纤维素基有机-无机纳米光催化复合材料制备及其水处理应用的研究进展

为改善传统纳米粉体光催化剂易团聚导致催化活性降低,且难以重复利用等问题,针对性地开发具有高活性位点暴露、高分散性和稳定性的纤维素基光催化复合材料是推动光催化技术产业化应用的有效途径。综述了国内外纤维素基有机-无机纳米光催化复合材料的研究进展。首先从纤维素的不同制备形态角度出发,分析了纳米纤维素、纤维素膜材料、纤维素气凝胶材料与纳米光催化材料的设计合成与制备机制,重点阐述了其在环境领域的最新应用进展,最后提出纤维素基光催化材料的发展前景以及存在的问题与局限性,为纤维素基功能材料今后的规模化制备和在环境修复材料领域的广泛应用提供参考。

添加小龙虾壳生物炭和海绵零价铁的模拟垂直流人工湿地脱氮和除磷效果研究

2020年3月至2020年7月,利用废弃小龙虾(Procambarus clarkii)壳,在热解温度为300℃和800℃下,制备小龙虾壳生物炭,并将其与海绵零价铁混合,制备成模拟垂直流人工湿地的新型填充基质材料。在小龙虾壳生物炭与海绵零价铁投入量的比例分别为2∶1、1∶1和1∶2,且二者的总投入量分别为60 g、90 g和120 g、水力停留时间分别为6 h、12 h和24 h条件下,在18个模拟垂直流人工湿地中开展实验,研究以小龙虾壳生物炭、海绵零价铁和石英砂为基质的模拟垂直流人工湿地对污水中硝态氮、总氮和磷酸根的同步去除效果。研究结果表明,在不同热解温度下都成功制备了小龙虾壳生物炭,其中,300℃下小龙虾壳生物炭的碳元素含量(43.75%)较大,而800℃下小龙虾壳生物炭的孔结构发育更加完全;当模拟垂直流人工湿地进水中的硝态氮质量浓度为30 mg/L和总磷酸根质量浓度为2.35 mg/L时,800℃小龙虾壳生物炭与海绵零价铁投加比例为1∶2为最佳填料比,两者总投入量为120 g为最佳投加量;在实验的第64天至第65天,在最佳填料比和最佳投加量条件下,当水力停留时间为6 h时,模拟垂直流人工湿地对污水中硝态氮的去除率达到最大(92.77%);在实验的第76天至第77天,在最佳填料比和最佳投加量条件下,当水力停留时间为24 h时,模拟垂直流人工湿地对污水中总氮的去除率达到最大(71.16%);在实验的第89天至第90天,在最佳填料比和最佳投加量条件下,当水力停留时间为12 h时,模拟垂直流人工湿地对污水中磷酸根去除率达到了49.71%。小龙虾壳生物炭耦合海绵零价铁强化垂直流人工湿地的推广应用,不仅实现了废弃小龙虾壳的资源化利用,而且增大了其对污水中硝态氮、总氮和磷酸根的去除率。