草酸与铁氧化物相互作用及光化学活化分子氧过程的研究进展

草酸与铁氧化物共存于自然环境中,二者之间的相互作用及光化学行为强烈影响着分子氧的活化.而分子氧活化影响共存体系中污染物的迁移与转化,是发展绿色污染控制氧化技术的关键.因此,探讨草酸与铁氧化物之间的相互作用与光化学活化分子氧是目前的研究热点之一.本文系统总结了近年来围绕草酸与铁氧化物相互作用以及草酸诱导铁氧化物活化分子氧的研究成果,论述了草酸在铁氧化表面的吸附与转化特性、草酸铁络合物光化学过程以及活性氧产生与转移途径,同时探讨了上述过程对环境污染物降解的影响,借此加深理解草酸诱导铁氧化物环境光化学行为与活化分子氧原理,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为利用天然铁氧化物和有机质发展原位环境修复技术提供依据.

铁氧化物-二价铁体系在潜流带低渗透区的氧化还原特性研究进展

潜流带是河流与地下水交互的关键带,具有非均质性,其中低渗透区富含的铁氧化物,在污染物的非生物自然衰减过程中发挥着重要作用。本文从铁氧化物和溶解性二价铁Fe(Ⅱ)aq的共存体系出发,评述了该体系的氧化还原能力及影响因素,并以地下水中常见的污染物氯代烃为例阐述了铁氧化物-Fe(Ⅱ)aq体系在氯代烃非生物自然衰减中的作用。指出铁氧化物-Fe(Ⅱ)aq体系的还原能力可用氧化还原电位(Eh)表示,Eh的大小受pH值、温度、溶解氧(DO)、溶解性二价铁浓度、无机和有机配体等因素的影响,可用来定量描述氯代烃等污染物被还原的速率常数。目前铁氧化物-Fe(Ⅱ)aq体系Eh的快速测定、含水层中铁氧化物种类和含量、不同铁氧化物共存和复杂水化学条件下Eh与氯代烃等污染物还原速率常数之间的关系,是准确评估污染物非生物自然衰减能力和程度的重要内容。

黑土与潮土铁氧化物结合态有机碳对长期秸秆还田的响应

【目的】旨在探究不同旱地土壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳含量和性质的差异及其对长期秸秆还田的响应。【方法】基于1990年开始位于我国吉林公主岭和河南郑州的黑土和潮土长期定位施肥试验,选择长期定位试验中的不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和化肥+秸秆还田(NPKS)3个处理进行。通过连续浸提法获取土壤中络合铁(Fe_(PP))、非晶型铁氧化物(Fe_(HH))及晶型铁氧化物(Fe_(DH)),探究不同形态铁氧化物及其结合态有机碳的含量差异;结合紫外可见光谱分析,探究铁氧化物结合态有机碳的性质差异。【结果】与CK及NPK处理相比,NPKS处理下黑土有机碳含量显著提高了18.1%和14.9%,潮土有机碳含量显著提高了46.1%和13.3%。两种土壤中Fe_(PP)含量均低于Fe_(HH)及Fe_(DH)含量,但络合铁结合态有机碳(OC_(PP))含量明显高于非晶型铁氧化物结合态有机碳(OC_(HH))及晶型铁氧化物结合态有机碳(OC_(DH))含量,可占总铁氧化物结合态有机碳含量的71.4%—93.2%,说明OC_(PP)是铁氧化物结合有机碳的主要存在形态。与NPK相比,NPKS处理黑土中Fe_(PP)含量显著降低了65.6%,Fe_(HH)含量显著降低了17.8%,Fe_(DH)含量没有显著变化;潮土中Fe_(PP)含量显著增加了15.9%,Fe_(HH)含量没有显著变化,Fe_(DH)含量显著提高了24.6%。NPKS较NPK处理显著降低了黑土中总铁氧化物结合有机碳的含量,其中OC_(PP)降低了11.3%,OC_(DH)增加了53.7%,OC_(HH)没有显著变化,而对潮土中总铁氧化物结合有机碳含量没有显著影响。进一步对每克铁氧化物结合有机碳含量的分析发现,与NPK相比,NPKS处理显著增加了黑土中3种铁氧化物结合有机碳的能力,而对潮土中结合有机碳的能力没有显著影响。Fe_(PP)主要与疏水性较强、芳香性较弱的大分子有机碳结合,Fe_(HH)主要与疏水性、芳香性均较强的小分子有机碳结合,而Fe_(DH)主要与一些疏水性及芳香性均较差的大分子化合物结合。【结论】与单施化肥相比,长期秸秆还田后黑土和潮土中晶型和非晶型铁氧化物结合有机碳的含量均显著增加,而络合铁结合有机碳在黑土中显著降低,在潮土中无变化。这是秸秆还田后土壤有机碳水平提升且在土壤类型中存在差异的重要机制之一。

