铝灰碱法烧结熟料溶出过程及超声协同作用研究

二次铝灰碱法烧结熟料溶出过程是回收氧化铝的重要环节,当溶出过程关键参数控制不当,会造成氧化铝溶出率低、能耗较高。为了提高氧化铝溶出率,了解氧化铝溶出机制,降低溶出过程能耗,探究了二次铝灰碱法焙烧熟料常压溶出过程中温度、时间、液固比与熟料中氧化铝溶出率的关系及熟料中NaAlO_(2)溶出过程动力学,考察了施加超声对氧化铝溶出率的影响。结果表明:熟料溶出过程优化参数为溶出温度为80℃、溶出时间为15 min、液固比(体积质量比,mL/g)为15,氧化铝溶出率可达92.3%;溶出动力学表明,NaAlO_(2)溶出过程受内扩散控制,表观活化能为13.45 kJ/mol;发现施加超声可在相同氧化铝溶出率下降低溶出温度至70℃并缩短溶出时间至9 min。该研究结果可为二次铝灰碱性焙烧熟料溶出过程降低能耗和提高效率提供新的理论参考和基础数据。

AO工艺高效处理N,N-二甲基甲酰胺废水的研究

利用微生物高效降解N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的研究是一项极具挑战的课题。通过缺氧驯化(HA)筛选并获得高效降解DMF的菌群是研究DMF废水生化降解的关键。微生物群落扩增子测序(16S rDNA)结果表明,驯化出的缺氧菌群中Proteobacteria、Firmicutes和Euryarchaeota为降解DMF的优势菌门,其中Zavarzinia、Petrimonas、Acholeplasma、Brevundimonas、Arenimonas和Bosea在缺氧条件下可以有效降解DMF,且DMF降解菌的相对丰度与DMF降解效率具有明显相关性。当HA污泥中DMF降解菌的相对丰度达到86.37%时,HA污泥对210 mg·L^(-1)的DMF去除效率达到99.98%。DMF降解菌降解DMF的产物为二甲胺(DMA)和甲胺(MMA)。DMF降解菌的相对丰度低于40.25%时,HA污泥对DMF的去除效率仅为57.22%,DMA对DMF降解菌表现出明显的抑制作用。实验采用缺氧/好氧联合(AO)工艺进一步提高了出水水质,好氧污泥(AS)出水中DMA和MMA的浓度均小于0.5 mg·L^(-1),且AS反应器出水中化学需氧量(COD)≤40.6 mg·L^(-1),该水质满足GB 21902-2008《合成革与人造革工业污染物排放标准》中对现有企业污染物排放的要求。

硫氰酸铵辅助双氰胺制备g-C_(3)N_(4)及其光催化性能研究

以双氰胺和硫氰酸铵为前驱体,将它们按照不同的质量比混合,600℃高温煅烧制备g-C_(3)N_(4)同型异质结复合材料光催化剂。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、紫外-可见漫反射吸收光谱仪(UV-vis DRS)等对制备的材料进行了表征分析。以罗丹明B为模拟污染物,考察了制备的g-C_(3)N_(4)在可见光(λ>420 nm)下的催化活性及循环利用稳定性。通过活性物种捕捉实验探寻其降解机理,结果表明,双氰胺与硫氰酸铵按3∶2混合制备的g-C_(3)N_(4)的光催化降解罗丹明B的效率2 h达到了92.53%,是纯双氰胺制备的g-C_(3)N_(4)的1.35倍,是纯硫氰酸铵制备的g-C_(3)N_(4)的1.75倍。以双氰胺和硫氰酸铵为前驱体制备的g-C_(3)N_(4)是同型异质结,提高了光生载流子的分离效率,活性物种捕捉实验表明对催化活性起主要作用的是超氧自由基(·O_(2)^(-))。

