两株耐铬菌的分离鉴定及对Cr(Ⅵ)污染土壤的治理

为实现高质量比铬污染场地的微生物修复,从华北某废弃铬盐厂取土样分离出两株高效铬还原菌,并对两株菌进行16S rRNA鉴定,分别命名为Agrobacterium sp. Cr-1(Cr-1)和Lysinibacillus sp. Cr-2(Cr-2)。将两菌株分别投入高质量比铬污染土壤中,通过分析土壤Cr(Ⅵ)质量比、pH值、铬形态的变化,探究两菌株对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤的治理能力。通过细菌多样性和代谢组学分析,根据细菌种类、代谢物和代谢物通路的差异分析了两菌株的Cr(Ⅵ)解毒及还原的原理。当反应42 d后,投加Agrobacterium sp. Cr-1和Lysinibacillus sp. Cr-2的土壤Cr(Ⅵ)质量比分别由1 100 mg/kg降至33.49 mg/kg和92.29 mg/kg。研究显示:两种菌株均能够实现对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤的高效修复。

以NH_(2)-MIL-53(Al)为前驱体制备多孔掺碳Al_(2)O_(3)吸附剂及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

铬是污染性金属元素,铬含量是水质污染控制的一项重要指标,其中Cr(Ⅵ)的毒性最大,且易被人体吸收.本研究以水中的Cr(Ⅵ)吸附传质分离为目标,利用以铝为金属源水热法合成的铝基MOFs为前驱体,600℃煅烧后制备了多孔掺碳Al_(2)O_(3)吸附材料,利用现代分析技术对其进行微观结构表征,探究了其吸附作用能力与机制.研究结果表明,XRD、SEM、BET等表征手段证明了NH_(2)-MIL-53(Al)与多孔掺碳Al_(2)O_(3)结构的成功合成.前驱体NH_(2)-MIL-53(Al)和煅烧后的衍生物多孔掺碳Al_(2)O_(3),在形貌上相似,且多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料(180.24 m^(2)·g^(-1))的比表面积要大于NH_(2)-MIL-53(Al)(116.73 m^(2)·g^(-1)).多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量最大可达到671.56 mg·g^(-1).吸附动力学模型拟合结果显示,多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料对Cr(Ⅵ)的吸附行为与Langmuir等温线模型和伪二阶动力学模型更加拟合.研究显示,多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料可以作为除Cr材料实现对Cr(Ⅵ)的高效去除.

rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的吸附还原性能及机理分析

以还原氧化石墨烯(rGO)为载体,采用原位聚合法将聚苯胺(PANI)负载到rGO上以增大其比表面积,探究复合材料对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附还原反应效果。采用SEM、XRD、BET、FTIR和XPS等对rGO/PANI复合材料进行表征,从吸附等温模型、吸附动力模型等角度探讨rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的吸附还原反应特征及机理。结果表明,rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的去除包括吸附、络合和还原三个部分。Cr(Ⅵ)一部分吸附在rGO/PANI表面,一部分还原成Cr(Ⅲ),还原的Cr(Ⅲ)部分被络合在复合材料表面,少量扩散到溶液中。在pH=2时,rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的最大去除量可达到97.61 mg/g,其中,吸附还原量为73.46 mg/g,溶液中剩余的Cr(Ⅲ)浓度为24.13 mg/L。

