规整化铁碳材料的制备及降解高浓度苯酚的研究

以高浓度苯酚为研究对象,以还原铁粉、活性炭和膨润土为原料,通过高温微孔活化技术制备了一种规整化铁碳填料(Fe/C-BM)。采用SEM、XRD对其反应前后的表观形貌和晶体结构进行了表征,并考察了填料投加量,苯酚初始浓度,初始pH和曝气量对苯酚去除效果的影响,结果显示微电解反应前的Fe/C-BM填料表面凹凸不平,具有一定的孔隙结构。Fe/C-BM填料中铁以Fe^(0)和Fe_(2)O_(3)两种形式存在;反应后填料表面呈花纹状,其产物为Fe^(0)氧化后生成新的Fe_(2)O_(3)。曝气条件对微电解效果影响显著,酸性和中性溶液中去除效果优于碱性。当铁碳投加量在30 g/L,苯酚初始质量浓度为250 mg/L,初始pH=6.5,曝气量为2.4 L/min时,微电解120 min去除了83.6%的苯酚。

微生物燃料电池的研究应用进展

微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂,氧化分解生物质同时输出电能的一种新装置,因其可将生物质中化学能直接转化为电能,可获得更高的能量转化效率,是未来缓解能源和环境问题的有效途径,引起了科研工作者的广泛关注。本文结合近几年微生物燃料电池的发展,综述了产电微生物种类、电池材料及其改性、反应器的放大以及微生物燃料电池应用方面的研究进展,分析了该领域未来发展的主要方向及面临的问题,指出筛选和诱导产电菌对不同有机底物的耐受性,开发高效价廉的电极材料以及构建易于放大的电池模式,是微生物燃料电池未来研究的重点。在此基础上,应该着重于反应器放大,深入研究其在废水处理、产氢、微生物电化学合成以及传感器方面的应用,确定其实际应用的相关参数和模型,为微生物燃料电池早日实际应用打下坚实基础。

电化学氧化耦合铁感应电极激发过硫酸盐氧化处理焦化废水生化出水

采用电化学氧化(EC)耦合铁(IP)感应电极激发过硫酸盐(KPS)氧化处理焦化废水生化出水,在反应器阴、阳极之间等距离嵌入铁板构建电化学双电解反应体系.该体系中,铁板作为感应电极,充当阳极材料的同时兼具有阴极材料的作用,加快过硫酸盐的活化.在电化学氧化耦合铁感应电极激发过硫酸盐(EC/IP/KPS)试验中,分别将电解时间(0-50 min)、电流密度(0-60 mA·cm^-2)和过硫酸钾(KPS)投加量(0-5 mmol·L^-1)作为控制条件,探讨了在不同的影响条件下该电化学反应体系对水中COD、TOC及UV254等有机物污染指标的降解程度.在此基础上,利用SEM、EDS、XRD和XPS等对EC/IP/KPS过程中产生的絮凝物进行了表征,进而推断EC/IP/KPS系统的反应机理.结果表明,在EC/IP/KPS系统中的耦合作用下,当电解时间为30 min、电流密度为30 mA·cm-2、过硫酸钾浓度为2 mmol·L^-1时,COD去除率可达77.0%、TOC去除率为54.0%,UV254值明显降低.此外,还对3种不同的实验过程进行了对比,发现EC/IP/KPS系统的处理效果要明显优于KPS和EC/IP处理体系.

采用碱浸预脱硅-氰化工艺从氰化尾渣中回收金

采用高浓度碱浸对氰化尾渣进行预脱硅处理,考察搅拌速度、固液比、Na OH浓度及温度对硅浸出速率的影响,研究脱硅过程的反应动力学,得到相应的动力学方程。结果表明:当搅拌速度为400 r/min、固液比为1:5、Na OH浓度为80%、反应温度为280℃时,二氧化硅的浸出率为91.8%;碱浸过程受产物层内扩散控制,表观反应活化能为37.375 k J/mol。通过正交实验对氰化浸金的条件进行了优化,在Si O2浸出率为91.8%,Na CN浓度为1.5 g/L,固液比为1:3,浸出时间为48 h的条件下,金的浸出率为87.83%。

