纳米零价铁基材料去除水中硝酸盐污染的研究进展

地下水和地表水中的硝酸盐污染成为一个日益严重的环境问题,通过经济有效的办法对硝酸盐污染进行控制或处理,甚至实现完全无害化,是非常必要且迫切的。纳米零价铁作为一种典型的工程纳米材料,在硝酸盐污染环境修复中有巨大的应用潜力。以纳米零价铁技术在硝酸根还原中的应用发展作为依据,该领域当前主要的研究工作集中于:(1)通过对纳米零价铁颗粒合成方法的探索和改进,提高其对高浓度硝酸盐废水的耐冲击能力,或与其他修复处理技术联用,增强其在原位修复中的适用性等;(2)研究环境条件(包括反应温度、溶解氧浓度、溶液初始pH,以及环境中其他竞争离子等)对纳米零价铁还原硝酸盐的影响规律,为该技术的工业推广提供理论支撑。然而,总结这些研究工作后发现该技术在向实用化进程中仍存在一些难点问题,尤其是零价铁技术使用寿命较短,硝酸根在体系内传质和吸附受限,产物(氮气)选择性低等。为此,在纳米零价铁材料的基础上,通过对其进行功能化改性,进而合成纳米铁基复合材料,作为更先进的技术替代。本文从负载型、双金属型、表面改性型几个方面对纳米铁基复合材料进行了归纳整理,重点阐述了不同复合体系在水中硝酸盐污染去除中展示出的优异于纯纳米零价铁体系的多种性能,揭示纳米铁基复合材料促进机理和影响硝酸根还原能效的因素。最后,对纳米零价铁基材料修复水中硝酸根污染技术目前尚需要解决的问题和未来的发展方向进行了思考和展望。

废油催化再生的研究进展

从废油再生新工艺中的催化脱色技术、催化裂化技术、催化加氢精制技术等方面阐述了国内外科研前沿领域在催化剂、工艺、反应机理方面的进展,并对废油转化再生技术的深入研究进行了相关的展望。

磁性颗粒在油水分离中的应用

叙述了磁性颗粒材料在油水分离领域的研究应用进展,包括磁性颗粒的性质及制备方法,磁性颗粒直接作为吸附剂,及磁性颗粒与其它吸附材料结合作为复合吸附剂等方面。总体而言,磁性颗粒油水分离技术展现出分离效率高、成本低、运行操作简单,且吸附剂可重复利用等优点,具有广阔的应用前景。进一步提升磁性材料的分离性能,增加单位吸附容量,保持材料在多种场合中的处理能力,开发出具有实用价值的功能化材料是未来磁性油水分离材料领域的主要发展方向。

水体氨氮的电催化氧化消除技术研究进展

随着人类社会生活和工业生产的高速发展,大量氨氮进入自然水体,超出其自净能力造成污染,对生态环境和人体健康造成严重的威胁;电催化氧化技术是一种由可再生能源电驱动,将氨氮在电极表面快速选择性氧化为氮气的方法,具有反应过程可控,条件温和,勿需外加化学物质,无污泥产生,二次污染小等优点,被认为是一种前景较优的环境水体污染修复和水质安全保障技术;氨氧化反应机制和电极催化效率是当前研究者关注的重点,也是实现技术可控应用的关键;现重点综述当前水体氨氮的电催化氧化技术的研究进展,着重从电催化氧化机制(包括氮气形成方式和自由基类型),高效催化剂的类型和优缺点,及各种催化材料的制备方法这3方面进行阐述;最后,对研究方向未来的发展方向和内容进行了展望。

非电解质乙二醇水溶液脱硫石膏制备高强石膏

研究了常压非电解质乙二醇-水溶液脱硫石膏制备α-半水石膏工艺,对转化过程和产物特性做了表征分析;研究了不同金属离子对于转化过程的调控作用,对调控机制作了分析。结果表明脱硫石膏在乙二醇水溶液中(乙二醇浓度80 mol%,反应温度95℃)可成功转化为α-半水石膏;微量金属阳离子K^+,Mg^(2+)的添加可显著加快转化速率,而Fe^(3+)的加入则会减缓转化;添加K^+产物α-半水石膏晶体呈梭子状,添加Mg^(2+)后可获得细长α-半水石膏晶须,而添加Fe^(3+)后则获得扁平硬币状α-半水石膏晶体;金属阳离子对于转化速率和产物形貌的调控主要通过影响溶液pH及晶体表面选择性吸附实现,确切的机理还需进一步分析表征。研究内容将有助于常压非电解质醇水溶液α-半水石膏制备技术的发展,并利于脱硫石膏的高附加值资源化利用。

