g-C_(3)N_(4)/生物炭/nZVI还原水中硝酸盐的性能

通过在g-C_(3)N_(4)/生物炭(BC)材料表面还原沉积纳米零价铁(nZVI)制备了g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI复合催化剂.利用SEM、TEM、XPS、XRD、UV-Vis DRS、光电流等对所制备的催化剂进行了物化性质和光电性能的表征,考察了g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI在可见光照下对水中硝酸盐(NO_(3)^(-))的还原性能.结果表明,中性水体的最佳反应条件为g-C_(3)N_(4)/BC与nZVI的质量比为1:0.6,g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI的投加量为2g/L,NO_(3)^(-)的初始浓度为20mg/L.与nZVI,BC/nZVI,g-C_(3)N_(4)/nZVI相比,g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI表现出最快的NO_(3)^(-)还原速率(k=10.6×10^(-2)min^(-1))以及较高的脱氮性能(71.6%).实验进一步考察了g-C_(3)N_(4)/BC/nZVI还原NO_(3)^(-)过程中氮的变化规律.推测还原机理为:可见光照下,光生电子通过BC转移到n ZVI表面,提高了nZVI的反应活性和稳定性,同时,BC材料抑制光生空穴对nZVI的氧化作用;nZVI表面的活性电子将NO_(3)^(-)还原为N2和NH4+,而光生空穴则进一步将部分NH4+氧化为N2和其他气态产物.

多硫化物修饰nZVI@BC对污染土壤中铬的稳定化:铬的生物可用性和稳定机制

土壤中铬(Cr)污染是最严重的环境问题之一,对人类健康构成了重大威胁。本研究探讨了多硫化物修饰的nZVI@BC(PS-nZVI@BC)对铬污染土壤的稳定化机制以及铬的生物可用性。经过30天的处理后,添加PS-nZVI@BC能够降低土壤中92.0%的可浸出Cr(VI)。根据序贯萃取分析,添加PS-nZVI@BC后,土壤中的可交换铬从20.8%急剧下降至4.0%,大部分转化为铁锰氧化物和有机物结合态。稳定机制包括静电吸附、氧化还原反应、表面络合和沉淀。此外,PS-nZVI@BC能有效改善铬污染土壤的肥力,降低土壤中的铬对玉米幼苗的毒性。这些结果表明采用PS-nZVI@BC对受铬污染的土壤进行修复具有巨大的潜力。

氯酚类污染物在Fe_(3)O_(4)-nZVI类Fenton体系中的降解

用共沉淀法和液相还原法制得Fe_(3)O_(4)负载nZVI复合材料(Fe_(3)O_(4)-nZVI),以Fe_(3)O_(4)-nZVI为非均相催化剂与H_(2)O_(2)耦合构建类Fenton体系,将其用于降解废水中的氯酚(CPs),如,对氯苯酚(4-CP)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)及2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP).SEM、EDS、XPS、XRD和VSM表征结果表明,Fe_(3)O_(4)-nZVI是可通过磁回收循环利用的纳米级复合材料,且可促进Fe2+和Fe_(3)+循环并增加HO·的产量.动力学拟合参数表明,Fe_(3)O_(4)-nZVI类Fenton体系对3种CPs的降解过程均符合拟一级动力学方程(R2>0.9).在25℃,Fe_(3)O_(4)和nZVI物质的量比1:1,溶液初始pH=3,H_(2)O_(2)浓度15mmol/L,CPs初始浓度40mg/L,Fe_(3)O_(4)-nZVI投加量0.6g/L的优化条件下,Fe_(3)O_(4)-nZVI类Fenton体系对4-CP、2,4-DCP和2,4,6-TCP的降解率分别为96.28%、98.77%和98.03%.3种CPs的降解速率顺序为k4-CP>k2,4-DCP>k2,4,6-TCP,表明随着苯环上氯取代基的增加,CPs的降解速率随之减小.淬灭实验和质谱结果表明HO·氧化和取代脱氯是CPs降解的主要方式.