腐殖酸复配凹凸棒石对土壤Cd污染的钝化效果

将凹凸棒石与腐殖酸结合制备新型钝化材料,并测试其对土壤重金属Cd的钝化效果。结果表明,腐殖酸复配凹凸棒石产生了新的活性官能团,增强了其对重金属的吸附作用。腐殖酸和凹凸棒石质量比为1∶5时,能够将土壤pH值和电导率分别提高至7.31和366.00μS/cm。土壤中重金属Cd的酸溶态含量较对照组降低34.10%;重金属Cd的还原态和残渣态较对照组分别升高21.09%和63.13%。不同配比的腐殖酸与凹凸棒石材料均能降低土壤中Cd的环境风险因子和潜在风险指数,其中当腐殖酸与凹凸棒石的质量比为1∶5时,降低效果显著。综合表明,腐殖酸复配凹凸棒石能够作为有效的钝化材料来修复土壤中的重金属Cd污染。

TiO2薄膜光催化体系中羟基自由基的水杨酸分子探针法测定

以水杨酸为分子探针物,以分光光度法测定了纳米TiO2薄膜光催化体系中产生的羟基自由基(.OH).结果表明,水杨酸的自然氧化程度较低,可以作为分子探针测定.OH的产生;实验中最佳的光照时间为60min;水杨酸浓度对·OH的测定影响较大,其最佳值为50mg·L-1;pH值对.OH的测定影响较大,最佳值为6;最佳实验条件下,分析得到.OH的稳态浓度为1.68×10-14mo·lL-1.

TiO_2薄膜的Ag改性及光催化活性

用光化学沉积法对纳米TiO2薄膜进行了Ag改性,用漫反射紫外-可见光谱、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析了Ag-TiO2薄膜的光谱特征、表面形貌和表面组成.以苯酚为模拟污染物,在不同波长光源及有氧和无氧条件下考察了Ag-TiO2薄膜的光催化活性.结果表明,当银沉积量大于0.0150mg/cm2时,Ag-TiO2薄膜对紫外光的吸收发生了明显的蓝移,同时在346nm附近出现了小的吸收峰且该峰随着银沉积量的增加逐渐向长波方向移动.沉积在TiO2薄膜表面的银颗粒大小不均匀,主要以单质银的形式存在,也生成了部分Ag2O;相对于TiO2薄膜,Ag-TiO2薄膜表面吸附氧的含量明显增大.Ag-TiO2薄膜的光吸收特性对其催化活性影响较大.在低压汞灯及有氧参与的条件下,银沉积量为0.0523mg/cm2的Ag-TiO2薄膜的催化活性最高,其反应速率常数是TiO2薄膜的1.16倍.Ag+更易沉积在较大n值的Ag簇上,其颗粒大小不可能完全均匀.Ag-TiO2薄膜的光吸收特性、Ag簇的大小以及Ag对O2的吸附作用是决定Ag-TiO2薄膜催化活性的主要因素.

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化降解甲醛的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl-,SO42-,HPO42-/HPO24-,HCO3-/CO32-和NO3-),分别考查了其对TiO2薄膜光催化降解模拟甲醛废水的反应速率的影响;从上述离子的光吸收,对.OH的捕获及其生成的相应的无机自由基的氧化作用以及与甲醛的竞争吸附3个方面讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化降解模拟甲醛废水的反应速率的原因。结果表明,HCO3-/CO32-对TiO2薄膜光催化降解甲醛具有抑制作用,Cl-和SO24-的影响不大,H2PO4-/HPO42-和NO3-具有促进作用。造成上述结果的主要原因是HCO3-/CO23-具有很强的.OH捕获作用;Cl-,SO24-对.OH捕获作用以及竞争吸附都较弱;H2PO4-/HPO24-在TiO2表面具有较强的吸附能力,释放出的H+起到了酸催化剂的作用;NO3-在紫外光的照射下可以产生.OH,此外NO3-作为电子受体而降低了TiO2表面光生电子和空穴的复合几率。

