Fe^(2+)/Mn^(2+)活化亚硫酸盐降解盐酸土霉素的机理研究

盐酸土霉素常被用于治疗畜禽疾病,但是它不能被畜禽完全代谢,残留的盐酸土霉素进入水体危害水环境的健康。铁锰作为常见的过渡金属,通常以二价态活化亚硫酸盐来降解有机污染物,反应条件温和、操作简单,但是单独的二价铁与二价锰氧化还原电势低,活化亚硫酸盐效果较差。本研究采用Fe^(2+)/Mn^(2+)共活化Na_(2)SO_(3)降解水中的盐酸土霉素,考察药剂用量、pH、溶解氧、氯离子、碳酸根及腐殖酸对Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)体系降解盐酸土霉素的影响;通过焦磷酸盐实验、自由基淬灭实验和EPR实验分析Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)体系中的活性物种;利用紫外可见光谱、傅里叶红外光谱、气相色谱-质谱联用仪识别盐酸土霉素的官能团及其降解中间产物的变化,推断盐酸土霉素的降解途径。结果表明:当Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)浓度比为1∶4∶20(浓度分别为0.1、0.4和2 mmol/L)时,在反应45 min、pH为9.0条件下,盐酸土霉素的去除率和矿化率最高,分别达到94%和49%。随着溶解氧从9 mg/L下降至1.89 mg/L,盐酸土霉素去除率从94%下降至17%;氯离子、腐殖酸和碳酸根均对盐酸土霉素的降解产生抑制作用。Mn(Ⅲ)和SO_(4)·^(-)是降解盐酸土霉素的主要活性氧化剂,盐酸土霉素的降解经过电子转移、开环与酰基化等过程。

电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐处理偶氮染料废水的研究

偶氮染料废水会对自然环境和人类健康产生巨大危害。文章研究电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐体系高效处理偶氮染料废水,以金橙G废水为处理对象,考察不同反应条件例如pH、Fe^(2+)投加量、过二硫酸盐(PDS)投加量、电流密度等因素对处理效果的影响,采用响应曲面法优化反应条件并确定最佳反应条件下的处理效果。结果表明,在pH为3、极板间距为9 cm、电流密度为15 mA/cm^(2)、PDS投加量为6.66 mmol/L、Fe^(2+)投加量为2 mmol/L、Na_(2)SO_(4)投加量为89.39 mmol/L的条件下,金橙G废水色度平均去除率为93.03%,COD平均去除率为85.80%。分析电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐体系起主要作用的自由基及降解机理,证实了电和Fe^(2+)的协同作用。该研究可为电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐体系在偶氮染料废水处理领域的应用提供技术支撑。

Fe^(2+)、Cu^(2+)诱导工艺对柞木表板颜色变化规律的影响

木材中的木质素、抽提物等物质具有能与金属盐溶液产生颜色反应的特性。利用这一特性以硫酸亚铁、硫酸铜溶液作为诱导剂,通过正交试验得到色差最大时的工艺参数,探究金属Fe^(2+)、Cu^(2+)的诱导剂质量分数、诱导时间、干燥时间、干燥温度对实木复合地板柞木表板颜色变化的影响。结果表明:Fe^(2+)、Cu^(2+)的诱导剂质量分数对柞木表板色彩色调的影响极为显著(F值分别为20.4453、8.8442);柞木表板的明度色品指数(L^(*))、红绿轴色品指数(a^(*))、黄蓝轴色品指数(b^(*))均随着Fe^(2+)、Cu^(2+)的诱导剂质量分数、诱导时间、干燥时间的增加而逐渐减少,总色差(ΔE^(*))逐渐增大,最大为31.53、9.90,表板色调逐渐偏暗、偏绿、偏蓝;随着干燥温度的增加,Fe^(2+)、Cu^(2+)诱导时的柞木表板总色差都逐渐减小。

外源Fe^(2+)浓度和矿物粒径对生物浸铀的影响

为改善以往生物浸铀效率不高的缺陷,通过添加外源Fe^(2+)及改变矿物粒径来提高生物对铀的浸出率。研究结果表明:外源Fe^(2+)浓度分别为0、0.5、1.0和2.0 g/L时,铀浸出率分别为87.34%、88.27%、91.23%、89.13%,当浸出体系中Fe^(2+)浓度为1.0 g/L时,铀矿石会产生部分溶解且表面粗糙孔隙明显,有利于铀的浸出,溶浸液中存在适量的Fe^(2+)对生物浸铀的能力具有提升效果。另外,外源Fe^(2+)对铀矿生物浸出符合固体产物层控制模型,浸出过程主要受扩散控制。当粒径<-2 mm和-5 mm时铀浸出率分别为91.23%和83.70%,矿物粒径适当减小可增大颗粒比表面积,同样利于铀的浸出。