煤基压块活性炭的制备及吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力研究

为了降低压块活性炭的制备成本,以大同不黏煤为主料,桃山焦煤和重相沥青为黏结成分,以高温煤焦油和水为成型助剂制备压块活性炭。依靠调节配煤比例和改变活化条件来调控活性炭孔结构。利用碘吸附值、亚甲蓝吸附值、耐磨强度等表征活性炭常规性能;研究了样品吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力,并考察了活性炭再生效率和质量损耗情况。结果表明:在大同不黏煤、桃山焦煤、重相沥青、高温煤焦油和水的配比为51∶24∶9∶7∶9的基础上,活化温度和时间分别为875℃和2.5 h的条件下制备出的压块活性炭性能最优,其耐磨强度为90%,碘吸附值为902 mg/g,亚甲基蓝吸附值为270 mg/g,比表面积为992.6 m^(2)/g;对水溶液中Cr(Ⅵ)最大吸附容量可达27.3 mg/g;质量分数为5%的硝酸溶液对饱和活性炭在50℃条件下再生8 h效果最佳,再生5次以后,其质量损耗率为21%,性能恢复率为70.06%。

以箬叶“炭”究Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的检测与吸附综合实验

本文以“科教融合”为导向,以湖北鹤峰的箬叶为原料,制备生物质炭和碳量子点并进行基本表征,以生物质炭吸附Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ),以荧光淬灭法检测Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ),吸附和检测过程绿色环保。结果表明生物质炭吸附Cr(Ⅲ)的吸附符合颗粒内扩散模型,吸附Cr(Ⅵ)符合准二级动力学模型,二者均为自发吸热过程。作为本科生综合教学实验,本实验不仅涉及多种无机化学、分析化学、物理化学、仪器分析的理论知识,还包含了制备、表征、数据处理、吸附机制分析等重要环节,同时融入了文化自信、地域文化和绿色化学等课程思政理念。该创新实验教学时长约为24小时,适合用于综合化学实验教学,实现了基础化学理论在实践中的有效应用,提升了化学专业学生的综合能力。

磁性茶渣的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

采用化学交联法在废茶渣(TW)上负载Fe_(3)O_(4)磁性粒子,制备了新型生物质基磁性吸附剂-磁性茶渣(MTW),利用SEM和FTIR进行了表征,并研究了MTW对于水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。在30℃、pH为2、吸附剂用量1 g/L、吸附时间120 min时,MTW对初始浓度为20 mg/L的Cr(Ⅵ)的吸附率为91%。Cr(Ⅵ)在MTW上的吸附符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型,在40℃下,最大吸附容量为33.847 mg/g。热力学参数表明,吸附是自发和吸热的。

催化动力学褪色光度法测定煤炭工业废水排放中痕量铬(Ⅵ)的研究

实验利用催化动力学褪色光度法测定煤炭工业废水排放中痕量Cr(Ⅵ)的研究反应在缓冲溶液NH_(3)-NH_(4)Cl中,加入表面活性剂SDS,利用3,3'-二甲基酚酞在Cr(Ⅵ)催化作用下发生褪色反应,从而研究出煤化工废水中痕量Cr(Ⅵ)新的实验测定方法,即利用催化动力学分光光度法测定痕量Cr(Ⅵ),该实验测定方法表明Cr(Ⅵ)的质量浓度在0.03~0.35μg/m L的范围内与吸光度差△A值呈现出较好的线性关系,线性回归方程为:△A=0.9843ρ_(Cr(Ⅵ))(μg/m L)+0.1704,相关系数r=0.9889,检出限C_(L)=2S_(eb)/K=6.41×10^(-4)mg/L,该方法可直接用于煤化工企业达标废水中痕量铬的测定。