溶解性二价铁-铁氧化物非均相体系氧化还原电位的电化学测定方法探究

溶解性二价铁(Fe_(aq)^(2+)-)-铁氧化物非均相体系的氧化还原能力显著影响含水层中有毒重金属和有机污染物的迁移转化行为。然而,非均相体系氧化还原电位(Eh)的测定存在平衡缓慢和结果不稳定等难题,故亟待开发与优化电化学法快速准确测定Eh,实现Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系氧化还原能力的定量表征。本文选取针铁矿作为常见的铁氧化物,探讨了介导和非介导电位法测定Fe_(aq)^(2+)-针铁矿非均相体系Eh的优化实验条件,研究了介导物质的类型与添加顺序以及工作电极预处理方法等条件对Eh测定的影响,并通过能斯特方程验证电位法的可行性。结果表明:工作电极的表面状态、介导物质的选择以及针铁矿-工作电极之间平衡的建立对Eh测定十分关键。介导法能有效地缩短测定时间,但需要选择合适的介导物质;非介导法需确保工作电极与针铁矿之间平衡的建立。同时,利用非介导法测定了不同pH和Fe_(aq)^(2+)-浓度下不同粒径针铁矿与Fe_(aq)^(2+)-非均相体系的Eh,根据能斯特方程和最小二乘法多元线性拟合得到不同粒径针铁矿的标准氧化还原电位(Eh0),对于粒径为200、700和1000nm的针铁矿Eh0分别为815、802和782mV,验证了优化后电位法的可行性。本文的结论可为矿物非均相体系Eh的测定提供方法学参考,也为预测Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系参与的污染物衰减速率提供理论支撑。

大气中含铁氧化物作用下二次无机颗粒物的形成机制

铁是矿尘气溶胶的主要元素之一,在大气中常以氧化铁颗粒物的形式存在,二氧化硫、二氧化氮等一次气态污染物容易与颗粒物发生非均相化学反应。因此,理清含铁氧化物与典型无机气体发生非均相反应形成二次无机颗粒物的机理,对大气污染控制具有重要的指导意义。本文总结了大气中无机颗粒物的主要成分和来源,分析了大气前体物在含铁颗粒物表面反应生成二次无机颗粒物中的机制,明确了大气污染条件下含铁颗粒物表面反应的复合效应,目的在于理清大气中含铁氧化物对大气污染的影响,并针对大气污染防治提供对策建议,为有效治理雾霾提供理论依据。

耕作措施与秸秆还田对麦田土壤腐殖质、铁氧化物及小麦产量的影响研究

探究耕作措施与秸秆还田对土壤腐殖质、铁氧化物及小麦产量的影响。试验在保护性耕作长期定位试验地进行,采用裂区设计。主区设免耕、深松两种耕作措施,副区设秸秆全量还田、秸秆不还田两种水平。共设计免耕秸秆还田(NTs)、免耕秸秆不还田(NT0)、深松秸秆还田(STs)和深松秸秆不还田(ST0)4种处理。采用冬小麦(济麦22)—夏玉米(郑单958)一年两熟种植制度。结果表明,深松秸秆还田增加了土壤有机质的含量、小麦穗数及千粒质量,提高了腐殖质富里酸的含量及小麦产量,减少了游离态铁氧化物的含量,增强了对土壤有机碳的固定。