以研促教:利用荧光探针检测Fe^(2+)的实验设计

本文以荧光探针的设计合成和监测亚铁离子(Fe^(2+))应用于分析化学拓展实验教学为主题,介绍了一种新型的荧光探针DCM-Fe,其通过引入N-氧化物基团有效抑制了分子内电荷转移的发生,实现了对Fe^(2+)荧光“turn on”型检测。本文还阐述了在实验教学中,通过本实验的设计和实施,学生可以深入理解荧光探针的设计合成原理和荧光检测技术的应用,在实践中掌握荧光探针的合成、分析和应用,并培养了学生的实验技能和创新意识。本实验教学可为分析化学实验教学的拓展提供一种新思路和方法。

Fe^(2+)螯合剂对羟脯氨酸发酵的影响

为解决反式-4-羟基脯氨酸发酵过程中Fe^(2+)供应不足、产酸效率低等问题。该研究以大肠杆菌HYP-08为供试菌株,首先通过单因素实验探究Fe^(2+)螯合剂种类及添加量对羟脯氨酸发酵生产的影响,并通过5 L发酵放大验证,以羟脯氨酸产量、生物量,糖酸转化率为指标,进一步探究其在放大过程中的影响,结果表明葡萄糖酸亚铁对羟脯氨酸发酵效果最好,流加发酵生产中,最终确定了10 h开始持连续流加的补料方式,反式-4-羟基脯氨酸生物量及产量达到最高,分别为146.2、118.6 g/L,较优化前提高了12.1%和4.2%,副产物乙酸减少到1.05 g/L,葡萄糖酸亚铁的添加有效增强了菌体活力,提高了羟脯氨酸的产量和糖酸转化率,为微生物发酵生产羟脯氨酸提供了依据。

营养液不同浓度Fe^(2+)对水培小白菜生长发育及品质的影响

为筛选适宜水培小白菜生长的Fe^(2+)浓度,该文以苏州青为试验材料,开展了不同浓度Fe^(2+)对小白菜生长发育及品质的影响试验。试验结果表明,水培营养液Fe^(2+)浓度为0.03 mmol/L处理,水培小白菜株高、茎粗均显著高于其他处理,地上部鲜质量、地上部干质量、地下部鲜质量、地下部干质量最大,较对照分别提高92.5%、266.7%、115.5%、357.9%,叶绿素含量(57.12 mg/g)、维生素C含量[92.15 mg/(100 g)]、可溶性糖含量(0.43%)最高,较对照分别提高77.67%、50.44%、30.30%,小白菜丙二醛含量最低(11.06 nmol/g),较对照降低39.33%。综上,营养液Fe2+浓度为0.03 mmol/L时,水培小白菜生长势最旺、品质最佳、抗逆性最强。

不同因素对Fe^(3+)-TiO_(2)/ACF降解NH_(3)的影响

为了探究不同因素对Fe^(3+)-TiO_(2)/活性炭纤维(ACF)降解氨气(NH_(3))的影响规律,采用Fe^(3+)-TiO_(2)/ACF复合材料,以NH_(3)为目标降解物,研究初始浓度、流速、光催化剂负载量以及光照强度对Fe^(3+)-TiO_(2)/ACF降解NH_(3)的影响,并进行了相应的反应动力学分析。结果表明:随着初始浓度的增加,NH_(3)降解率呈现略微降低的趋势,光催化过程基本符合L-H一级反应动力学模型;随着流速的增加,NH_(3)降解率表现为先升高后降低,其光催化过程也基本符合L-H一级反应动力学模型;随着光催化剂负载量以及光照强度的增加,NH_(3)降解率表现为略微增加的趋势。