螯合剂与低分子有机酸复配淋洗修复Cr(Ⅵ)污染土壤

为探究可生物降解螯合剂氨三乙酸(NTA)替代乙二胺四乙酸二钠(EDTA)在复配淋洗剂中的作用,本文研究了NTA和EDTA与草酸和酒石酸所配制的复配淋洗剂在不同浓度、固液比、pH值和淋洗时间下对Cr(Ⅵ)污染土壤淋洗效果的影响及淋洗动力学,此外还使用顺序提取方案(BCR)分析了淋洗前后土壤中重金属的形态、迁移率和稳定性变化。结果表明:混合等体积的0.25 mol·L^(-1)NTA和0.3 mol·L^(-1)草酸在固液比为1∶9、pH为3、淋洗时长为240 min条件下达到最大Cr(Ⅵ)去除效率82.94%,这与使用EDTA淋洗时的效率相近;该复配淋洗剂淋洗Cr(Ⅵ)污染土壤时的动力学符合拟二级动力学方程;BCR实验结果表明,NTA和草酸复配淋洗后土壤中Cr的弱酸可提取态、可氧化态和残渣态组分含量分别从6346.67、4280.00、2387.67 mg·kg^(-1)下降至1161.67、433.35、741.00 mg·kg^(-1),可还原态组分从2746.67 mg·kg^(-1)上升至6016.67 mg·kg^(-1),污染土壤重金属迁移率下降。淋洗后土壤有机质含量从13.47%上升至30.56%,脲酶和脱氢酶活性分别从46.32、329.09μg·d^(-1)·g^(-1)降低至29.36、131.98μg·d^(-1)·g^(-1),土壤结构基本与原土一致。因此,NTA与草酸复配淋洗剂是一种高效且对土壤影响较小的淋洗剂。

氯化锌改性甘蔗渣生物质炭对Cr(Ⅵ)的吸附研究

以甘蔗渣为原料,采用氯化锌改性的方法,制备新型改性生物质炭并用作吸附剂去除水体中的Cr(Ⅵ)。采用SEM、FTIR对改性前后的生物质炭表面结构、孔径、比表面积和表面官能团进行了表征。通过初始浓度、吸附剂用量、温度、时间和pH值五组单因素控制实验,确定了最佳吸附条件,探讨了各种因素对吸附效果的影响。实验结果表明,在改性生物质炭用量为2 g·L^(-1),35℃,pH2.0左右,吸附时间120 min,铬离子初始浓度为100 mg·L^(-1)的时候吸附效果最好,吸附量45.64 mg·g^(-1),去除率可达91.64%。该生物质炭对Cr(VI)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程符合准二级动力学方程。

一株耐铬细菌的分离鉴定及其对Cr(Ⅵ)的抗性

从山东省某含铬农田土壤取样进行宏基因测序、16SrDNA以及构建系统树等方法分离、鉴定耐铬细菌,并通过扫描电子显微镜等研究其对Cr(Ⅵ)的抗性。某含铬农田土壤中的优势菌为Enterobacter cloacae(阴沟肠杆菌),将其命名为Enterobacter cloacae SD。SD的Cr(Ⅵ)耐受质量浓度可达3 200 mg/L;在150 mg/L Cr(Ⅵ)中培养时,菌落较不加Cr(Ⅵ)时少且分散,但单菌落较大;SD细胞表面粗糙,似有沉淀物产生。以酵母浸粉为碳源,pH值为7,培养温度为30℃时菌株SD可较好生长。在150 mg/L Cr(Ⅵ)下,SD对Cr(Ⅵ)的去除率为39.67%。研究表明Enterobacter cloacae SD可耐受高质量浓度Cr(Ⅵ)的同时,对Cr(Ⅵ)有一定的去除能力,这为Cr(Ⅵ)污染的微生物修复提供了可能的菌种资源。

N/P共掺杂茶叶废弃物生物炭的制备及对水体中Cr(Ⅵ)污染物的修复评价

以茶叶废弃物为原料,采用NH_(4)H_(2)PO_(4)预处理热解制备了一种N/P共掺杂的茶叶废弃物生物炭,采用BET、SEM-EDS、XPS、FT-IR对样品进行了表征,并考察了活化温度对生物炭孔道结构及对水体中Cr(Ⅵ)污染物的修复评价。结果表明,活化温度达到500℃时,生物炭具有较高的比表面积及修复性能。在pH=2,投加量为1.2g·L^(-1)的生物炭可在30min内快速彻底除去30mg·L^(-1)Cr(Ⅵ)溶液。经过五次循环实验后,Cr(Ⅵ)去除率仍保持在80%以上。该吸附过程符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型。

