非晶态合金在废水处理中的催化性能

随着印染工业的发展,染料废水的排放已成为水体污染的主要来源之一。目前常用的降解剂零价铁(ZVI)表面钝化现象严重,活性中心类型单一,导致其对染料的降解效率低下。因此,急需开发反应活性高、循环利用性好的新型降解材料作为ZVI的替代品。而具有热力学亚稳态结构的非晶态合金(MGs)以其优异的催化活性,在催化反应领域的重要性逐渐凸显。研究表明,MGs在染料废水处理中表现出超高的降解效率、较低的金属浸出率和稳定的催化性能。本文较简洁地阐述了当前染料废水的污染现状及处理方法,着重介绍了铁基、镁基和其他非晶合金作为环境催化剂对偶氮染料降解性能的研究进展,系统地综述了降解反应中的脱色、矿化、金属浸出、持续性和可重复使用等性能。与ZVI和晶态合金相比,独特的原子排布结构使MGs与染料的反应活化能降低,表观反应速率常数变大,价带顶下移,氧化还原电位降低,产物层更易脱落。对比传统降解材料发现MGs的性能优势明显。然而,MGs在工程应用中仍然存在着非晶形成能力差、金属浸出造成环境二次污染等问题。为此,本文对MGs催化剂的进一步开发及应用提出了几点建议:(1)MGs与其他强导电性物质(如生物炭)掺杂后制备成复合材料,可在降低MGs用量的同时提高电子传输能力;(2)建立非晶态-电子结构-催化性能之间的理论联系;(3)拓展其应用范围至石化废水、制药废水和食品加工废水等其他污染废水的处理工艺。以期为MGs在环境污染物降解领域提供更多新的参考。

电动法联合铁基非晶渗透反应墙修复铜污染土壤

首次采用铁基非晶合金作为渗透反应墙材料联合电动法(EK)修复冶炼厂周边受铜污染的农田土壤。在模拟土壤试验中,首先进行了以Fe_(78)Si_(9)B_(13)^(AP)非晶粉末和零价铁(ZVI)为渗透反应墙以及无渗透反应墙的电动反应。通过土壤连续浸提分析电动过程中Cu^(2+)的迁移转化性能。Fe_(78)Si_(9)B_(13)^(AP)-EK修复后总铜去除率最高可达82.7%,ZVI-EK可达74.9%,而单纯EK仅为67.5%。通过反应机理的探究发现,Fe_(78)Si_(9)B_(13)^(AP)表面的产物层存在大量的垂直于反应界面的孔道结构,能够将Cu^(2+)快速传递到反应界面并被还原为稳定的Cu0,及时消除了由于Cu^(2+)的积累所产生的反向电势。在此基础上选用最佳试验组Fe_(78)Si_(9)B_(13)^(AP)-EK修复实际铜污染土壤。结果显示,此方法的修复效果受污染土壤中铜的化学形态的影响较大,迁移态中铜的去除率仍保持在65.2%。因此,Fe_(78)Si_(9)B_(13)^(AP)有望取代ZVI作为新型环境功能材料应用于土壤修复领域。

铁基非晶合金对Cu污染土壤的还原固定

采用铁基非晶合金粉末Fe_(78)Si_(9)B_(13)固定化修复Cu污染土壤,探讨不同温度和pH值对Cu^(2+)形态转变的影响。动力学分析结果表明,Fe_(78)Si_(9)B_(13)AP与Cu^(2+)的反应均符合准一级动力学方程描述的规律,土壤总Cu含量为600 mg/kg,温度为3_(13) K,pH=6时,Fe_(78)Si_(9)B_(13)AP化学反应速率kobs=1.44_(9) h^(-1),活化能ΔE=15.94 kJ/mol。修复后土壤的三步浸提(BCR)结果显示,土壤中迁移态的Cu转变为可还原态和可氧化态,从而有效降低了土壤的环境风险。研究反应机理发现,Fe_(78)Si_(9)B_(13)AP的开路电压比零价Fe(ZVI)低0.27 V,因此在与Cu^(2+)的反应中具有更高的还原性。Fe_(78)Si_(9)B_(13)AP的产物层中存在大量疏松的孔道结构,有利于Cu^(2+)向反应界面的扩散从而保证反应的持续发生。

纳米材料在重金属及有机物废水处理中的应用

纳米材料比表面积大、表面自由能高等特性决定了其良好的吸附性能,将其作为吸附剂用于各类废水处理现已成为科研人员研究的重点。在查阅了大量国内外文献的基础上,对近些年来应用于废水处理方面的新兴纳米复合材料进行整理,着重介绍了碳纳米材料、纳米TiO2光催化材料、纳米复合滤膜等材料的制备方法,吸附-脱附特性及吸附机理等内容。对比传统吸附材料发现纳米吸附材料对废水的处理效果明显优于传统吸附材料,但在实际应用中仍面临着生产成本高、处理效果不稳定等难题。因此,开展纳米吸附材料的研发和吸附机理研究,为高效、低成本处理各类废水提供理论依据。

循环水磁防垢除垢作用机理及影响因素分析

结垢是工业循环冷却水普遍存在的现象,为了研究循环水磁防垢除垢作用的机理,通过文献调研前人对循环水磁防垢的相关研究,总结了磁处理水理化性质(黏度、表面张力和氢键数量)的变化以及水垢(文石、方解石)结构的变化与系统能量的关系,并结合影响磁化水抑垢效果的因素,针对目前对于磁防垢除垢作用机理的分歧,从相关的试验结论出发,以能量为落脚点对循环水磁防垢除垢作用的机理进行了推导,即水分子经磁场作用后,增加了氢键数量形成了更多的水合离子,减少了水垢的形成,同时致使体系能量降低和活化能增加,而活化能的增加能够促进硬垢向软垢的转变。这种经磁场作用后体系能量的重新分配造成的变化解释了常见的磁处理结论,并就影响磁处理阻垢效率的因素进行了讨论。

磁处理水阻垢性能的研究现状及进展

磁防垢技术已广泛应用于工农业领域,在这些领域中取得了显著的经济效益,但是由于其理论研究滞后于应用研究,尚没有一致的理论能对其防垢机理作出解释,影响了该技术的应用和发展。因此,为了全面地研究磁防垢技术,首先综述了磁处理水阻垢性能的研究现状,从磁处理水系理化性质的变化出发,介绍了前人对其变化原因两种截然相反的观点,即磁处理是否促进了水分子结构的改变,并分析了观点出现分歧的原因;然后叙述了磁处理对晶体微观结构、晶型组成的影响以及影响磁处理防垢效果的因素;最后展望了磁处理水防垢技术今后的研究方向。

石墨烯复合材料的应用进展

从石墨烯发现至今,人们开发出了多种多样的石墨烯复合材料并取得了一系列的研究进展,为石墨烯复合材料的进一步发展提供了技术、理论支持。本文综述了石墨烯基复合材料在超级电容器、电池、光催化材料、污染物处理、材料增强增韧、传感器等领域的应用现状,指出当前研究的不足之处,并指明石墨烯复合材料未来发展方向。