H_(2)O_(2)与Fe^(2+)作用的实验探究

由两道高考试题引出对Fe^(2+)与H_(2)O_(2)反应的探究。结果发现,不同的亚铁盐与H_(2)O_(2)作用的结果与实验条件有关:在无外加酸碱时FeSO_(4)溶液与H_(2)O_(2)作用会得到碱式硫酸铁和氢氧化铁沉淀的混合物;FeCl_(2)溶液与H_(2)O_(2)作用会得到聚合氯化铁胶体。在酸性较强时Fe^(2+)与H_(2)O_(2)作用主要生成Fe^(3+);在酸性不太强时主要得到胶体,往往得不到沉淀。亚铁盐与H_(2)O_(2)混合除了发生Fe^(2+)与H_(2)O_(2)之间的氧化还原反应外,同时含铁物质会催化H_(2)O_(2)的分解,H_(2)O_(2)分解放热还会促进Fe^(3+)的水解得到胶体或者沉淀。

Zn^(2+)/Zn和Fe^(3+)/Fe^(2+)的电化学行为及其在液流电池中的应用

锌铁液流电池采用成本低廉的锌、铁元素作为活性物质,有望成为下一代高性价比储能电池。本文利用循环伏安法测试锌、铁离子在碳毡电极表面的电化学活性,计算Zn^(2+)/Zn与Fe^(3+)/Fe^(2+)的扩散系数与反应速率常数。结果表明,锌离子与铁离子在多孔碳毡上具有良好的电化学性能,可以作为锌铁液流电池的活性物质。充放电测试结果表明,锌铁液流电池的充放电性能良好,它具有较高的电流效率、电压效率和能量效率。

一种苝酰亚胺Pb^(2+)荧光探针的合成及其选择性识别

以四氯苝酐、3-氨甲基吡啶为原料,设计并合成了一种可选择性识别Pb^(2+)的新型苝酰亚胺类荧光探针N,N-(吡啶-3-甲基)-1,6,7,12-四氯-3,4:9,10-苝二酰亚胺(PDI-MBD)。采用质谱、核磁等检测手段对其分子结构进行了表征,通过紫外和荧光光谱法对目标化合物PDI-MBD在N-甲基-2-吡啶烷酮(NMP)/H2O溶液中,对Pb^(2+)的识别性能进行了研究,其光谱性能和对Pb^(2+)识别研究显示,探针PDI-MBD自身的荧光较弱,但与金属离子Pb^(2+)配位反应后荧光显著增强,为配位反应前的10倍,但随着时间的延长,之后又出现荧光猝灭的现象。探针PDI-MBD表现出对溶液中的Pb^(2+)具有良好的选择性识别,且灵敏度高。研究发现,Pb^(2+)在0.1×10^(-5)~5×10^(-5)mol/L的浓度范围内与探针的荧光强度存在良好的线性关系;Pb^(2+)的最低检测限为0.5×10^(-6)mol/L。抗干扰试验证明加入其他常见金属离子后,探针PDI-MBD对Pb^(2+)的荧光信号无显著变化,不易受其他金属离子的影响。说明PDI-MBD可作为Pb^(2+)荧光探针,具有较优的选择性和较强的灵敏度,建立了一种检测Pb^(2+)的分析方法。

新型H_(2)S的荧光探针制备及其在水样中的应用

以2-(3,5,5-三甲基环己-2-烯-1-基)丙二腈(TCM)和4-羟基苯甲醛为原料合成TCM-OH作为荧光团,以7-硝基-1,2,3-苯并二唑胺(NBD)作为识别单元,设计并合成了一种新型的近红外荧光探针(TCM-NBD),用于检测水样中的H_(2)S。考察了不同pH对探针响应H_(2)S的影响、探针对H_(2)S浓度和时间响应、探针的选择性和灵敏度,并推测可能的响应机理。结果显示,探针TCM-NBD对H_(2)S可以实现快速响应(<10 min);在0~25μmol/L范围内,吸光度和荧光强度与H_(2)S浓度之间均呈良好的线性关系,相关性分别为0.9947和0.9926,检测限分别为0.28、0.84μmol/L。该探针抗干扰性强,灵敏度高,可以成功应用于环境水样中的H_(2)S测定。

氧化石墨烯强化Fe^(0)/Fe^(2+)类Fenton体系处理中段废水机理研究

通过CODCr降解动力学、羟基自由基和可溶性亚铁和总铁含量的变化以及循环伏安曲线研究了氧化石墨烯强化Fenton体系处理制浆中段废水的机理。结果表明:在强化Fenton体系中,一级反应速率常数k值(0.03949 min^(-1)),体系初期的.OH含量及其利用效率和正负向电流对应的区域面积(1.15×10^(-5))均要明显高于传统Fenton体系,并且该体系处理过程中可溶性总铁和亚铁含量可以始终维持在一个合适的水平,更加有利于废水处理效果的提高。在此基础上,综合分析了强化Fenton体系处理制浆中段废水的机理。

