烯脱卤菌群物种多样性减少.     

微纳米气泡改善杭州城市河道水生态环境的工程应用研究

于2013年4月至6月在杭州城市河道对微纳米气泡改善河道水生态环境进行了持续的原位监测实验.结果表明,与对照区相比,试验区水体温度平均升高0.7℃,pH增大0.2,溶解氧增加1.0 mg/L,而TDS浓度降低42 mg/L;水质污染指标高锰酸盐指数、总氮、氨氮、总磷平均浓度分别降低了8.45 mg/L、6.78 mg/L、8.90 mg/L和0.58 mg/L.由此可推测微纳米气泡在一定程度上能有效净化水质,为恢复良好水生生态环境提供新的方法和技术手段.     

氧化铁纳米粒子对土壤呼吸作用的影响研究

为了解Fe2O3纳米粒子对土壤有机碳分解矿化能力的影响,本研究采用室内培养实验,探讨了Fe2O3纳米粒子对土壤呼吸作用的影响。结果表明,在土壤中添加Fe2O3纳米粒子能够增强土壤呼吸作用,当Fe2O3纳米粒子加入量为10 g·kg-1时,土壤呼吸作用最强。本研究表明Fe2O3纳米粒子具有增强土壤有机碳分解矿化的作用。     

不同磷水平下丛枝菌根真菌对纳米氧化锌生物效应的影响

纳米ZnO颗粒是应用最为广泛金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,对作物和土壤微生物的影响值得关注.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是自然界中普遍存在的植物-真菌共生体,对各种环境胁迫具有一定的抵御能力,但菌根效应受土壤和植物磷含量的影响.分别设置0、20、50、100 mg·kg~(-1)这4个磷水平,在接种或不接种AM真菌Funneliformis mosseae、添加或不添加纳米ZnO(500 mg·kg~(-1))条件下在温室中利用玉米进行土壤盆栽试验.结果表明,纳米ZnO没有显著影响玉米生长,但不利于菌根侵染和磷素吸收,并引起锌在植物体内的积累.纳米ZnO和高磷降低玉米菌根侵染,但AM真菌在所有磷水平下均显著促进植物生长.施磷和接菌均可使土壤p H升高、降低纳米ZnO源锌的生物有效性,从而降低锌向玉米地上部分的转运和积累,体现出一定保护作用.接菌在多数情况下显示出积极的菌根效应,尤其在低磷、添加纳米ZnO条件下更为显著.结果首次表明,AM真菌、磷肥均有助于减轻纳米ZnO引起的土壤污染及其所产生的生态和健康风险.     

长期暴露下纳米二氧化钛对典型淡水藻体砷累积与生物转化的影响

以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为研究对象,通过室内培养实验,研究了长期暴露下纳米二氧化钛(nano-TiO_2)对五价砷[As(Ⅴ)]在典型淡水藻体中累积与生物转化的影响.结果表明不同藻类对无机砷的吸收和转化能力差异很大.长期暴露下斜生栅藻累积的砷(As,以DW计,下同)高达(819.66±11.25)μg·g-1,比铜绿微囊藻累积的As[(355.95±8.31)μg·g-1]高2倍多.Nano-TiO_2可增加藻体对As的吸收累积,降低了培养基中As的含量.同时,nano-TiO_2可增加藻体对As(Ⅴ)的生化转化;其中,铜绿微囊藻中有机砷以二甲基砷(DMA)为主,而斜生栅藻中有机砷以一甲基砷(MMA)为主.另外,长期暴露下nano-TiO_2处理的铜绿微囊藻和斜生栅藻向培养基释放的甲基砷小于对照组,表明长期暴露中的nano-TiO_2不能促进藻体内甲基砷的释放.研究结果可促进nano-TiO_2与As相互作用时生态风险的理解.     

TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附性能研究

利用纳米TiO_2对膨润土进行复合改性,制备TiO_2/膨润土复合材料.采用电镜扫描、X-射线衍射表征改性前后膨润土的结构和形貌.通过室内模拟实验,以膨润土为对照,研究不同添加量、pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等条件下,TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附特性与性能,同时通过正交试验,探究TiO_2/膨润土复合材料吸附Hg~(2+)的最优条件.结果表明,改性后的膨润土颗粒明显变小,且颗粒疏松多空孔,层间距增大.相比于膨润土,TiO_2/膨润土复合材料吸附性能得到极大提高.TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率均随着添加量、pH、吸附时间的增大而增大,添加量为1.5 g·L~(-1)、pH为7.0、吸附时间为120 min时,吸附率达98.0%以上.但TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率随着初始Hg~(2+)浓度的增大而减小.通过4种动力学模型拟合发现,吸附过程符合假二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.吸附等温线更符合Langmuir等温方程,属于典型的单分子层吸附,最大吸附量为20.66 mg·g-1.吸附Hg~(2+)的最优实验条件:添加量为2.0 g·L~(-1),pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为45 mg·L~(-1),吸附时间为16 h,此时吸附率99.9%,平衡浓度为0.034 mg·L~(-1).     

ZnO-PMMA复合材料光催化去除水中低浓度氨氮

通过水热法制备纳米ZnO,采用热粘固法成功地将其负载于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球表面,并对ZnO-PMMA复合材料光催化去除水中低浓度氨氮的能力进行了考察.同时,探究了负载比例、初始氨氮浓度、催化剂浓度和pH对低浓度氨氮去除效率的影响.实验结果显示,PMMA改善了纳米ZnO的分散性和光催化能力,ZnO-PMMA能够有效地催化去除氨氮废水.在汞灯照射下,当pH=12、温度为30℃时,1 g·L~(-1)的催化剂(ZnO-PMMA)对50 mg·L~(-1)的氨氮废水去除率达到66%,且反应产物硝氮和亚硝氮含量较低,体现了该催化剂具有将氨氮转化为N2的良好的光催化降解能力.同时,纳米材料可以简单方便地回收,减轻了对环境的潜在影响,符合绿色化学的原则.