金属钯纳米颗粒/氮化钛复合材料对水中2,4-二氯苯酚的电催化氢化脱氯（英文）

随着社会经济的快速发展,含氯有机物,特别是含氯苯系物,在农业、化工和医药等领域的使用量逐年增多,而使用过程中不合理的排放和控制致使含氯苯系物对生态环境,特别是水体环境的污染日趋严重.含氯苯系物具有高致毒致癌性,易生物富集,且很难被完全降解矿化,已被国家环保局认定为优先控制污染物.常规的废水处理工艺,如吸附、氧化及生物降解等,效率不高,且具有二次污染风险.电催化氢化脱氯技术是一种新型特别针对废水中含氯有机污染物的处理工艺,是通过在阴极电解还原水,原位生成原子态氢,以进攻苯环上C.Cl键,通过C.Cl键断裂H原子取代,使含氯苯系物完全转化为苯系物,达到去毒去害化的目的,近年来越来越受到研究者的关注.在整个电催化氢化脱氯技术中,高效稳定的电催化剂合成是关键,决定着脱氯效率、脱氯动力学、产物选择性及能量的利用率.本文报道了一种简易、无需添加任何表面活性剂的湿式还原法制备金属钯/氮化钛(Pd/TiN)和金属钯/碳(Pd/C)复合材料.在该复合材料中,金属钯颗粒具有均一的纳米尺寸(约5.0 nm)和球状形貌,且均匀分布在TiN和C载体上.作为针对水体中代表性含氯苯系物2,4-二氯苯酚的电催化氢化脱氯反应催化剂,Pd/TiN所展现的活性和稳定性均优于TiN和Pd/C,这源于TiN载体的促进作用.当TiN与Pd复合时,相应形成的Pd-TiN界面可改变Pd表面的电子结构,进一步优化Pd产活性氢及其吸附活化2,4-二氯苯酚的性能,因而其催化氢化脱氯活性增加.阴极工作电压是该催化反应中一个重要操作参数,决定了电催化氢化脱氯的效率和最终产物的构成.实验表明,.0.80 V vs Ag/AgCl是最佳操作电压,此时2,4-二氯苯酚的电催化氢化脱氯效率最高,可达到93.27%,且可实现最大程度的2,4-二氯苯酚向苯酚转化.脱氯反应路径研究发现,在Pd/TiN催化剂上2,4-二氯苯酚脱氯反应路径为2,4-二氯苯酚→对位一氯苯酚,邻位一氯苯酚→苯酚,但Pd/TiN对邻位和对位的C.Cl键断裂基本没有选择性.本文提供了一种新的有效调控Pd材料电催化氢化脱氯性能的方法,可望用于其他氢化反应体系的高效催化剂的设计合成,同时可推动电催化氢化脱氯技术在环境污染修复中的应用.

钯基催化剂电催化氢解处理氯代有机物的研究进展

氯代有机物(COPs)是一类重要的化工生产原料和中间体,但其高持久性、高生物累积性、致癌性及遗传毒性将对生态环境和人体健康造成巨大危害.开发消除COPs毒性的新型技术,实现人与自然和谐共生,成为国际学术界和工业界共同关注的焦点.电催化氢解技术(ECH)因具有高反应活性、结构简单、二次污染风险小等优势而备受青睐.本文系统综述了钯(Pd)基催化剂上的ECH反应机制,探究强还原性氢自由基(H^(*))的定量分析方法,揭示脱氯反应与析氢副反应间的竞争关系.通过分析H^(*)产量、污染物脱附、电场等因素对脱氯速率的影响规律,建立晶面与效能间构效关系,识别不同反应条件下制约ECH速率的因素.聚焦阴极催化活性低、易受脱氯产物毒化的关键问题,通过暴露Pd活性中心位点、强化水裂解、调控电子效应和配体效应及几何效应等策略增强催化剂产H^(*)量和抗毒化性能.开展ECH脱氯反应路径识别、脱氯性能影响因素探讨以及生物安全性评价,并基于当前存在的关键科学问题,展望ECH技术的发展趋势,为设计和发展实用型环境催化新技术和新型催化材料指明方向.