TiO_2/PPY/Fe_3O_4的水热法制备及其光催化与磁回收性能

以化学氧化法制备的聚吡咯（PPY）包覆Fe3O4复合材料为磁核,用水热反应法（170℃,pH=7±0.2）在其表面负载了纳米Ti02,制成壳/壳/核结构的磁载二氧化钛光催化剂.并用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶红外分光光度计（FT-IR）、振动样品磁强计（VSM）、Zeta电位仪对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质以及磁核的表面电位进行了表征分析.以初始浓度为25mg/L的苯酚溶液为模拟污染物,对其进行光催化降解以考察其催化活性;并以自制的磁回收装置考察其磁回收率.结果表明,所制备的Ti02粒径在4~7nm,具有混晶结构,其中锐钛矿占95.2%,金红石占4.8%;PPY对Ti02在磁核表面的负载具有促进作用,TiO2在PPY/Fe3O4表面负载牢固;催化剂TPF（nTiO2：n PPY：nFe3O4=30：2.1：1）具有良好的壳/壳/核结构,其磁感应强度为40emu/g,具有超顺磁性;所制备的催化剂光催化降解苯酚符合假一级反应动力学方程,其中纯TiO2、P25、TPF反应速率常数K值分别为0.0279、0.0264、0.0252,TPF循环使用5次后K值为0.020,催化活性略有降低,循环使用平均回收率可达到90.35%.该法制备的磁载Ti02光催化剂具有优良的催化活性和磁回收性能,具有良好的应用前景.

纳米TiO_2薄膜在不同基质表面的负载及光催化性能

以釉面陶瓷和普通钠钙玻璃为载体,用溶胶凝胶法在其表面进行了纳米TiO2薄膜的负载.采用X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜进行了表征与分析.结果表明,TiO2为完全的锐钛矿型,平均粒径约为15nm;TiO2薄膜在2种载体上分布均匀,膜厚约为300nm;TiO2薄膜在釉面陶瓷表面呈连续分布,而在玻璃表面上出现了破裂现象;2种载体中的一些基质离子在TiO2薄膜均有渗透.光降解实验表明,2种载体上的TiO2薄膜对亚甲基蓝的降解均符合一级反应动力学.TiO2/釉面陶瓷催化活性大于TiO2/玻璃,该薄膜对实际生产多菌灵废水具有催化降解作用.2种载体上的TiO2薄膜重复使用20次,对亚甲基蓝的去除率降低约2%.

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl-,SO24-,HCO3-,NO3-以及HPO24-/H2PO4-),分别考察了其对TiO2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对.OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO3-,Cl-和SO24-对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO3-具有抑制作用,H2PO4-/HPO24-在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl-,SO24-和HCO3-具有较强的.OH捕获作用和在TiO2表面较低的吸附能力;H2PO4-/HPO42-在TiO2表面具有较强的吸附能力;NO3-对紫外光吸收作用降低了TiO2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了.OH.

水体中常见无机阳离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了6种水体中常见的阳离子(Na+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Cu2+、Ni2+),分别考查了其对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响;从光吸收、无机离子本身的性质对光生电子的捕获及传递等讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率的原因。结果表明:由于其不能捕获光生电子,Na+、Mg2+、Ca2+本身对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率影响不大;Al3+吸引电子能力较强,成为光生电子和Cr(Ⅵ)之间的桥梁,促进了Cr(Ⅵ)的还原;浓度为1 mmmol/L时,Cu2+显著地促进了Cr(Ⅵ)的光催化还原,其主要原因是Cu2+捕获光生电子的能力很强,起到了催化剂的作用,而浓度大于10 mmol/L时,Cu2+形成单质Cu以及对紫外光的吸收都使促进作用降低;Ni2+未充满的d轨道具有获得并传递光生电子的能力,也促进了Cr(Ⅵ)的还原;在浓度同为1mmol/L时,对Cr(Ⅵ)光催化还原的促进作用依次为:Cu2+>Al3+>Ni2+>Na+、Ca2+、Mg2+。