纳米铁氧化物强化牛粪厌氧发酵产甲烷

为探究金属添加剂对牛粪厌氧发酵产甲烷过程的影响,提升牛粪厌氧发酵效率,本研究以纳米铁氧化物(Iron oxide nanoparticle,INP)为典型金属添加剂,比较了添加INP的反应器和从未添加INP的对照反应器中日产甲烷量、总挥发性酸、纤维素和半纤维素等的变化,并进一步探究INP添加对微生物群落和关键酶活性的影响。结果显示,INP添加促进纤维素水解并有利于挥发性脂肪酸的降解,从而促进产甲烷过程。连续反应器每日添加625 mg∙L^(-1)INP时日甲烷产量达到173.4 mL∙g^(-1)∙d^(-1),比对照组提高了38.3%;即使反应器停止添加INP,与对照组相比日产甲烷量依然显著提高(P<0.05)。16S rRNA分析表明,INP添加富集了乙酸氧化菌Mesotoga和嗜氢产甲烷菌Methanoculleus这一对协同互营菌。宏基因组分析表明,INP添加显著促进嗜乙酸产甲烷途径和嗜氢产甲烷途径相关酶的活性,尤其提高了甲烷合成关键酶-甲基辅酶M还原酶(EC 2.8.4.1)的活性(P<0.05),这是产甲烷效能提升的主要原因。综上,INP添加剂的施用有利于牛粪厌氧发酵产甲烷,从而提升畜禽粪污能源化利用效率。

朗盛与IBU-tec共同开发用于LFP电池材料的铁氧化物

近日,朗盛与IBU-tec先进材料公司在电池领域开展了一项研究合作。这两家德国公司的合作内容是开发用于生产LFP电池正极材料的创新型氧化铁,从而提高该类型电池的性能。两家公司的合作目标是优化LFP电池的电化学性能,如能量密度、充电速度和充电循环次数。越来越多的汽车制造商开始采用LFP (锂/铁/磷酸)电池生产电动汽车,尤其是量产车型。与NMC(镍/锰/氧化钴)和NCA(镍/钴/氧化铝)电池化学系统相比,LFP技术的成本优势高达50%,而且使用更安全,因为该系统几乎不可能点燃电池。

草酸诱导不同铁氧化物光化学活性差异性研究进展

铁氧化物(IOs)和草酸非均相光化学体系作为传统Fenton和非均相Fenton法的进一步拓展,有助于激发矿物的潜在本能,发挥天然自净化的优势,改善日益严重的水体污染问题。然而自然界中IOs种类繁多且各有差异,导致各IOs-草酸光化学体系降解性能也存在不同。在总结IOs结构性质的基础上,对比了不同IOs-草酸光化学体系的降解性能,并从草酸吸附、铁溶出、活性氧物种生成3个方面对体系光化学机理差异进一步展开论述,同时对后续研究做出展望,旨在通过调控IOs自身性质,打造出行之有效、性能更强的新模式。

纳米铁氧化物对Pelotomaculum schinkii培养系丙酸厌氧降解产甲烷的影响

微生物能利用导电材料进行电子传递,提高种间电子传递效率。铁基纳米导电物质可以加速土壤及厌氧消化系统中微生物间的种间电子传递,促进有机废弃物的产甲烷过程。前期获得了厌氧丙酸富集培养系,互营丙酸氧化菌(Pelotomaculum schinkii)在培养系中占优势,本研究考察了10~4000 mg/L纳米铁氧化物对丙酸降解产甲烷过程的作用及微生物的影响。结果表明,低浓度的铁基纳米材料对丙酸降解有一定的促进作用,而高浓度会抑制产甲烷。10~1000 mg/L纳米Fe_(3)O_(4)对产甲烷无明显影响,1500~4000 mg/L最大产甲烷速率抑制了26%~80%,延滞期增加了174%~222%;10~200 mg/L纳米Fe_(2)O_(3)使最大产甲烷速率提高了21%~29%,1500~4000 mg/L最大产甲烷速率抑制了48%~58%,延滞期增加了29%~85%。微生物群落解析结果表明,与对照相比,10~1000 mg/L纳米Fe_(2)O_(3)使P.schinkii相对丰度略有增加,而4000 mg/L纳米Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)使P.schinkii的相对丰度下降了70.7%和55.9%,说明高浓度纳米铁氧化物会抑制P.schinkii的活性,导致丙酸降解及产甲烷速率降低。

