温和水热法合成钛酸盐纳米管及其对水中重金属离子的吸附研究

采用温和水热法一步快速合成了钛酸盐纳米管(TNTs),并应用于对水中重金属离子Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附.通过选择纳米级锐钛矿替代P25型二氧化钛作为反应原材料,成功将水热反应时间从72 h缩短至6 h.TEM,XRD和FT-IR等表征证实了新合成材料的为管状钛酸盐结构.TNTs对3种重金属离子的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线均符合Langmuir模型,且对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的理论最大吸附量分别高达525.58、214.41和69.65 mg·g~(-1).p H=5时,吸附动力学实验表明对于初始浓度分别为200、100和50 mg·L~(-1)的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ),在TNTs上的平衡吸附量分别为513.04、212.46和66.35 mg·g~(-1),吸附性能优于传统吸附材料.合成的TNTs结构为三联的[Ti O6]八面体骨架和层间H+/Na+,其吸附机理为金属阳离子与TNTs层间Na+的离子交换.同时,共存离子对吸附的影响实验表明TNTs对重金属离子的吸附存在选择性,即使在较高的共存离子浓度下(10 mmol·L~(-1))TNTs对目标重金属离子的吸附性能依然优异.该研究提供了一种应用钛酸纳米材料高效去除水体重金属离子的方法.     

合成时间对钛酸盐纳米材料的影响及其吸附水中铅的性能研究

以Ti O2(ST-01)和Na OH为原料,采用碱性水热法通过调节反应时间合成不同形貌的钛酸盐纳米材料(TNs),利用XRD、SEM、BET对材料的形貌、结构、比表面积和化学组成等物化性能进行表征,并通过其对水中Pb(Ⅱ)的静态吸附实验,考察材料对Pb(Ⅱ)的吸附性能和吸附规律.结果表明,12~72 h合成的TNs均为纯净的单斜相钛酸盐,比表面积为243.05~286.20 m2·g-1;12~36 h合成的TNs主要为片状结构,48 h以上的TNs为线状结构.TNs-12、TNs-24、TNs-36、TNs-48、TNs-60和TNs-72对Pb(Ⅱ)的吸附量分别为479.40、504.12、482.00、388.10、364.60和399.00 mg·g-1,片状的TNs对Pb(Ⅱ)具有比线状更高的吸附能力,其中以TNs-24对Pb(Ⅱ)的吸附量最高.TNs-24对Pb(Ⅱ)的吸附结果符合准二级动力学模型和Langmuir模型,吸附平衡时间为120 min;TNs对Pb(Ⅱ)的吸附为放热过程,低温或室温便有较高的吸附量;最佳吸附p H为5.0;当p H为1.0时,TNs-24的解析率可达到99.00%;再生的TNs对Pb(Ⅱ)循环吸附6次的去除率仍可达到97%以上,可见TNs可很好地去除水中重金属Pb(Ⅱ).因此,最佳合成时间可控制在12~24 h;当溶液中存在共存Cd(Ⅱ)或Ni(Ⅱ)时,TNs-24对Pb(Ⅱ)的平衡吸附量及去除率均有所下降;吸附机制主要是Pb(Ⅱ)与TNs层间的H+和Na+发生离子交换作用.     

二氧化钛光催化氧化阿散酸

阿散酸(p-arsanilic acid,ASA)是一种重要的有机砷化合物,较无机砷更加难以去除,目前关于去除水中ASA研究少有报道.本研究主要评价了TiO_2光催化剂(P25)对ASA的去除效果,考察了P25投量、pH和光照强度对其光催化氧化ASA的影响,探究了ASA光降解产物和主要机制.结果表明,在P25催化作用下,模拟自然光可氧化降解ASA为As(V),最终通过P25对As(V)的吸附作用将水中砷有效去除.当ASA初始浓度为2 mg·L~(-1),P25投量为1 g·L~(-1)时,光催化氧化-吸附0.5 h后,水中剩余砷的浓度约为0.34 mg·L~(-1).酸性条件下ASA的去除率远远高于碱性条件,最佳光照强度为68.5 mW·cm~(-2).P25光催化氧化ASA过程中羟基自由基起到了主要作用.     