耐氰碳酸盐矿化菌的筛选及原位固化氰化尾渣研究

从某含氰金矿尾渣中分离筛选得到一株高效矿化菌,经16S rDNA鉴定为芽孢杆菌(Bacillus sp),将其命名为JK-2。进行了JK-2诱导碳酸钙沉淀固化含氰金矿尾渣中重金属的研究,考察微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)过程后尾渣的固化效果及对重金属的固定率,同时利用SEM、XRD、FT-IR等表征分析MICP过程的产物。结果表明:JK-2能有效固化金矿尾渣,随着黏结液浓度的增加,固化后固化体的无侧限抗压强度增大,最高可达0.72 MPa。此外,固定金矿尾渣中易迁移态的重金属铅向碳酸盐结合态转化;尾渣中铅、铬的固定率分别达88.7%、63.5%;SEM显示固化后有大量的晶体形成,FT-IR图谱显示,固化产物中有CO32-存在,经XRD测定,固化产物主要为方解石和球霰石。

黄河流域中学生生态安全教育研究

剖析中学生生态安全教育存在的问题并探究中学生态安全教育的实施路径,坚持以“课程生态”为核心,“生态课程”为补充,深化生态理念和生态知识,推进学校生态安全教育。习近平总书记指出:“生态环境安全是国家安全的重要组成部分,是经济社会持续健康发展的重要保障。”[1]“要加强对人民群众的国家安全教育,提高全民国家安全意识。”[2]党的十八大以来,习近平总书记多次实地考察黄河流域生态保护和发展情况,多次就三江源、祁连山、秦岭等重点区域生态保护建设提出要求。要深入学习贯彻习近平生态文明思想,牢固树立“绿水青山就是金山银山”理念,不断推进文明校园、生态校园、绿色校园、美丽校园建设,引导中学生树立生态文明、节约环保的理念,为推动经济社会全面绿色转型发展作出积极贡献。

黑炭/零价铁复合材料耦合金属还原菌对溶液中Cr(Ⅵ)的去除

针对黑炭/零价铁复合材料(BF)、金属还原菌(GY-1)单独使用修复Cr(Ⅵ)污染环境存在的问题,构建了黑炭零价铁与金属还原菌的耦合体系,考察了耦合体系中溶液pH值、Cr(Ⅵ)浓度、反应时间、温度对微生物生长和溶液中Cr(Ⅵ)去除的影响,并且研究了耦合体系中铁的动态变化。实验结果表明:黑炭/零价铁复合材料可作为金属还原菌的固定化载体,为金属还原菌提供繁殖场所的同时,提高其对Cr(Ⅵ)的抗性。耦合体系中Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于单独使用零价铁/黑炭和单独铬还原菌的效果。在耦合体系中,3 mL细胞培养液(OD600为1.2-1.6)和0.1 g黑炭负载零价铁材料,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为100mg·L^-1条件下,反应24h后可将溶液中Cr(Ⅵ)完全去除。XPS结果显示,反应阶段Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)共同存在于耦合体系中,但大部分的Cr(VI)会被零价铁和铬还原菌还原为Cr(Ⅲ),此外,存在黑炭和菌体对Cr(Ⅵ)的吸附作用。耦合体系中Fe(Ⅱ)含量高于单独黑炭负载零价铁材料,说明微生物能还原零价铁钝化层的Fe(Ⅲ)为Fe(Ⅱ),使Fe(II)继续参与还原反应,产生循环效果,增强耦合体系对Cr(Ⅵ)的去除效果。同时,铁离子作为一种电子传递介质增强微生物对Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递,加速反应进行的同时,解决零价铁表面易钝化问题。

不同钙源对MICP固化氰化尾渣的影响

钙源作为微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的重要影响因素,直接决定着该技术实际应用的成功与否。为探究钙源对MICP技术固化氰化尾渣的影响,选用了四种钙源(氯化钙、乙酸钙、硝酸钙和乳酸钙)作为研究对象,以无侧限抗压强度、重金属浸出和形态含量变化为评价指标,分别考察了其对MICP固化氰化尾渣以及稳定重金属的效果,结果表明,乙酸钙和氯化钙作为钙源时,固化氰化尾渣的效果优于硝酸钙和乳酸钙,结合SEM、FT-IR和XRD结果,确定乙酸钙为最优钙源。该研究可以为MICP技术在固化氰化尾渣工程应用提供科学依据和参考。