潘丙才教授课题组在限域纳米铁氧化物结构演变与水处理应用方面取得新进展

潘丙才教授课题组多年来一直关注水处理复合纳米材料的研制与应用技术开发工作,近年来在水处理纳米限域效应方面开展了持续探索。近期,课题组以广泛应用于水处理的纳米铁氧化物为研究对象,以径迹刻蚀膜(TE膜)为限域载体,首次考察了氧化铁纳米颗粒在不同尺寸TE膜限域孔道中的结构演变规律及其对吸附除As(Ⅴ)的影响。研究发现,纳米限域导致铁氧化物老化过程中结构转化的路径发生改变,从水铁矿转化为针铁矿而非开放体系中的赤铁矿。

不同铁氧化物对磷酸盐模拟废水的吸附实验研究

磷是植物生长所必需的营养元素之一,但水中过量的磷酸盐容易造成水体的富营养化,影响水生态平衡。另一方面,铁是地壳中丰度较大的金属元素之一,主要以铁氧化物的形态存在于环境中。铁氧化物在自然界中常见的纳米立方体(HNCs)和纳米晶体(HNPs)两种类型。不同类型的铁氧化物其原子排列结构不同,其界面特性不一样,从而导致该界面对水中磷酸盐的吸附机制不同。本文以含磷酸盐模拟废水为研究对象,探讨合成不同铁氧化物(HNCs和HNPs)对磷酸盐模拟废水的吸附特性。结果表明:在反应的前15分钟,两种铁氧化物对模拟磷酸盐废水的吸附速率都非常快速,反应30分钟时基本达到吸附平衡,HNCs和HNPs对模拟废水中磷酸盐的吸附过程受物理吸附和化学吸附共同控制。随着磷酸盐初始浓度的增加,两种铁氧化物HNCs和HNPs对磷酸盐去除率持续升高。随着反应温度的升高,HNCs和HNPs对废水中磷酸盐的去除率也提高,表明铁氧化物对磷酸盐的吸附过程是吸热反应;相同条件下HNCs比HNPs对模拟废水中磷酸盐的吸附效果更好。随着共存盐离子浓度的增加,磷酸盐去除率持续升高;共存盐离子对HNCs吸附废水中磷酸盐的促进作用稍差于HNPs,说明HNCs和HNPs对磷酸盐的吸附作用主要是表面络合和静电作用。

氧化还原电位对铁氧化物矿化除铀的影响研究

将废水中的铀转化为稳定的人造含铀矿物能够有效降低铀的迁移污染,而铁氧化物因其无污染、成矿简单,被认为是铀矿化去除的理想载体,在处理含铀废水方面具有稳定高效的优点。但如何在含铀废水中原位合成铁氧化物并同步固定铀面临巨大挑战,其难点之一就是铁的变价特性易受到溶液氧化还原电位的影响,从而形成复合铁氧化物降低铀的固定效果。本文提出以氧化还原电位作为铁氧化物矿化含铀废水过程中的工艺参数,对比了三种典型阴离子体系下氧化还原电位的变化及其对铀去除率的影响。实验结果表明,氧化还原电位与铀去除率变化趋势一致,在氯离子体系下,还原环境可以生成更适合矿化除铀的磁铁矿,铀去除率能够到达98%。

模拟酸雨、磷肥对红壤铁氧化物及速效磷的影响

为阐明酸雨、磷肥对铁氧化物和速效磷的影响,进一步揭示铁氧化物和磷的交互作用。以种植蔬菜5年,抛荒2年的旱地红壤为研究对象,研究了施磷肥后经不同强度和持续时间的模拟酸雨浸泡、速效磷、游离铁氧化物、无定形铁氧化物对模拟酸雨、磷肥的响应。结果表明:速效磷随施磷量、酸化天数的增加而增加,磷肥对速效磷的影响大于酸对速效磷的影响;磷肥对游离铁氧化物、无定形铁氧化物的影响不显著,不同强度酸作用下,土壤游离铁氧化物表现为:9 d>3 d>15 d>6 d,无定形铁氧化物表现为:6 d>15 d>9 d>3 d;酸化作用下游离铁氧化物与无定形铁氧化物存在此消彼长的关系,铁氧化物形态的转化影响磷的释放,无定形铁氧化物的释放促使了磷的释放。

不同基因型水稻吸镉差异及其与根表铁氧化物胶膜的关系

采用琼脂培养方法 ,模拟铁在不同基因型水稻根表的氧化与淀积 ,研究了不同水稻吸镉的差异及其与根表铁氧化物胶膜的关系 .结果表明 :不同水稻基因型其根表淀积的铁氧化物数量存在显著性差异 ,根表富集的镉量及根部、地上部含镉量均存在显著性差异 ,且镉在不同水稻植株体内转移运输能力不同 ;不同水稻基因型根膜中的含铁量与根表铁氧化物富集的镉量、根部的含镉量、地上部的含镉量存在显著性直线相关 .