纳米零价铁优化体系及其在环境中的应用研究进展

零价铁材料作为近年来受到广泛关注和研究的环境原位修复介质,主要得益于自身的一些优势:(1)原料价廉易得,铁在自然界中广泛存在,含量占地壳元素的4.75%,丰富的储存量有利于降低其使用成本;(2)铁化学性质活泼,还原电势高,能与多种污染物发生反应,将其转化到无毒或低毒状态;(3)铁是一种环境友好的修复介质,不易造成二次污染等问题。此外,铁材料还具有较强的磁性,有利于分离回收。然而普通的零价铁颗粒比表面积相对较小,在一定程度上会影响零价铁的使用效果,尤其是去除速率较慢,同时较大的尺寸也使得零价铁材料不适用于土壤修复等对材料渗透性有一定要求的应用环境。为解决这一问题,纳米零价铁材料成为研究热点,其极大的比表面积可使材料反应速率提高到普通铁粉的10～100倍,反应活性极佳,且其颗粒粒径小、渗透性和流动性强,可通过注射的方式进入到地下污染体系中,能实现对土壤和地下水的污染修复,在各种污染环境的原位修复中有着广阔的应用前景。纳米零价铁的制备方法较多,主要可分为物理法(高能机械球磨法、物理气相冷凝法、溅射法和等离子体法等)和化学法(液相化学还原法、固相化学还原法、溶剂热法、气相化学反应法、电沉积法等)两大类。然而纳米零价铁材料性质过于活泼、表面能量高,且磁性较强又会导致其在使用中发生团聚、钝化等问题,严重降低电子效率,限制能效的充分发挥和使用寿命。为此,在纳米零价铁材料基础上进行优化改性是该领域的目前主要发展方向。本文将目前最常见的纳米零价铁优化体系归纳为三类:(1)纳米零价铁稳定化体系,又包括物理负载稳定化和表面化学改性稳定化两种;(2)纳米零价铁包埋体系,其中以生物材料固定化包埋最为常见;(3)纳米零价铁复合体系,例如铁/碳复合纳米材料、纳米双金属复合材料等。本文总结了各体系的特点和相应的制备技术,重点阐述了纳米零价铁优化体系在重金属、有机氯等污染环境中的最新应用进展,揭示了其修复机理和影响能效的因素。进一步提高纳米零价铁优化体系的使用效率、延长使用寿命、降低成本以及拓宽其应用领域,将是该领域未来的主要研究目标。

电化学催化还原水中硝酸根研究综述

综述了近年来,随着社会生产和人类活动的快速发展,大量硝酸盐进入水体造成污染,对生态环境和人类健康构成巨大威胁。电化学催化还原水体硝酸根(NO_(3)^(-))技术通过外加电源提供自由电子,在催化剂表面将NO_(3)^(-)转化为N_(2)溢出,实现无害化脱氮的目的,具有处理效率高、无污泥产出、反应条件温和、操作方便、二次污染小等优点,被认为是一种应用前景较优的污染修复技术和水质安全保障技术。文章将着重介绍电催化还原NO_(3)^(-)反应机制和反应路径,综述当前高效催化剂的研发现状,阐明影响NO_(3)^(-)还原反应效率的反应条件,以期为该技术中选择合适的电极材料和最佳的反应条件提供理论指导。

电催化还原水中NO_3^-的研究进展

主要综述了目前国内外电催化还原脱除NO_3^-技术的研究进展,阐述了NO_3^-电催化还原的主要反应路径及相应的中间产物,并着重介绍了几种一元/二元金属阴极催化剂,及相应的催化效率优化手段和调控原理。综述可为高效催化剂的设计和合成提供思路和参考,推动电催化还原脱除NO_3^-技术在环境污染修复等领域的应用和推广。

废矿物油水分离技术研究进展

着重综述了目前主流的两类油水分离技术(过滤分离和吸附分离技术)的研究进展,包括分离技术的原理和适用范围、高性能过滤/吸附材料的构建和制备、分离性能的表征和优缺点分析。油水分离技术的研发具有广阔的应用前景,开发新型高效的过滤/吸附材料,提升其分离性能和抗环境干扰能力,降低生产成本,是该领域发展的主要方向。

