壳聚糖-纳米零价铁球去除水中二价镉的研究

为了更好地利用纳米零价铁修复水体镉污染,以壳聚糖为载体,制备出壳聚糖-纳米零价铁球用以去除水中的镉(Cd(Ⅱ)).利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对壳聚糖-纳米零价铁球进行表征分析,通过对比与Cd(Ⅱ)溶液反应前后的样品的X线光电子能谱探讨壳聚糖-纳米零价铁球对Cd(Ⅱ)的去除机理,并进行批实验研究环境因素对去除效果的影响.研究结果表明:制备出的壳聚糖-纳米零价铁球为规则均一的黑色球体,粒径约为3.1 mm;所有壳聚糖-纳米零价铁球均具有多孔结构,平均孔径约为40.6μm,且纳米零价铁均匀分布在球内;壳聚糖-纳米零价铁球对Cd(Ⅱ)的去除机理包括物理吸附过程和化学还原过程,且化学还原过程起主要作用;批实验结果显示壳聚糖-纳米零价铁球对Cd(Ⅱ)的去除率随pH值、反应温度和纳米零价铁投加量的增加而增大,随Cd(Ⅱ)初始质量浓度的升高而减小.

碳球负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解水中恩诺沙星的性能研究

恩诺沙星(ENR)属于氟喹诺酮类抗生素,具有稳定性强、难分解、易富集等特性,常用于水产养殖、畜禽养殖等,其在环境中总体浓度较低,但长期低剂量暴露可能对人体健康和生态环境带来极大风险。采用碳球(CS)负载纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸盐(PS)去除水体中的ENR。应用两步碳热还原法制备了碳球负载纳米零价铁(Fe@C),采用单因素实验研究了Fe@C投加量、PS浓度、ENR初始浓度和pH值对ENR降解的影响及降解动力学,通过自由基及降解产物分析推测了Fe@C活化PS降解ENR的反应机制与降解路径。结果表明,ENR的降解符合准一级动力学,在温度为25℃、Fe@C投加量为0.3 g∙L^(-1)、PS浓度为1 mmol∙L^(-1)、ENR初始质量浓度为10 mg∙L^(-1)、pH值为3的条件下,ENR降解率最高达98.6%。ENR降解率随着腐植酸(HA)、氨氮(NH3-N)、碳酸氢根离子(HCO3-)浓度的升高而降低。氯离子(Cl-)在低浓度时对ENR的降解有微弱的促进作用,高浓度时有抑制作用。自由基淬灭实验表明SO4-∙是ENR降解的主要自由基。根据ENR的降解产物,推测哌嗪环的裂解、喹诺酮环的分解及脱氟为ENR主要降解途径。碳球负载纳米零价铁活化PS高级氧化工艺可作为一种高效去除水中ENR的工艺。

纳米零价铁/过硫酸盐去除2,4-二氯酚的动力学研究

为更好地理解纳米零价铁(nZVI)激活过硫酸盐(PS)的机制和动力学,基于Langmuir-Hinshelwood机理,结合nZVI/PS体系中主要的反应步骤对2,4-二氯酚(2,4-DCP)的降解过程建立动力学模型。使用不同影响因素下(包括nZVI投加量、初始PS浓度和初始2,4-DCP浓度)PS,2,4-DCP浓度变化数据拟合动力学模型并确定速率常数,通过对速率常数的敏感性分析得到:2,4-DCP降解的整体反应动力学是由前体表面复合物内部发生电子转移反应形成硫酸根自由基SO_(4)^(·-)以及2,4-DCP被羟基自由基OH·降解这两个过程来控制的。

壳聚糖稳定纳米零价铁及衍生物在水处理中的应用

壳聚糖稳定纳米零价铁(CS-NZVI)是一种新型复合材料,兼具还原能力和吸附能力,可用于水中金属离子、含砷盐的去除和芳香族染料的降解。该文首先介绍了目前制备CS-NZVI的主要方法和特点,总结了利用CS-NZVI处理重金属离子、砷离子、染料废水的机理和应用研究进展;接着,综述了壳聚糖改性CS-NZVI、金属催化剂改性CS-NZVI及复合改性CS-NZVI的方法及其应用;最后,对优化CS-NZVI制备过程、拓宽应用条件、提高材料性能等方面提出了建议和展望。