nZVI/Cu活化过硫酸盐强化电动修复磺胺甲恶唑污染土壤的机理研究

采用过硫酸盐(PS)或过氧化氢(H_(2)O_(2))作为阳极电解液,并向其中加入纳米零价铁/铜(nZVI/Cu)悬浮液用于激活反应,通过nZVI/Cu活化PS增强电动(EK)修复磺胺甲恶唑(SMX)污染土壤,研究不同氧化剂和nZVI/Cu浓度对污染土壤中SMX去除效果的影响及其去除机理。结果表明:当电压为2.0V/cm、阳极液为0.1mol/L Na_(2)S_(2)O_(8)和3.0g/L nZVI/Cu悬浮液时,污染土壤中SMX的平均去除率可达92.0%,能耗为321kW·h/t;未被nZVI/Cu激活时,PS仅能去除污染土壤中57.9%的SMX;PS活化比H_(2)O_(2)催化具有更高的电流和SMX去除率;随着nZVI/Cu浓度的增加,PS的活化效率和污染土壤中SMX的去除率均有所提高;nZVI/Cu活化PS能够释放SO_(4)·-和HO·自由基用于氧化和降解SMX,影响土壤含水率和pH值的变化。

基于文献计量的微生物协同ZVI/nZVI的研究进展

ZVI/nZVI凭借其优异的污染物去除性能以及在环境修复中的其他优点,引起了国内外研究人员的极大关注。基于中国知网和Web of Science核心合集数据库中英文文献数据,对国内外微生物协同零价铁(ZVI)/纳米零价铁(nZVI)的相关文献进行年代分布、期刊分布、关键词共现、时间演进及突现等方面的文献计量分析。结果显示,年度论文总数的增长趋势可分为3个阶段。中国是这一领域最活跃的国家,Journal of Hazardous Materials是出版物数量最多的期刊。有关ZVI与微生物的研究重点是甲烷生产、厌氧消化、脱氯作用;微生物协同nZVI的研究集中于微生物群落、修复、生物毒性、生物炭。关键词的时间演进图谱将其分为9种聚类,关键词的突现分析表明细胞分子水平的机理研究和零价铁生物毒性的创新可能是未来的研究方向。

nZVI对好氧颗粒污泥短期冲击性影响研究

本研究采用批次试验,考察了不同nZVI浓度对好氧颗粒污泥性能的冲击影响。结果表明,nZVI投加量由0 mg/L增至25 mg/L时,好氧颗粒污泥对NH4+-N的去除率显著增强;nZVI浓度为5 mg/L时,好氧颗粒污泥对出水NH4+-N及TN的去除率最高,分别较对照组提高22.75%和51.77%。污泥氨氧化速率的测定结果表明:当nZVI的投加量为5 mg/L时,好氧颗粒污泥氨氧化速率最高,促进作用最明显;当nZVI投加浓度为25 mg/L时,好氧颗粒污泥分泌的LB-EPS含量最高,而TB-EPS含量最低;当nZVI的投加量从0 mg/L提高至50 mg/L时,好氧颗粒污泥对nZVI的吸附比例逐渐升高。扫描电镜(SEM)结果表明:好氧颗粒污泥表面吸附了大量nZVI,造成微生物菌群中丝状细菌大量减少,影响了污泥表面的微生物生态。

腐植酸对nZVI去除水中Cr(Ⅵ)的抑制及抑制作用的消除

以纳米级零价铁(nZVI)为主要工具修复受污染水体中的Cr(VI),考察了腐植酸(HA)对nZVI去除水中Cr(VI)的抑制作用,并初步探讨了淀粉稳定化nZVI对HA抑制作用的消除.结果表明,随着HA初始浓度由0增加大5,10,15,20,30mg/L,反应10min nZVI对Cr(VI)的去除效率分别达到91.9%,82.6%,78.6%,70.4%,70.0%和69.4%.可见,HA对nZVI去除Cr(VI)的影响是双方面的,一方面,HA会吸附在nZVI的表面,占据nZVI表面的活性反应部位,导致反应速率的下降;另一方面,HA表面带有大量的活性基团,有较大的负电性,会起到一定传递电子的作用,进一步促进反应的进行.由于nZVI的比表面积较大,HA的吸附作用占据主导地位,导致HA的加入对nZVI去除Cr(VI)反应产生明显的抑制作用.适量淀粉(0.5g/L)的加入确实能够起到阻碍nZVI颗粒团聚和HA在nZVI颗粒表面吸附的作用,从而维持nZVI较高的反应活性,消除HA对nZVI去除Cr(VI)的抑制作用.