TiO_2/PANI/Fe_3O_4的低温水热法制备及其光催化活性与磁回收性能

以原位化学氧化法在Fe3O4粒子表面负载了聚苯胺(PANI),制得了磁性微球PF(PANI/Fe3O4),并以PF为载体用低温水热法(170℃)在其表面负载了TiO2,最终得到壳/壳/核结构的复合光催化剂TPF[(nTiO2∶nPANI∶nFe3O4)=77∶6∶1].用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)对样品物相组成、形貌、表面性质、磁学性质进行了表征和分析.以25 mg·L-1的苯酚为模拟污染物考察其催化活性,以自制的磁回收装置考察磁回收率.结果表明,TiO2粒径在5—8 nm之间,具有锐钛矿和金红石混晶结构;PANI负载在磁核Fe3O4表面可降低磁粒子的团聚作用,使TiO2能更均匀地负载在PANI/Fe3O4表面;复合催化剂TPF具有良好的壳/壳/核结构和超顺磁性,其磁感应强度为4.93 emu·g-1;TPF对苯酚的光催化降解符合伪一级反应动力学,其中纯TiO2、P25和TPF反应速率常数K值分别为0.04381、0.04196、0.02292,TPF循环使用5次和10次之后K值为0.01978、0.01896,活性略有降低,循环使用平均回收率可达92.03%.该法制备的磁载光催化剂TPF具有优良的催化活性和磁回收性能,具有良好的应用前景.

低温种子聚合法制备磁载纳米TiO2光催化剂及其对苯酚的光催化降解

通过种子聚合法,以聚乙烯亚胺(PEI)处理过的纳米Fe3O4为磁核,在低温(95℃)、中性(pH=7左右)条件下,制备了一种磁载TiO2光催化剂.利用Zeta电位仪、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)测试方法对磁核的表面电位、催化剂的形貌、物相组成、表面性质、磁学性质进行了表征.用初始浓度为25mg.L-1的苯酚溶液为模拟污染物,以其90min的光催化降解率评价催化剂的活性.结果表明,PEI对TiO2在磁核表面的结晶有非常明显的促进作用,通过PEI改性后催化剂具有较厚致密的TiO2外壳层;所制催化剂具有超顺磁性,平均回收率可达到90%以上;催化剂TiO2/PEI/Fe3O4(nFe3O4∶nTiO2=1∶64)降解率最高可达95.4%,与P25的活性接近(降解率为96.7%),在循环使用5次后,催化活性仅降低3.1%,该法制备的磁载TiO2光催化剂具有良好的应用前景.

Fe^(3+)改性纳米TiO_2薄膜的制备及其光催化性能

以溶胶凝胶法在釉面炻器上负载了经Fe3+改性的TiO2薄膜,用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和紫外—可见漫反射光谱仪对其进行了表征和分析,并以苯酚为模型污染物,对其光催化活性和寿命进行了考察。结果表明,Fe3+-TiO2薄膜在釉面炻器表面分布均匀,厚度约为300nm,颗粒大小在纳米级;Fe3+的引入不仅抑制了TiO2颗粒的长大,同时也抑制了TiO2从锐钛矿向金红石的相变;掺杂Fe3+后,TiO2薄膜对紫外光的吸收明显增强,对可见光的吸收也有所增强并在465nm附近产生了吸收峰,随着掺杂量的增大则两种吸收均略有增强,且对紫外光的吸收发生了明显的红移;Fe3+的最佳掺杂量为0.03%,此时其光催化降解苯酚的反应速率常数是纯TiO2薄膜的1.46倍;重复使用10次后,Fe3+-TiO2薄膜没有发生光腐蚀,且催化活性仅降低了约6.3%。

TiO_2/Al_2O_3/Fe_3O_4的低温水热法制备及其光催化和磁回收性能

以原位合成法制备的Al2O3/Fe3O4磁性粒子为载体,采用低温水解法制备了Ti O2/Al2O3/Fe3O4磁载光催化剂。用XRD、SEM、TEM等对制备的磁载光催化剂的结构进行了表征。以25 mg/L苯酚为模拟污染物,对制备的磁载光催化剂的催化性能进行了考察。结果表明:对于n(Ti O2)∶n(Al2O3)∶n(Fe3O4)=60∶5∶1条件下制备的磁载光催化剂,当光催化反应时间为120 min,催化剂质量浓度(以Ti O2计)为1 g/L时,降解苯酚的反应速率常数为0.022 3,循环使用5次后,反应速率常数仅下降0.004 1,平均回收率可达85.06%。