海藻酸钙包裹型纳米铁微球的制备与应用

随着环境化学和纳米材料制备技术的发展,纳米零价铁(nZVI)技术在环境污染治理中的应用受到广泛关注。本研究采用液相还原法制备nZVI,并利用静电纺丝法制备海藻酸钙(CA)凝胶包裹nZVI的微球,形成海藻酸钙-纳米零价铁核壳结构(CA-Fe NPs)。该结构显著提高了nZVI的抗氧化性和稳定性,并通过柠檬酸钠(SC)溶液的加入实现了对三氯乙烯(TCE)的高效降解。实验结果表明,CA-Fe NPs在1小时内可实现TCE降解效率超过80%,4小时内超过90%,16小时内接近95%。

纳米零价铁活化过硫酸钠降解2,4-二氯苯酚

采用纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸钠产生强氧化性的硫酸根自由基(SO-4·)去除目标污染物2,4-二氯苯酚(2,4-DCP).通过比较nZVI与Fe2+催化S2O2-8对2,4-DCP的降解,结合SEM、EDS对nZVI反应前后表面结构变化分析发现,nZVI在过硫酸盐氧化降解2,4-DCP中主要起到Fe2+离子源的作用,也具有还原和吸附作用.深入研究不同因素(初始pH值、nZVI投加量、S2O2-8初始浓度、2,4-DCP初始浓度)对2,4-DCP降解的影响,结果表明降低溶液初始pH值能提高nZVI/S2O2-8对2,4-DCP的降解率.在2,4-DCP初始浓度为30 mg·L-1,S2O2-8浓度为12.5 mmol·L-1,nZVI为2.0 g·L-1,pH值为3.0,温度为30℃下,2,4-DCP的去除率能达到92.1%,其降解过程符合准一级动力学,表观活化能为91.48 kJ·mol-1,是表面控制过程.

壳聚糖稳定纳米零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的去除

研究了壳聚糖稳定纳米零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的去除效果.实验结果表明:去除效率随零价铁投加量的增加而增大,最大去除效率达95.9%,是100目铁屑去除效率的6倍;土壤p H值和土壤中Cr(Ⅵ)的初始含量与去除效率成反比;零价铁对土壤中Cr(Ⅵ)的去除是吸附作用与还原作用共同发生的结果;纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的还原过程符合伪一级反应动力学,其表观速率常数kobs为0.016/min.

纳米零价铁-微纤化纤维素复合材料的制备及在造纸废水深度处理中的应用

以微纤化纤维素作为天然高分子载体,通过原位液相化学还原反应负载零价铁制备得到了纳米零价铁-微纤化纤维素(NZVI-MFC)复合材料。通过红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析仪(TGA)来表征NZVI-MFC复合材料并研究其耐热性能,同时,将NZVI-MFC复合材料应用于造纸废水深度处理,探讨了NZVI-MFC复合材料添加量和废水初始p H值对废水处理效果的影响。结果表明,NZVI通过原位化学反应均匀负载到MFC基材上,在废水深度处理最佳条件下,造纸废水的CODCr和色度总去除率分别达到78.4%和90.7%。

二氧化硅包覆型纳米零价铁/厌氧污泥协同降解2,4,6-三氯苯酚

利用二氧化硅包覆型纳米零价铁/厌氧污泥体系实现制浆造纸废水中的大量氯代芳香族难降解毒性物质的脱氯降解。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)对二氧化硅包覆型纳米零价铁性能表征可知,制备的二氧化硅包覆型纳米零价铁呈球形,平均粒径在50 nm左右,为核壳结构;将二氧化硅包覆型纳米零价铁与厌氧污泥相结合,进行了两者之间相互影响研究,结果表明,体系pH值与氧化还原电位(ORP)呈现先下降后逐渐趋于平缓的趋势,并最终稳定在7.0和-400 mV左右,同时体系的电子传递体系(ETS)活性呈现先下降后稳定一段时间后再上升的趋势;2,4,6-三氯苯酚的降解效率从高到低依次为:二氧化硅包覆型纳米零价铁/厌氧污泥>厌氧污泥>二氧化硅包覆型纳米零价铁,最终降解率依次分别为96.7%、93.7%、73.2%。二氧化硅包覆型纳米零价铁与厌氧污泥之间存在明显的协同降解作用。