大气汞均相和非均相化学反应过程研究进展

作为环境中汞传输的最重要通道,大气在汞的全球生物地球化学循环和传输扩散中起着极其关键的作用.大气环境成分复杂,汞在随大气环境传递过程中会经历复杂的化学反应,并导致不同形态之间相互转化,这也成为影响大气汞远距离传输尺度的关键因素.本文主要对大气汞在不同相界面之间的分配过程和主要影响因素(包括相界面的物理化学性质和外部环境条件等)进行了总结;对大气Hg0主要氧化反应过程(卤族元素氧化和O_3、OH·氧化)进行了阐述;对大气Hg~(2+)还原反应过程,尤其是光致还原反应等进行了梳理.如何综合运用野外监测分析和室内模拟等,利用微观分子表面分析等新技术明确大气汞均相、非均相反应过程,并将反应机理与大气汞传输过程模拟系统融合,将是未来大气汞研究的重要内容之一.     

福州清洁地区夏季和秋季VOCs浓度特征及化学反应活性

挥发性有机物(VOCs)的臭氧生成潜势引起广泛关注.2014年夏季和秋季对福州清洁地区鼓山挥发性有机物浓度特征及化学反应活性进行监测研究.鼓山夏季总挥发性有机物平均浓度为(262.57±256.71)μg·m-3,低于秋季(330.74±254.38)μg·m-3.两季平均VOCs浓度组成为烷烃(115.37±20.99)μg·m-3,含氧化硫烃(66.54±2.10)μg·m-3,卤代烃(63.17±13.96)μg·m-3,烯烃(34.20±5.50)μg·m-3,芳香烃(17.38±5.65)μg·m-3.VOCs浓度日变化趋势表现出明显的季节特征.通过比较VOCs各物种的化学反应活性,发现鼓山站点两季中烯烃类浓度远低于烷烃,但其具有最大臭氧生成潜势,约为烷烃的3倍,其次是烷烃和芳香烃.此外,异戊二烯对臭氧生成的贡献亦大.对优势物种进行分析,并选取间/对-二甲苯和乙苯环境浓度的比值作为评价气团老化程度的指标,结果表明:鼓山VOCs主要来源于交通源,夏季主要来自于大气的远程输送,而秋季受局地交通排放源影响较大.     

水溶液中Al3+第三水化层对Al(H2O)63+水交换特性影响的密度泛函理论研究

针对水溶液中铝离子第三水化层(hydration shell)对Al(H2O)63+动态水交换反应特性的影响,本文采用密度泛函理论(Density functional theory, DFT)在B3LYP/6-311+G(d,p)基组水平上进行了研究.探讨了第三水化层对第一到第二水化层水交换反应速率常数kex1-2以及第二到三水化层水交换反应速率常数kex2-3的影响.研究结果表明,在第三水化层添加不同数目水分子时相应于kex1-2和kex2-3的活化能垒变化均不大,表明第三水化层对水交换反应速率常数kex1-2和kex2-3影响不大,采用第二水化层就可以较好处理Al(H2O)63+的真实溶剂效应.     

铝-8-羟基喹啉配合物静态结构和动态水交换的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)量子化学计算方法对铝-8-羟基喹啉配合物(Al-8-Hq)的静态结构以及水交换反应进行了研究,系统地开展了以下工作:(1)采用GP-PCM(气相模型并考虑本体溶剂效应)在B3LYP 6-311+G(d,p)水平优化了Al-8-Hq溶液中可能存在的8种构型,获得了相应的静态结构参数、NPA电荷和能量;(2)采用GIAO方法在HF 6-311+G(d,p)水平下计算了1:3配合物的27Al NMR化学位移,结果表明采用HF的GP-PCM模型化学位移计算值与实验值一致;(3)通过模拟1:1/1:2配合物8个不同位点的动态水交换反应,探讨了水交换反应机制并预测了水交换反应速率.本研究有助于从原子层面加深对Al-8-Hq配合物形态结构以及水交换反应动力学过程的理解和认识.     