三种铁氧化物的磷吸附解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系

采用三种人工合成铁氧化物(针铁矿、赤铁矿和水铁矿)比较了结晶态和无定形铁氧化物对磷的吸附—解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系。结果表明,三种铁氧化物的磷吸附特性均可用Langumir方程来描述,相关系数均大于0.9,达到极显著水平。从磷最大吸附量(Qm)、吸附反应常数(K)和最大缓冲容量(MBC)三项吸附参数综合考虑,水铁矿(无定形)对磷的吸附无论在容量还是强度方面均比结晶态铁氧化物针铁矿和赤铁矿大得多。水铁矿吸附的磷比针铁矿和赤铁矿所吸附的磷更难解吸;水铁矿的大量活性表面并没有表现出增加磷释放的作用。磷吸附饱和度有望作为评价土壤或铁氧化物磷吸附—解吸的强度和容量因子的一个综合指标。

用纯铁氧化法生长的铁氧化物样品的拉曼光谱研究

用显微拉曼光谱对纯铁氧化法生长的新铁氧化物材料进行了结构鉴认和成分分析。实验和分析清楚地证明样品的顶层长出了纳米结构的α Fe2 O3 ,中间层的主要成分是Fe3 O4,底层在测量时很可能是与α Fe2 O3

中国首例铁氧化物铜金铀稀土型矿床的厘定及其成矿演化

通过对拉拉矿床矿物共生组合、矿物生成顺序、矿石特征的研究,发现其矿石矿物以磁铁矿为主,铁和铜的硫化物次之,并含有大量稀土矿物和自然金。拉拉矿床至少经历了两期成矿作用:早期为区域变质成矿作用,晚期为热液成矿作用。早期形成Fe REE P矿化,晚期为Cu Mo Au Co (U)矿化。根据这些特征,首次指出该矿床属于铁氧化物 铜 金 铀 稀土型矿床,而不是以往所称的块状硫化物型铜矿。

四川拉拉铁氧化物铜金矿床(IOCG)形成的矿相学证据

四川拉拉铜矿是我国西南重要的大型铜矿,并且共(伴)生丰富的金—钼—钴—稀土—铁可供综合利用。系统的矿相学研究表明,矿石矿物主要为热液磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、白铁矿和辉钼矿;矿床围岩蚀变种类较多,主要有黑云母化、硅化、碳酸盐化、钠长石化、钾长石化、磷灰石化、阳起石化、萤石化等;矿石结构包括自形-半自形-它形晶粒结构、交代残余结构、包含结构和枝状结构,矿石构造包括浸染状构造、条带状构造、脉状-网脉状构造和角砾状构造;载铜矿物主要为黄铜矿,钴主要赋存于黄铁矿和白铁矿中,钼赋存于辉钼矿中,金主要以自然金或含银自然金形式赋存于黄铜矿、黄铁矿和叶碲铋矿中;磁铁矿中钛含量低,矿石中硫含量低,罕见铅锌硫化物矿物。因此,拉拉铜矿应属于典型的铁氧化物铜金矿床。

明胶-铁氧化物纳米复合微粒的制备和性能

用微乳液法制备了明胶包裹的复合氧化铁纳米量级超细微粒。XRD,TEM,SEM和 IR测试表明 :微粒为明胶包裹球形超细微粒。微球的粒径为 1.5 μm～ 3μm,而微粒的粒径为 2 0 nm。每个复合微球中约有 35个～ 90个氧化铁粒子。该复合微粒的比饱和磁化强度 σs=6 2 Am2 / kg,矫顽力 H c=187Oe,剩磁 r=10 .18Am2 / kg,具有硬磁体的性质。将其用于制备磁流变液 ,在低的磁场强度下有较大的 MR效应 。