纳米TiO_2薄膜在不同陶瓷表面的负载及其光催化性能研究

利用2种不同表面处理的陶瓷作为载体,用溶胶凝胶法在其表面进行了纳米TiO2光催化薄膜的负载。采用X射线衍射法(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对薄膜的粒径、横断面及表面组成进行了表征和分析,结果表明,TiO2的平均粒径约为15 nm,釉面陶瓷TiO2薄膜分布均匀,膜厚约为300 nm;无釉陶瓷TiO2薄膜分布不均,膜层不明显;2种载体中的一些基质离子在TiO2薄膜有渗透。苯酚的降解实验表明,以2种不同表面处理的陶瓷为载体的TiO2薄膜对苯酚的降解均符合一级反应动力学,就催化活性而言,TiO2/釉面陶瓷>TiO2/无釉陶瓷,分析认为基质渗透的Ca2+有降低TiO2光催化活性的作用;该薄膜对实际生产多菌灵废水具有催化降解作用。重复降解实验20次,TiO2/釉面陶瓷和TiO2/无釉陶瓷对苯酚的去除率仅分别降低9%和6%。

水体中常见无机阳离子对TiO_2薄膜光催化降解甲醛的影响

选择了6种水体中常见的阳离子Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Cu2+和Ni2+,分别考查了它们对TiO2薄膜光催化降解模拟甲醛废水的反应速率的影响,从光吸收、吸附作用以及对光生电子的捕获3个方面讨论了反应速率的原因。结果表明,Na+对TiO2光催化氧化甲醛的反应影响不大,而Ca2+、Mg2+由于有利于甲醛在TiO2表面吸附而略有促进作用;Al3+、Ni2+和Cu2+对TiO2光催化氧化甲醛均具有抑制作用,其抑制作用Al3+<Ni2+<Cu2+。

光助纳米铁还原Cr(Ⅵ)的研究

采用液相还原法制备了纳米铁,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对其晶体结构、形貌特征进行了表征.以Cr(Ⅵ)为模拟污染物,中压汞灯作为光源,考察了不同投加量、不同pH值等条件下光照对纳米铁还原Cr(Ⅵ)的影响.结果表明:制备的纳米铁具有很高的反应活性,粒径约为7.6nm,呈球形,可在空气中自燃.在25℃、Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L、pH=7±0.5,加入0.1g的纳米铁,光照60min后Cr(Ⅵ)的还原率达到62.3%,而无光照时Cr(Ⅵ)的还原率仅为27.6%,说明光照对Cr(Ⅵ)的还原具有明显的促进作用.当纳米铁投加量较大时,纳米铁对Cr(Ⅵ)的还原速率大于光照对其产生的影响.反应液pH值对Cr(Ⅵ)还原速率的影响较光照对其产生的影响显著.在紫外光的照射下,纳米铁中电荷可能在诱导下作受迫振荡,与吸附分子发生电荷传递是光照促进纳米铁还原Cr(Ⅵ)的主要原因.

平板式太阳能光催化净水器对集雨水中Cr(Ⅵ)还原

以解决西部干旱地区集雨水深度净化为目的,研制了一款平板式太阳能光催化集雨水净水器,以低温水热法在土工布上负载了TiO2光催化剂,以C(rⅥ)为模拟污染物,分别在室内不同条件下及在太阳光下进行了光催化还原实验。结果表明,以自来水(pH=7.2)配制的浓度为0.25 mg/L的C(rⅥ)、在流量为5 L/h、光强为1 mW/cm2的条件下,出水口C(rⅥ)的还原率可达到83.57%;而在夏季太阳光的照射下,C(rⅥ)的还原率可达到95.88%,完全达到集雨水中C(rⅥ)去除的要求。该净水器具有造价低廉、操作简单、节能环保的特点,适于西北干旱农村分户使用。

高校环境科学专业本科生“两阶段”创新实践教育

创新实践教育是环境科学专业本科生适应社会需求的必然。本文结合兰州交通大学环境科学专业实际,开展了本科生"两阶段"创新实践教育教学改革。经过几年的不断改革和探索,形成了一套卓有成效的环境科学本科生创新实践教育模式,取得了良好的效果,对其他高校环境科学专业本科生的培养具有一定的借鉴和参考意义。