利用Ti-IrO_2阳极在硝酸盐介质中电沉积MnO_2

利用X射线衍射和电化学工作站表征了钛基二氧化铱(Ti-IrO2)电极的相结构及电化学性能,确定了将其作为阳极在硝酸盐介质中电沉积MnO2的最佳条件,并对所得电解MnO2进行了质量分析.研究结果表明:Ti-IrO2电极在抗钝化性能和电催化活性方面都好于Ti电极,更有利于MnO2的沉积;当电沉积条件为Mn2+浓度0.6 mol/L、HNO3浓度0.3 mol/L、电解温度90℃、电流密度60 A/m2时,MnO2的电流效率为99.56%,电耗为580.9 kW·h/t,所得到的MnO2纯度符合电池工业电解MnO2的标准,其晶型为γ型.

钛基Ce掺杂SnO2-RuO2电极的制备及其对焦化废水的电解处理

采用溶胶-凝胶法制备了经稀土元素Ce掺杂改性的Ti/RuO2-SnO2-Ce电极,利用SEM、XRD、EDS等分析方法对电极表面的形貌、物相和涂层成分进行了表征,利用CV曲线、LSV曲线等检测手段对电极的电化学性能进行了测试。以Ti/RuO2-SnO2-Ce电极为阳极,钛板为阴极,构建电化学氧化反应装置,并采用其对焦化废水进行电解处理。结果表明,Ti/RuO2-SnO2电极经稀土Ce改性后极板表面活性位点数量明显增大,金属涂层的结晶化程度明显增强,电极的催化氧化活性显著提高。室温条件下,保持pH值为7.83,在电流密度为30mA/cm2,电解时间为30min时,焦化废水经电解处理后COD去除率可达91.63%,TOC去除率可达66.22%,UV254值下降到0.921。

负载MnO_2碳纤维的制备及其对水中2,4,6-三氯苯酚的去除性能

以聚丙烯腈基碳纤维为载体,采用电化学沉积法制备了负载二氧化锰的聚丙烯腈基碳纤维[PCF(Mn O2)],利用电子扫描电镜能谱仪(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)及循环伏安法(CV)对其进行了表征,考察了PCF(Mn O2)对水中2,4,6-三氯苯酚的去除效果,结果表明:二氧化锰负载量为358 mg?g-1,投加量为1.5 g?L-1,p H值为3.7,反应时间为10 h,2,4,6-TCP的最高去除率为98.2%。整个反应过程遵循复合反应动力学。负载二氧化锰碳纤维的投加量与2,4,6-三氯苯酚的氧化降解动力学常数呈正相关关系,而p H与其呈负相关关系。

油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制

为探索利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体中Pb^(2+)污染的可行性,以农业废弃物胡麻秸秆和油菜秸秆为原材料,采用限氧裂解法在700℃条件下制备油菜秸秆(rape straw)生物炭和胡麻秸秆(flax straw)生物炭,通过2种生物炭对Pb^(2+)的批量吸附试验,利用4种吸附动力学模型(拟一级动力学、拟二级动力学、Elovich模型和颗粒内扩散模型)和4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型)研究了胡麻和油菜秸秆生物炭对Pb^(2+)的吸附行为。同时,通过(brunauer emmett teller,BET)比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了2种生物炭对Pb^(2+)的吸附机制。结果表明,胡麻和油菜秸秆生物炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论最大吸附量分别达到220.07和307.59 mg/g;2种生物炭对Pb^(2+)的吸附符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,表明其吸附过程为单分子层吸附;2种生物炭对Pb^(2+)的吸附作用为物理-化学复合过程,吸附机制主要包括静电作用、离子/配体交换、阳离子–π作用。研究结果可为油料作物秸秆的资源化利用和生物炭对水中重金属污染防治提供理论依据。

包头某铝厂周边土壤重金属污染及健康风险评价

以包头市某铝业周边500 m内土壤为研究对象,测定其东北、东南、西北、西南4个方向不同水平距离及深度处土样中Cu、Cd、Pb、Zn、Ni和Cr的含量,并采用地累积指数法和健康风险评价法对重金属污染状况进行评价。结果表明,该区域表层土壤中6种重金属普遍高于内蒙古土壤背景值,且在西南方向50 m处含量最高,人类活动对该区域重金属干扰强烈,而风向对重金属分布影响不大;铝厂周围土壤中Cd、Pb处于中污染-重污染,Cu和Ni处于无污染-中污染,Zn和Cr为无污染,各金属污染程度随土壤深度的增加而减轻;健康风险评价表明,研究区域内Cu、Pb、Ni和Cd均不存在非致癌健康风险,而Cd的致癌危害虽在可接受范围内,但已存在潜在致癌风险,Ni的致癌健康风险指数已超过预警值,应予以高度重视和防治。