纳米铁改性生物炭载体强化厌氧氨氧化菌富集与脱氮效果研究

为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)在载体生物膜中快速富集,本文采用液相还原方法制备了纳米铁改性生物炭(nZVI@BC)载体,并设置两组相同的厌氧氨氧化(ANAMMOX)富集装置(R_(1)、R_(2)),通过对R_(1)、R_(2)装置添加不同载体(分别为BC和nZVI@BC),考察在富集过程中ANAMMOX装置的脱氮性能、载体表面特征和微生物群落结构差异.结果表明:①BC表面成功负载nZVI,nZVI@BC载体比BC载体具有更高的比表面积,改性后载体的比表面积从47.17 m^(2)/g增至210.82 m^(2)/g,可为微生物提供更多的附着位点.②R_(2)装置NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(−)-N去除率稳定达到90%所需时间均比R_(1)装置短,且稳定运行后,R_(1)、R_(2)装置的TN去除率最高分别为86.99%、89.65%.③nZVI@BC载体表面颜色由黑色变为红褐色,表明红色的ANAMMOX生物膜初步形成,且其表面生物量比BC载体表面生物量高23倍.④第20天,R_(1)、R_(2)装置中AnAOB的相对丰度分别为10.47%和29.15%;R_(1)、R_(2)装置载体表面主要的AnAOB属均为Candidatus Kuenenia,其相对丰度分别为7.49%和23.76%.研究显示,改性的nZVI@BC载体显著促进了ANAMMOX生物膜的快速形成和AnAOB的高效富集,提升了ANAMMOX过程的脱氮性能.

复合纳米Pd-nZVI／GAC材料制备及其降解亚甲基蓝研究

采用浸渍-液相还原-还原沉淀法制备负载型的复合Pd-n ZVI/GAC材料,利用扫描电镜(SEM)、氮吸附比表面积孔径测定仪(BET)对材料进行表征,以亚甲基蓝为目标污染物,考察复合Pd-n ZVI/GAC材料的化学性能。结果表明,纳米Fe(n ZVI)和Pd负载质量分数分别为5%和0.3%时,亚甲基蓝去除效果最好。当亚甲基蓝初始质量浓度为100 mg/L、材料投加量为0.5 g/L条件下,反应10 min后,亚甲基蓝的去除率高达到93.17%;降解动力学数据表明,复合Pd-n ZVI/GAC对亚甲基蓝的降解过程符合1级反应动力学规律,表观速率常数k随着亚甲基蓝的初始含量的增大而减小。

nZVI/PANI/ATP纳米纤维复合材料制备及对Cr(VI)的去除性能

采用原位聚合法合成了硝酸掺杂的纳米零价铁/聚苯胺/凹凸棒黏土(nZVI/PANI/ATP)纳米纤维复合材料,用于去除废水中的Cr(VI)。考察了投料质量、吸附时间和p H值对其吸附性能的影响,对吸附过程进行了动力学和热力学分析。结果表明,PANI/ATP表面负载纳米零价铁(nZVI),解决了nZVI颗粒的团聚及在处理Cr(Ⅵ)时容易被腐蚀和钝化的问题。复合材料制备过程中Fe、An和ATP的质量比为0.74∶1∶4时,所制备的材料吸附容量达到87.95 mg/g,nZVI/PANI/ATP复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型,吸附为化学吸附。

炭铁材料修复三氯乙烯污染地下水的性能

采用生物炭(BC)为载体的纳米零价铁复合材料作为可渗透反应墙系统(PRB)中的反应介质,通过柱实验和渗透实验,研究了生物炭负载纳米零价铁(BC-nZVI)对三氯乙烯(TCE)的去除效果和炭铁复合材料在长期水流作用下的渗透性能.结果表明:炭铁复合材料对TCE的去除率在2h内可达到90%以上,10h时接近100%,随着炭铁复合材料的消耗,去除率逐渐降低,但在24h内仍能保持显著的修复效果,去除率保持在90%以上,72h后降为73.96%.PRB系统中反应介质材料在长期水流作用下出现明显的迁移,炭铁复合材料的稳定性随着炭铁比的减小而降低.5BC-1nZVI材料在持续3d的渗流作用下,其迁移流失率最低,相比纯BC材料的迁移流失情况具有明显的改善效果.微观结果表明球磨法可成功合成炭铁复合材料,合成后的nZVI颗粒存在一定程度的氧化,与TCE接触反应后的炭铁复合材料由于降解产物的附着,炭铁复合材料的表面会形成一层白色薄膜,孔径变小,进而炭铁复合材料对TCE的去除性能降低.