μ-H2O-桥联均相铁(Ⅲ)催化剂的合成及其对邻苯二甲酸二丁酯的降解性能

合成了μ-水桥联的双核铁（Ⅲ）配合物[Fe2（μ-H2O）（TS）4（H2O）2]2Cl4·4H2O］（μ-H2O-Fe（Ⅲ）-TS）（TS=N,N'-triethylentetramine-salicylideimine;即三乙烯四胺水杨醛亚胺）,并以其为催化剂、通过类Fenton反应考察了其对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的催化降解性质.结果表明,μ-H2O-Fe（Ⅲ）-TS在可见光条件下即可对DBP进行高效催化降解.采用UV-vis谱监测了μ-H2O-Fe（Ⅲ）/DBP/可见光体系在加入H2O2前后不同时间的光谱,结果表明催化剂的活性位点可能为Fe（Ⅲ）-H2O-Fe（Ⅲ）中心,形成了有利于H2O2活化的Fe（Ⅲ）-H2O-Fe（Ⅲ）-H2O2过渡态,使得·OH可以在可见光作用下便可产生.降解实验研究表明,在pH值3.0-8.0范围内,μ-H2O-Fe（Ⅲ）-TS的浓度为1.16-11.56 μmol·L-1,H2O2的浓度为0.408-40.8 mmol·L-1,μ-H2O-Fe（Ⅲ）-TS/H2O2/可见光体系均能在5 min内对浓度为14.39-143.88 μmol·L-1的DBP实现近100%降解,较普通Fenton反应体系有更宽的pH适用范围.μ-H2O-Fe（Ⅲ）-TS可循环使用,是有优异潜力的水中DBP绿色降解催化剂.     

Effects of ferric oxide on decompositions of methyl ethyl ketone peroxide

Methyl ethyl ketone peroxide (MEKPO) is a widely used initiator for polymerization reaction and hardener in glass-reinforced plastic. However, MEKPO is an unstable reactive chemical and has caused several serious accidents all over the world. This work studied the thermal stability of MEKPO in the presence of ferric oxide as the contaminant through calorimetric and kinetic studies. The calorimetry was performed using Automatic Pressure Tracking Adiabatic Calorimeter (APTAC) to identify the effects of ferric oxide (different concentration) on important reactive hazards such as onset temperature and pressure hazard. Kinetic modeling was then performed to study the kinetics of the runaway reaction and estimate important kinetic parameters. The results indicate that in the low concentration range (<0.3%), ferric oxide has no significant effect on the thermal stability of MEKPO. However, in the high and intermediate concentration range of ferric oxide (i.e., 10%), the negative effect on the thermal stability of MEKPO was observed. This result is in agreement with the kinetic study result that the activation energy and frequency factor decrease dramatically in the high ferric oxide concentration range. The results provide necessary process safety information for the handling of MEKPO and also technical basis for the further study in this area.     

低频超声辐照降解间苯二酚水溶液的研究

利用低频超声波对模拟间苯二酚废水进行研究,主要讨论间苯二酚本身性质以及超声操作声强对降解的影响,并通过自由基清除剂实验判定该反应的反应类型.结果表明,间苯二酚本身性质以及超声声强对间苯二酚的超声降解影响都比较大,并且该超声降解反应过程以自由基氧化反应为主,同时该反应遵循表观一级动力学反应特征.初始浓度为200mg/L的间苯二酚反应液经强度0.4 W/cm2的超声波辐照4 h后,降解率为48.6%.