磁性介孔碳负载羟基磷灰石的制备及对U(Ⅵ)的吸附性能

采用共沉淀法研究制备了不同质量比的磁性介孔碳(MMC)与羟基磷灰石(HAP)复合材料(MMC@HAP-x,x=1、4和6)并用于去除溶液中U(Ⅵ)。采用XRD、FT-IR、Zeta等方法表征了MMC、HAP和MMC@HAP-x的结构、功能基团及表面电位等理化性质。探讨了MMC@HAP-x吸附U(Ⅵ)的动力学、热力学及吸附机制。结果表明:MMC@HAP-x对U(Ⅵ)的吸附最佳pH均为4.0,达到吸附平衡所需时间均小于10 min,MMC@HAP-6的理论饱和吸附量可达1164.62 mg/g,且吸附过程是自发的化学吸附过程。U(Ⅵ)在MMC@HAP-x的固定是由于HAP与UO_(2)^(+2)相互作用形成了Ca(UO_(2))_(2)(PO_(4))_(2)·3H_(2)O。MMC@HAP-6是一种快速的铀吸附剂,有望用于放射性废水中铀的去除。

我国典型土壤Cr(Ⅵ)固-液分配系数K_(d)值及其在推导保护地下水的土壤环境基准中的应用研究

Cr(Ⅵ)是铬盐、电镀、皮革等行业的特征污染物,极易因土-水迁移造成地下水污染。对于迁移性较强的污染物〔如Cr(Ⅵ)〕,有必要制定保护地下水的土壤环境基准。Cr(Ⅵ)在不同土壤上的吸附和解吸特征参数不同,为获取我国典型土壤Cr(Ⅵ)吸附及解吸过程的固-液分配系数(K_(d)),本研究采用我国黑龙江海伦黑土、河南封丘潮土、海南儋州砖红壤等12种典型土壤,开展了吸附动力学及吸附-解吸平衡实验。动力学研究结果表明,12种土壤均在48 h内达到吸附平衡,与拟一级动力学模型和Elovich动力学模型相比,拟二级动力学模型对Cr(Ⅵ)的土壤吸附动力学过程有更好的拟合效果。吸附平衡实验表明,相较Langmuir等温吸附模型,Freundlich等温吸附模型能够更好地拟合Cr(Ⅵ)在我国典型土壤上的吸附特征。Cr(Ⅵ)土壤吸附过程的固-液分配系数(K_(d)x)非固定值,随着平衡液Cr(Ⅵ)浓度的增大,K_(d)x逐渐减小。解吸平衡实验表明,Cr(Ⅵ)土壤解吸过程的固-液分配系数(K_(d)j)高于吸附过程的对应值。基于三相平衡估算土壤平衡液Cr(Ⅵ)浓度时应采用K_(d)j,且其取值因平衡液Cr(Ⅵ)浓度而异。基于污染土壤与地下水直接接触且不存在地下水稀释的保守假设条件,本研究初步提出了保护地下水的不同土壤的Cr(Ⅵ)环境基准值,研究结果丰富了我国典型土壤Cr(Ⅵ)基础参数数据库,为我国分区制定保护地下水的土壤Cr(Ⅵ)环境基准积累了科学数据。