纳米零价铁的合成与修饰研究进展

纳米零价铁(Nanoscale Zero-Valent Iron,nZVI)是粒径在1~100 nm范围的零价铁粒子,具有良好的吸附性和还原性,在水体污染治理领域具有良好的应用潜力。nZVI的磁性和高表面能导致其易于团聚和钝化,降低比表面积和反应位点数量。为了提高nZVI的结构稳定性和反应活性,目前已开发了多种nZVI的合成和修饰方法。总结了近年来报道的nZVI的主要合成方法,包括物理合成法、化学合成法、生物合成法,以及表面修饰、负载、金属修饰、硫化修饰、乳化修饰和微生物联用等修饰方法,总结了各种方法的特点和优势,展望了nZVI的合成与修饰方法的发展方向,以期为今后nZVI的高效制备和水污染治理领域的广泛应用提供参考。

nZVI强化活性污泥对偶氮染料脱色及对微生物产物的影响

为研究纳米零价铁(nano-scale zero-valent iron,nZVI)对活性污泥强化偶氮染料脱色及对活性污泥微生物产物的影响,采用间歇试验考察投加nZVI对厌氧/好氧处理偶氮染料活性艳红K-2BP的活性污泥系统中,污染物去除效果及微生物胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的影响。结果表明,在投加nZVI的活性污泥系统中(R2),活性艳红K-2BP在12h内的脱色率达到97%,远高于未投加的活性污泥系统(28%)(R1)。nZVI的投加降低了R2厌氧段化学需氧量(COD)的降解速率,而在好氧段COD降解速率几乎不受影响。nZVI腐蚀生成的Fe2+降低了R2中EPS的提取量,同时nZVI投加和K-2BP降解中间产物刺激了SMP的产生,R2中厌氧末和好氧末SMP含量分别是R1的1.2和1.5倍。

生物炭负载硫化纳米零价铁在修复土壤镉中的应用研究

Cd作为重金属污染物,具有高毒性、难去除的特点,对生态安全以及人类健康造成了极大威胁。本文以BC为载体负载硫化纳米零价铁(S-nZVI)制备了BC负载硫化纳米零价铁(BC/S-nZVI),用于Cd的修复。BC/S-nZVI对Cd修复期间,DTPA提取Cd的固化效率为82%,TCLP对Cd的固定效率为63.36%,说明BC/S-nZVI具有更好的固定化潜力,能够有效降低土壤中Cd的有效性,并减少Cd的溶解和环境风险。

nZVI和PMS对臭氧去除渗滤液MBR出水的影响研究

研究了纳米零价铁(nZVI)和过一硫酸盐(PMS)对臭氧(O3)去除垃圾渗滤液MBR出水污染物效果的影响,设置O3、O3+nZVI、O3+PMS、O3+nZVI+PMS等实验组并分析了其对MBR出水中污染物的去除情况.结果表明:不同处理条件下COD去除率高低依次为O3+nZVI+PMS体系>O3+PMS体系>O3+nZVI体系>O3体系,在O3投加量为10 g/h时,TOC的去除率仅为13.31%;当体系中分别添加nZVI、PMS以及同时添加nZVI和PMS时,TOC去除率提高至19.00%、27.08%和30.30%,色度去除率为72.34%、81.04%、92.34%和96.77%.实验结果还表明,O3+nZVI+PMS体系对MBR出水中有机污染物有较好的去除效果.