Fe^(2+)与Fe^(3+)对anammox体系中N_(2)O排放的影响

有研究表明,适量Fe^(2+)与Fe^(3+)能够促进anammox菌体代谢,但对于菌体N_(2)O产量的影响仍未可知。该文以批次实验的形式探究anammox在不同浓度Fe^(2+)与Fe^(3+)浓度下的N_(2)O产量,并分析其微生物组学和功能基因变化。结果表明,加入Fe^(2+)的组别中N_(2)O排放量在20 mg/L Fe^(2+)时最高(0.29 mg/L),30 mg/L Fe^(2+)时下降47.01%;加入Fe^(3+)的组别中N_(2)O排放量随Fe^(3+)浓度递增,30 mg/L Fe^(3+)时N_(2)O最高排放量为0.17 mg/L。微生物群落多样性分析表明,5 mg/L Fe^(2+)和Fe^(3+)能刺激Candidatus Kuenenia的生长,然而反硝化菌Denitratisoma和Limnobacter随Fe^(2+)和Fe^(3+)浓度的提高而增加。功能基因分析表明,N_(2)O的释放与硝化途径、DNRA途径、反硝化途径以及anammox途径中的功能基因有关,并与基因norB、nirD、hcp呈显著正相关(P<0.05)。该文阐述了Fe^(2+)与Fe^(3+)对anammox体系N_(2)O排放的影响,可为anammox工艺中的N_(2)O控制提供参考。

HPVB法Fe^(2+):ZnSe激光晶体生长及激光输出特性

本文采用纯度为99.999%的颗粒状ZnSe为基质材料,纯度为99.998%的FeSe粉末为掺杂物,通过HPVB法生长了Fe^(2+):ZnSe晶体,晶体尺寸达Φ50.8 mm×120 mm。采用电感耦合等离子发射光谱仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品中铁离子掺杂浓度为3.048×10^(18)cm^(-3)。采用粉末XRD衍射仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品的X-射线衍射谱,其衍射谱与基质ZnSe样品衍射谱匹配度达92%。采用UV/VIS/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品的透过谱图,透过谱在波长3.0μm处出现了明显的Fe^(2+)离子吸收峰。采用2.94μm Er:YAG激光器为泵浦源抽运尺寸为10 mm×10 mm×4 mm的Fe^(2+):ZnSe晶体样品,重复频率为100 Hz时,激光能量输出达12 mJ,输出波长调谐范围3.95~4.15μm。

Fe^(2+)-热活化过硫酸钠氧化降解菲及其对土壤的影响

在模拟菲污染土壤中用β-环糊精(β-CD)作为Fe^(2+)螯合剂,考察了Fe^(2+)-热(45℃)活化过硫酸钠(Na_(2)S_(2)O_(8))氧化降解菲的效果及其对土壤的影响。结果表明,Na_(2)S_(2)O_(8)∶菲=80、Fe^(2+)∶Na_(2)S_(2)O_(8)=1/3、β-CD∶Fe^(2+)=1/10(均为摩尔比)时,菲的降解率最高,达85.1%。Fe^(2+)活化时主要自由基为SO-4·和·OH,而热活化时主要为·OH。根据中间产物推测菲的两条降解途径为:自由基攻击菲的9、10位点生成(1,1’-联苯)-2,2’-二甲醛或攻击2、3位点氧化开环生成2-乙基-6-甲氧基萘,再形成邻苯二甲酸二丁酯,最终矿化为CO_(2)和H_(2)O。土壤氧化修复后,pH降低,氧化还原电位升高,细菌菌落丰富度和均匀度下降,但菌群的抗逆性增强。

内源Fe^(2+)活化过硫酸盐联合生物炭增强厌氧消化污泥脱水性能的研究

为实现厌氧消化污泥脱水性能提升,利用厌氧消化污泥内源Fe^(2+)活化过硫酸盐(PDS)联合核桃壳生物炭开展其脱水性能调理,并探讨了作用机理。结果表明,调理体系在pH值为6、PDS质量浓度为6.2 g/L、生物炭投加量为25.6 g/L、粒径范围125~150μm条件下,低压抽滤后泥饼含水率为70.3%,厌氧消化污泥的毛细吸水时间(CST)降低至114.7 s,CST降低率达到81.3%,脱水性能明显提升。在调理过程中,PDS氧化污泥中含铁矿物释放内源Fe^(2+),进一步活化PDS生成·SO_(4)^(-)和·OH,降解胞外聚合物(EPS),释放结合水,显著增强厌氧消化污泥脱水性能;生物炭能够吸附EPS中的亲水性有机物,并提供骨架支撑作用,实现脱水性能进一步提升。对抽滤后泥饼重金属分级提取结果表明,调理体系能够明显削弱污泥固相重金属的环境浸出能力,并降低其浸出毒性;环境效益成本比值(BCR)结果表明提出的联合调理手段可行性较强,需进一步研究实现工业化应用。