生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料的制备及对铅离子的吸附特性

以玉米秸秆为前体,在高温限氧条件下,将纳米羟基磷灰石(nano-HAP)负载于生物炭(BC)表面制备出了生物炭负载纳米羟基磷灰石(n HAP/BC)复合材料,并利用SEM、XRD和FTIR对其进行表征。批量吸附实验考察其对Pb^(2+)的吸附特性,研究pH、投加量、吸附时间、初始浓度及吸附温度等因素对吸附的影响。通过吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学分析了吸附特性,通过解吸实验考察了解吸再生效应,并对吸附机制进行了探讨。结果表明:与BC相比,n HAP/BC复合材料具备更好的吸附效果,25℃时理论最大吸附量为383.75mg/g。n HAP/BC对Pb^(2+)的吸附符合拟二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,表明n HAP/BC对Pb^(2+)的吸附为单分子层化学吸附。热力学参数ΔG<0、ΔH>0,表明吸附是一个自发的吸热过程。n HAP/BC对Pb^(2+)的吸附机制主要包括nano-HAP的溶解-沉淀作用以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用。n HAP/BC具有良好的循环利用能力,是一种潜在的Pb^(2+)高效吸附材料。

生物炭与腐殖酸配施对盐碱土理化性质的影响

为探索新型盐碱化土壤改良剂,选取玉米秸秆、葵花秸秆制成生物炭与腐殖酸配合,研究玉米秸秆生物炭(A)、混合秸秆生物炭(A1)、腐殖酸(B)、玉米秸秆生物炭+腐殖酸(AB)、混合秸秆生物炭+腐殖酸(A1B)5种改良剂与土壤混合后较对照组原土(CK)中盐碱指标、肥力指标的改善情况。结果表明:生物炭和腐殖酸都具有改良土壤盐碱性、提高土壤肥力的作用,二者联合配施对降低土壤pH、电导率(EC)、碱化度(ESP)及提高土壤养分的效果更明显,其中混合生物炭与腐殖酸配施(A1B)效果最好,A1B组处理的土壤pH较CK组显著降低10.8%,EC下降55%,ESP降低9.8%;速效钾、有效磷、速效氮及有机质的平均增幅较其他4个处理分别提升59.77%、210%、178%、180%。综上所述,混合施用生物炭及腐殖酸对于改良盐碱土效果明显。

生物炭/铁酸锰对Zn^2+和Cu^2+的吸附性能试验

为探求吸附效果好、回收方便的吸附剂以解决重金属污染废水的处理难题,以玉米秸秆和铁酸锰为原料,通过溶胶-凝胶法以蛋清为络合剂经热解制备了一种生物炭/铁酸锰(BC/FM)复合材料,在对该复合材料扫描电子显微镜(SEM)和磁滞回线分析的基础上,进行了去除废水中Zn^2+、Cu^2+的吸附试验。结果表明,铁酸锰可有效地负载到生物炭上,形成官能团丰富、磁性良好的复合材料;BC/FM对Zn^2+、Cu^2+的吸附最佳pH值分别为5和6,并均在90 min达到吸附平衡,准二级模型能更好地描述BC/FM对Zn^2+、Cu^2+吸附过程;Langmuir模型拟合曲线和Freundlich模型拟合曲线分别适用于描述BC/FM对Zn^2+、Cu^2+的等温吸附过程,且均为自发吸热反应;BC/FM对Zn^2+、Cu^2+吸附机制主要为络合反应。

磁性改性玉米秸秆材料吸附铬的性能及机理研究

采用柠檬酸、壳聚糖和Fe3O4对玉米秸秆进行改性,制备了复合材料SMC,用XRD、Zeta、BET、XPS表征秸秆改性前后结构和官能团的变化,研究pH对SMC吸附Cr(Ⅵ)效果的影响,用动力学与热力学模型拟合玉米秸秆的吸附动力学与等温吸附特征。结果表明:SMC结构疏松、孔隙增大,且具有较强的顺磁性;表面接枝羧基、氨基等基团,对铬的吸附能力提高。SMC对Cr(Ⅵ)的吸附可用准二级动力学方程描述,吸附热力学过程可用Freundlich模型描述,表明吸附过程为多分子层、吸热反应,且吸附过程中部分铬被还原。