Fe_(3)O_(4)-nZVI类Fenton法降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀和液相还原两步法制得四氧化三铁负载纳米零价铁(Fe_(3)O_(4)-nZVI),将其作为类Fenton反应的催化剂用于水中磺胺甲恶唑(SMX)的降解.通过批实验法研究了H_(2)O_(2)浓度、Fe_(3)O_(4)-nZVI投加量、pH值、SMX初始浓度、反应温度等因素对SMX降解的影响.SEM、EDS、XRD和XPS表征结果表明,制备的Fe_(3)O_(4)-nZVI为纳米级磁性复合材料.批实验结果表明,在一定实验条件范围内,提高H_(2)O_(2)浓度、Fe_(3)O_(4)-nZVI投加量和反应温度,以及降低体系pH值,均可提高SMX的降解率.动力学拟合参数表明,SMX的类Fenton催化降解符合拟一级动力学模型.在25℃时,当H_(2)O_(2)浓度为10mmol/L、Fe_(3)O_(4)-nZVI投加量为0.8g/L、pH=3、SMX初始浓度为10mg/L,SMX在180min时的降解率为99.61%.用VSM测得Fe_(3)O_(4)-nZVI的饱和磁化强度为105.52emu/g,表明其易于磁回收.重复利用实验表明,Fe_(3)O_(4)-nZVI具有较好的反应活性和稳定性.自由基淬灭实验表明,·OH的氧化作用是SMX降解的主要机理.

MWCNT-NZVI非均相电Fenton处理老龄垃圾渗滤液

采用非均相电Fenton处理老龄垃圾渗滤液,制备多壁碳纳米管负载纳米零价铁(MWCNT-NZVI)作为催化剂.考察了催化剂用量、初始pH、电压值及H_(2)O_(2)浓度对处理效果的影响,并与均相电Fenton处理效果进行对比.结果显示:在最佳条件下,催化剂用量为3.0 g/L、初始pH为2.0、电压值为4.0 V、H_(2)O_(2)浓度为1.6 mol/L时,非均相电Fenton对老龄垃圾渗滤液TOC去除率为87.3%,处理后垃圾渗滤液的可生化性从0.09提高到0.45,而均相电Fenton在最佳条件下TOC去除率仅为68.2%.MWCNT-NZVI非均相电Fenton处理可显著提升老龄垃圾渗滤液的可生化性和TOC去除率,并减少催化剂用量.

利用SCGE分析nZVI对DNA的损伤及其方法优化

本实验利用单细胞凝胶电泳技术(Single cell gel electrophoresis,SCGE)分析细胞中DNA的损伤情况,实验使用受试生物为土壤毒理学常用的模式生物赤子爱胜蚯蚓.从SCGE技术的实验方法开始,摸索SCGE的实验步骤,分别从体腔细胞的提取、铺胶、裂解、染色四个方面优化实验.探究了阴阳性的对照组,观察到阳性对照组出现条带状的DNA片段,而阴性对照组只观察到团状DNA,说明本实验的实验方法摸索成功.与此同时,将经过零价纳米铁染毒的赤子爱胜蚯蚓体腔细胞作为平行样品,进一步分析零价纳米铁(n ZVI)的生态毒理学效应,实验结果发现,在该实验条件设置下,纳米铁的急性毒性效应并不强烈,无法观察到DNA损伤.这一结论为纳米铁在环境领域的应用提供可行性的参考.

US/nZVI/H2O2系统协同降解对羟基苯甲酸乙酯

以对羟基苯甲酸乙酯(EP)为目标污染物,考察了US/nZVI/H2O2系统中有机物污染物的降解特性。以US(超声波)、H2O2、nZVI(纳米零价铁)分别或联合对EP进行试验,使用控制变量法,检测不同操作参数和不同的H2O2、nZVI的量对EP降解的影响。结果表明,US/nZVI/H2O2联合系统对EP的降解存在协同作用,说明在US/nZVI/H2O2体系中,同时存在超声波的空化作用和nZVI的还原作用,nZVI和H2O2的存在大大提高了体系中羟基自由基的生成效率。

纳米零价铁与过一硫酸盐协同去除水中诺氟沙星的研究

利用nZVI协同PMS去除水中的NOR,并借助EPR、XRD、TEM、EDS、FTIR等探究了相关的去除机制。结果表明,nZVI协同PMS对NOR的去除率高达97.4%,去除机制包括SO_(4)^(-)·和OH·对NOR的氧化降解,以及纤铁矿和针铁矿对NOR及其降解产物的吸附。