含酚类煤化工废水自还原Fe^(3+)类芬顿体系研究

煤化工废水水质复杂,难降解有机物及氨氮含量高,给废水处理带来较大难度。现有的煤化工废水处理技术(混凝法、吸附法、膜生物反应法等)具有成本高、运行不稳定、预处理效果差等缺陷,难以满足煤化工行业发展的需要。为了高效处理煤化工废水,本文利用煤化工废水中酚类有机物的还原性促进Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环,提出了一种利用Fe^(3+)/H_(2)O_(2)类芬顿体系处理煤化工废水的方法。实验结果表明:Fe^(3+)/H_(2)O_(2)体系中COD、TOC、TN、NH3-N的去除率可以达到74.63%、52.62%、10.46%、15.11%;相比于其他体系,Fe^(3+)/H_(2)O_(2)体系出水色度明显降低,UV-Vis光谱下降幅度最大,铁泥量也明显减少。Q-TOF分析结果表明:废水中主要的8种有机物为酚类或具有醛基、羰基、羧基、碳碳双键或者酯基等还原性的官能团。通过测定COD去除率和pH、Fe^(3+)/Fe^(2+)、H_(2)O_(2)等含量随时间的变化趋势,提出了Fe^(3+)/H_(2)O_(2)体系去除有机物的机理:废水中的还原性有机物将Fe^(3+)还原为Fe^(2+),促进Fe^(3+)/Fe^(2+)循环,生成的Fe^(2+)与H_(2)O_(2)发生芬顿反应,实现废水中有机污染物的去除。利用控制变量法,确定了最佳运行工况为:Fe_(2)(SO_(4))_(3)添加量为1.0 g/L、H_(2)O_(2)添加量为50 mmol/L、反应温度为30℃、初始pH为6.8。在此工况下,反应60 min后,煤化工废水的COD、TOC、TN、NH_(3)-N去除效果良好,色度明显降低,BOD_(5)和COD的比值(B/C)从0.17提升至0.47,可生化性大幅提高。本文证实了利用含酚类煤化工废水自还原Fe^(3+)/H_(2)O_(2)体系的可行性,降低了运行成本,可为后续研究及工程应用提供理论基础。

Fe^(3+)-EDTA催化CaO_(2)类Fenton体系降解苯酚的机制及效果

基于CaO_(2)的类Fenton体系具有缓释H2O_(2)、高效降解污染物、有效作用周期长等优点,在环境修复领域得到广泛应用.但目前研究主要针对Fe^(2+);CaO_(2)体系,关于Fe^(3+);CaO_(2)的研究较少,而如何提高Fe^(3+)活化CaO_(2)的能力,是铁离子高效循环利用、污染物持续降解的关键.本研究有针对性地建立了Fe^(3+);EDTA;CaO_(2)体系,对其降解能力、作用机制、关键因素进行了深入分析,结果表明,Fe^(3+);EDTA;CaO_(2)体系在中性条件下对苯酚的降解率在95%以上,EDTA的加入可以明显增加铁离子在中性环境中的溶解度,而且EDTA可以桥接CaO_(2)和Fe^(3+),加快二者之间的电子转移速率,促进Fe^(3+);Fe^(2+)循环,改善苯酚的降解效果;活性自由基测定的实验表明,降解苯酚起主要作用的活性自由基是羟基自由基(·OH),·O_(2)^(-)起到还原Fe^(3+)的作用,促进Fe^(3+);Fe^(2+)循环.本研究对CaO_(2)类Fenton体系的应用具有一定的理论意义.

基于真实情境的深度学习——以“利用覆铜板制作图案——Fe^(2+)和Fe^(3+)的转化与应用”为例

以“利用覆铜板制作图案”为真实情境,创设“情境—问题—活动”线,驱动学生在真实情境所引发的探究活动中落实教学目标,在真实情境下复杂问题的解决中走向深度学习。