MgAl-LDH强化Bi单质等离子体光催化性能的机制

通过液相超声辅助组装的方式将铋纳米球(Bi-NPs)均匀负载于层状氢氧化镁铝(MgAl-LDH)纳米片上,成功合成Bi@MgAl-LDH复合光催化剂.该催化剂在光照射下,可通过Bi单质等离子体效应连续高效氧化空气中ppb(十亿体积气体中所含污染物体积)浓度量级的NO(去除效率可稳定在56%).采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)和紫外可见漫反射光谱(UV-visDRS)等手段对催化剂物相、形貌、化学组成和光学性质进行了表征分析,结合电子顺磁共振(ESR)氧化自由基捕获实验并采用原位红外光谱技术对光催化氧化NO过程进行动态监测发现,虽然MgAl-LDH作为载体没有与Bi球形成异质结结构,但其表面富含丰富的氢氧根离子,能与Bi球上光激发产生的空穴快速结合,形成·OH自由基;而光生空穴的快速消耗又能降低其与光生电子的复合,增强光电分离,促进超氧自由基形成,通过这两方面的协同作用增强了Bi球对NO的光催化氧化效果.更重要的是,LDH具有独特的水分子记忆效应,在光催化过程中被消耗的氢氧根离子可通过吸附空气中水分而不断补充,促使催化活性的稳定高效.本文的研究结果为Bi单质基等离子体直接光催化降解气相污染物性能强化提供了新的策略,同时对光催化反应机制的研究提出了新的思路.

稳定化缺电子Cu^(δ+)活性点位电催化还原水体硝氮

电催化还原水体硝氮(electrocatalytic nitrate reduction reaction,ENRR)是极具应用潜力的绿色脱氮技术.铜基催化剂因活性高而受研究者青睐,缺电子Cu^(δ+)是其中主要活性位,但在ENRR较负工作电压下难稳定(转化为Cu^(0)).本文以市售Cu(OH)_(2)颗粒为前驱体,通过在其表面修饰1,4-萘二甲酸分子(1,4-NDC)并原位电还原活化,成功构建Cu^(δ+)-1,4-NDC催化活性点位(Cu(OH)_(2)/1,4-NDC-AT);因1,4-NDC羧基上氧的高电负性和化学稳定性,Cu^(δ+)在ENRR过程中能稳定存在.脱氮性能测试结果表明,Cu(OH)_(2)/1,4-NDC-AT在-0.40 V vs.RHE(可逆氢电极)下处理NO_(3)^(-)-N废水(22.5 mg/L),产物中NH_(3)-N选择性大于90%,比表面活性和质量活性可达1034.7 mg N/(h m^(2))和89.1 mg N/(h g_(Cu)),是相应Cu(OH)_(2)-AT的2.3和5.1倍,亦优于大部分同类催化剂.优化1,4-NDC用量和工作电压可进一步提升质量活性,在n_(1,4-NDC)/n(Cu(OH)_(2))=2.16和-0.50 V时质量活性分别提升至147.1和104.6 mg N/(h g_(Cu)).针对低浓度NO3_(3)^(-)-N废水,本文提出“ENRR+NH_(3)-N吸附去除”耦合技术,彻底消除水中氮物种;针对高浓度NO_(3)^(-)-N废水,提出“ENRR+NH_(3)-N回收”耦合技术,将水中氮以(NH_(4))_(2)SO_(4)形式回收(回收率约98.0%).

硫酸镁颗粒高效分离油包水乳液

乳化油中微量水分的分离脱除是工业废油净化,实现资源化回用的关键步骤.本研究通过乙二胺四乙酸(EDTA)诱导Mg^(2+)和SO_(4)^(2−)结晶,成功合成单分散硫酸镁微米颗粒(MgSO_(4)·1.25H_(2)O,MSH).该颗粒在脱除乳化水分方面具有优异的性能,针对含10 mg/mL水的乳化变压器油:(1)添加16.0 g/L_(oil) MSH可去除95.56%的水分,提高添加量或分离温度可进一步提高水分去除率至98.74%;(2)颗粒吸水后尺寸从4.1μm膨胀至40μm,易于从油中分离,无残留;(3)可循环再利用,初步估算处理每立方乳化油成本为733.68元,低于目前报道的其他材料.机理探讨发现,MSH优异的除水功能归功于其在常温下可重排的晶格结构,可腾出空间来捕获并固定乳化油中的微量水分(水分固定于MSH晶格间隙),其晶格空间水容量达0.63 g_(H_(2)O)/g_(MSH),分别是已报道的双金属氧化物(LDO,0.48 g_(H_(2)O)/g_(LDO))和半水硫酸钙(HH,0.18 g_(H_(2)O)/g_(HH))的1.31和3.50倍.本研究结果将为工业乳化废油的提纯净化提供新的策略和材料,积极推进我国工业废油的绿色高效资源化回用进程,符合国家节能环保战略需求.