生物炭/铁酸镧磁性复合材料的制备及对亚甲基蓝的吸附性能

为获得吸附性能良好、便于回收利用的新型吸附剂以处理染料废水,采用超声辅助溶胶-凝胶法将铁酸镧(LaFeO3)经过一步热解负载于生物炭制得生物炭/LaFeO3磁性复合材料(BC/FL)。其表面形态、结构和组成分析表明:BC/FL的比表面积、总孔容及平均孔径分别为34.67m2/g、0.041cm3/g和7.82nm,磁饱和强度达到40.283A/m,表面含有C=O、C=C=N、C≡C等官能团。批量吸附实验表明,25℃下,当亚甲基蓝(MB)的初始质量浓度为30mg/L时,BC/FL的最佳投加量为1.5g/L,吸附反应在120min达到平衡,去除率可达92.3%,且吸附效果基本不受pH影响。BC/FL对MB的吸附符合准二级动力学模型,Langmuir模型可描述其等温吸附过程。化学吸附占主导地位,主要机理为静电吸附、氢键和π-π共轭作用。吸附反应为单分子层吸附且为自发的吸热过程。

生物炭对矿区土壤重金属有效性及形态的影响

为探索生物炭作为改良剂修复矿区重金属污染土壤的可行性,以玉米秸秆为原料在450℃制备生物炭,采用扫描电镜、能谱分析以及傅里叶变换红外光谱等分析与测试手段对其进行表征。采用室内连续培养的方法,研究在不同培养时间条件下,添加不同施用量(0、1%、3%和5%)的生物炭后,对矿区土壤pH,阳离子交换量(CEC),土壤重金属Cu、Zn、Pb和Mn有效性以及重金属不同形态变化的影响。结果表明:生物炭能够提高土壤的pH和CEC,且都随着添加量的增加而增加。56d土壤培养后,与对照相比,1%、3%和5%添加水平下pH分别增加了1.14个、1.42个和1.67个单位,土壤CEC分别增加了2.02cmol/kg、3.60cmol/kg和5.39cmol/kg。添加不同含量生物炭后,土壤中有效态重金属均呈现不同程度的降低,而且生物炭添加量越大,降幅也越大。在5%添加水平下,生物炭分别使Cu、Zn、Pb和Mn有效态下降了49.2%、46.2%、72.5%和26.3%。重金属有效态含量与土壤pH、CEC均呈显著负相关关系。添加生物炭后,土壤中重金属的形态发生了变化,由易迁移的弱酸提取态向更加稳定的残渣态转化,且生物炭添加量越大,钝化效果越显著。综上所述,玉米秸秆生物炭的添加提高了矿区重金属复合污染土壤的pH和CEC,促进了重金属复合污染土壤中Cu、Zn、Pb和Mn的弱酸提取态向化学性质稳定的残渣态转化,降低了土壤重金属的有效性,实现了对重金属复合污染土壤的修复。

活性炭强化热活化过硫酸盐降解对硝基苯酚

热活化过硫酸盐(PS)可降解有机污染物,但通常需要较高的反应温度,成为制约降解效率的关键因素之一.为提高热活化PS效率,向反应体系中加入活性炭(AC)并以对硝基苯酚(PNP)为目标污染物,考察AC强化热活化PS降解PNP的效率,分析pH值、PS浓度和AC投加量等因素对PNP降解的影响,确定最佳反应条件.结果表明,AC可以明显强化热活化PS降解PNP,在AC=1.0g/L,PS=2.0mmol/L,PNP=10.0mg/L,T=50℃和pH=3.5条件下,120min时AC/PS体系对PNP降解率可达100.00%,而PS体系对PNP降解率仅为31.69%.自由基猝灭实验表明,AC/PS/PNP体系为自由基反应,SO4•–和•OH共同参与PNP降解且以SO4•–为主导.机制分析阐明AC上的表面缺陷为活性位点,其与PS中O—O键作用导致O—O键键能降低,进而O—O在热活化下均裂形成SO4•–.PNP降解中间产物分析表明AC仅提高了热活化PS降解PNP反应速率,未改变PNP的降解路径.