高稳定磺酸化三维共价有机框架材料的设计构筑及其对U(Ⅵ)的吸附

从废水中分离回收U(Ⅵ)对放射性环境治理以及核工业发展具有重要意义。随着共价有机框架材料(COFs)的不断发展,越来越多的COFs材料被用于放射性核素的吸附分离。然而对于三维共价有机框架材料(3D-COFs)而言,由于分子构筑单元及拓扑连接方式有限,使得其在性能和应用上受到诸多限制。本工作运用键转化与后接枝相结合的方法,制备一种基于胺键的磺酸功能化3D-COF材料(COF-320-H_(2)SO_(3))用于水溶液中U(Ⅵ)的吸附去除。通过多种表征手段对其结构和性质进行了表征,并系统研究了COF-320-H_(2)SO_(3)对U(Ⅵ)的吸附行为。研究结果表明:亚胺键向胺键的转化显著提升了COFs材料的化学稳定性,同时具有亲水性和强配位能力的磺酸基的引入使材料对U(Ⅵ)吸附能力明显增强,即使在3 mol/L的HNO3条件下,对U(Ⅵ)的吸附容量仍保持在40 mg/g以上。本工作进一步展示了COFs材料特别是3D-COFs材料在分离放射性金属离子方面所展现的潜在应用价值。

预氧化法制备棉花秸秆活性炭去除印染废水中的铬(Ⅵ)

以新疆南疆棉花秸秆为原料,采用H_(2)SO_(4)预氧化和KOH活化制备活性炭,其Langmuir比表面积达到1 580.94 cm^(2)/g。采用静态吸附试验研究活性炭对印染废水中铬(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:p H为2,Cr(Ⅵ)的初始质量浓度为0.5 mg/L,活性炭投加量为0.1 g,吸附时间为150 min时,Cr(Ⅵ)的吸附量为28 mg/g。Langmuir吸附等温线能更好地描述棉花秸秆活性炭吸附Cr(Ⅵ)的过程,R^(2)为0.988 24,说明棉花秸秆活性炭的表面Cr(Ⅵ)主要以单分子层形态吸附。活性炭对铬(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型,R^(2)为0.950 25。

改性生物炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

针对目前水体中重金属污染的热点研究,利用商用花生壳生物炭(BC1)优异的比表面积、丰富的凹陷和孔道结构,制备一种改性生物炭(H_(2)O_(2)-Fe(Ⅱ)-BC1)。以废水中Cr(Ⅵ)为处理目标物,研究H_(2)O_(2)-Fe(Ⅱ)-BC1对废水中Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。利用XRD,FESEM,FTIR表征吸附剂结构,利用动力学和吸附等温线拟合分析改性生物炭的吸附机理。此外,研究了吸附温度、Cr(Ⅵ)的初始质量浓度、H_(2)O_(2)-Fe(Ⅱ)-BC1投加量和pH对吸附性能的影响。实验结果表明,改性生物炭显著增强了对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能且吸附过程以物理吸附为主导。

膨润土改性微囊藻基生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能

针对高毒性含铬废水处理难、水华藻类资源化利用率低等问题,本研究拟制备膨润土改性微囊藻基生物炭(BMC),使用扫描电镜、X射线衍射和比表面积分析等方法对使用膨润土改性前后的微囊藻基生物炭的属性进行表征,研究初始pH、生物炭投加量对改性前后微囊藻基生物炭吸附Cr(Ⅵ)效果的影响,并对吸附过程进行动力学和等温模型拟合。结果表明,膨润土改性后微囊藻基生物炭表面官能团和阳离子交换容量均大幅增加,改性前后微囊藻基生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型;在pH=2、投加量为2 g/L的试验条件下,改性微囊藻基生物炭对Cr(Ⅵ)的饱和吸附容量达到10.87 mg/g,是改性前微囊藻基生物炭(MC)饱和吸附容量的3.94倍,微囊藻基生物炭改性后显著促进了对Cr(Ⅵ)的吸附;静电吸附和氧化还原作用是微囊藻基生物炭去除Cr(Ⅵ)的主要机制。本研究成果可为含铬废水处理提供新方法,并可为水华藻类的资源化利用提供新思路。

U(Ⅵ)与乙酰氧肟酸的配位化学

乙酰氧肟酸(又名乙异羟肟酸,AHA)是最有希望应用于水法后处理PUREX流程铀纯化循环的配位剂。本工作用pH电位滴定方法和拉曼光谱滴定方法研究了AHA的电离过程及其与U(Ⅵ)在1.0 mol/L NaClO_(4)介质中的配位化学。酸碱滴定过程中AHA表现为一元酸,其质子化常数为109.24±0.11(误差由HyperQuad软件拟合计算给出),研究pH范围内未观察到AHA的二级电离。但AHA与U(Ⅵ)形成配合物时可脱去第二个质子,在中性和碱性pH范围内与U(Ⅵ)进一步形成五种以前报道未发现的配合物。配合物中AHA既可以是脱一个质子的离子,也可以脱两个质子的形式存在。拟合得到了七种主要配合物的稳定常数,并发现该类配体在中性以及碱性区与U(Ⅵ)的配位反应能够与水解作用竞争并抑制水解。拉曼光谱滴定实验结果表明,随着配合物中配体数量的增加,配合物中U(Ⅵ)的特征拉曼光谱峰向低波数移动。根据配合物稳定常数计算拉曼光谱滴定过程中配合物物种的分布,结果显示:不同于通常的认知,配比相同的AHA与U(Ⅵ)配合物,其配体是否去质子化对U(Ⅵ)拉曼散射光谱的影响难以分辨,但对其强度产生显著影响。

石墨相氮化碳/壳聚糖复合材料对水中U(Ⅵ)的吸附性能与机理

针对核能发展与应用过程中产生的含铀废水所导致的环境铀污染难题,通过共混交联法将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))负载在壳聚糖(CS)上,制备了复合材料-石墨相氮化碳/壳聚糖(g-C_(3)N_(4)/CS),用来吸附水溶液中的U(Ⅵ)。对g-C_(3)N_(4)/CS的表面性质和作用机制进行了分析。结果表明:g-C_(3)N_(4)/CS投加量为0.2 g/L,g-C_(3)N_(4)质量分数为20%,吸附时间为120 min,温度为308 K,pH=6条件下,g-C_(3)N_(4)/CS对U(Ⅵ)的最大吸附量达到324.45 mg/g。Langmuir等温模型和准二级动力学模型符合该吸附过程,是一个自发吸热过程。g-C_(3)N_(4)/CS对U(Ⅵ)的吸附机理主要为—NH,—OH,C—O,C=O,C—N等官能团与U(Ⅵ)发生的配位络合。g-C_(3)N_(4)/CS在循环再生实验中显示出良好的重复利用性。

共存离子对纳米铁在Cr(Ⅵ)溶液中晶相转化的影响

纳米零价铁(nZVI)与水中六价铬[Cr(Ⅵ)]进行反应时,其本身的结构也发生变化,从而影响其效能和性质.本文主要探究Cr(Ⅵ)溶液中共存重金属离子(Co^(2+)、Cd^(2+)、Ni^(2+)、Cu^(2+))和阴离子(Cl^(−)、CO_(3)^(2−)、NO_(3)^(−)、SO_(4)^(2−))对nZVI晶相转化的影响.研究发现,共存的重金属离子均能够促进nZVI氧化,促进nZVI转化为纤铁矿(γ-FeOOH)和针铁矿(α-FeOOH).共存的阴离子对nZVI的晶相影响与铬和阴离子浓度有关.当Cr为10 mg∙L^(−1)时,4种阴离子均抑制nZVI的氧化作用;当Cr为20 mg∙L^(−1)时,NO_(3)^(−)、SO_(4)^(2−)促进nZVI氧化,CO_(3)^(2−)抑制nZVI氧化,低浓度Cl^(−)(20 mg∙L^(−1))促进nZVI晶相转化,高浓度Cl^(−)(200 mg∙L^(−1))抑制Fe(0)转化为γ-FeOOH和γ-Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)的混合物;当Cr≥50 mg∙L^(−1)时,nZVI氧化受到抑制,此时4种阴离子没有明显作用.该研究对于探讨复杂环境条件下nZVI结构与去除效能之间的关系具有重要意义.