纳米零价铁磁性生物炭对水中2,4,6-三氯酚吸附机理及动力学研究

利用黄豆壳合成纳米零价铁磁性生物炭（n ZVI-MBC）材料,运用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对其理化性质进行表征,探讨其对2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-TCP）吸附机制,并考察溶液p H和n ZVI-MBC投加量等因素对吸附效果的影响。表征结果显示：n ZVI-MBC成功负载了α-Fe,且颗粒近似球形,呈团聚状。实验结果表明：n ZVI-MBC在p H为5～8出现阶段性吸附,吸附效果较好。n ZVI-MBC对2,4,6-TCP的吸附与二级动力学模型拟合度较好,且符合Langmuir吸附等温线方程,吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中2,4,6-TCP的吸附。

Fe_(3)O_(4)负载纳米零价铁类Fenton法去除水中2,4-二氯苯酚

2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)广泛用于工农业和医药等生产过程中,其泄漏和排放对水体、土壤及人类环境造成严重危害.文中首先用共沉淀法和液相还原法制成Fe_(3)O_(4)负载纳米零价铁(nZVI)复合材料(Fe_(3)O_(4)@nZVI),然后将其用作类Fenton技术的催化剂,用于水中2,4-DCP的去除.考察了Fe_(3)O_(4)负载量、溶液pH值、H_(2)O_(2)浓度、Fe_(3)O_(4)@nZVI投加量、污染物浓度、温度等因素对2,4-DCP去除率的影响,并进行了动力学拟合分析;另外,还研究了Fe_(3)O_(4)@nZVI的可回收利用性能.结果表明,在Fe_(3)O_(4)与nZVI摩尔比为1∶1时,降低反应体系pH值、提高H_(2)O_(2)浓度、增加Fe_(3)O_(4)@nZVI投加量、减少污染物浓度等均可提高2,4-DCP的去除率.然而,当反应体系pH<2或碱性,H_(2)O_(2)的浓度<5 mmol·L^(-1)或>15 mmol·L^(-1),都不利于废水中2,4-DCP的去除.在25℃,Fe_(3)O_(4)负载量为1∶1,pH=3,H_(2)O_(2)浓度15 mmol·L^(-1),2,4-DCP浓度40 mg·L^(-1),Fe_(3)O_(4)@nZVI投加量为0.8 g·L^(-1)等条件下,Fe_(3)O_(4)@nZVI类Fenton体系对2,4-DCP的去除率达到94.42%;Fe_(3)O_(4)@nZVI经10次重复利用后,对2,4-DCP的去除率仍保持在66%以上.Fe_(3)O_(4)@nZVI类Fenton技术可以作为处理2,4-DCP及其他含氯酚废水的有效方法.

沸石-纳米零价铁的制备及其对溶液中Cu^(2+)的吸附研究

采用液相还原法制备沸石-纳米零价铁复合材料,并通过添加不同质量的沸石得到不同铁与沸石比例的沸石-纳米零价铁复合材料(Z-nZVI),考查了不同比例复合材料对Cu^(2+)的吸附效果,确定最佳铁与沸石比例为1∶6,并对该比例材料、纳米零价铁与沸石进行了性状表征(包括:TEM、XRD及BET)。该比例复合材料对Cu^(2+)的吸附动力学实验结果表明,其吸附平衡时间约为1 h;动力学方程拟合结果表明,该材料的动力学过程更符合准二级动力学方程,且平衡吸附量达到515.46 mg·g^(-1)Fe0;对等温吸附实验数据进行Langmuir和Freundlich拟合结果表明,Langmuir方程更适用于描述沸石-纳米零价铁对Cu^(2+)的吸附。比较而言,沸石-纳米零价铁(1∶6)对于Cu^(2+)的吸附效果要优于纳米零价铁并远高于沸石。三因素三水平正交试验(溶液温度:25、35、45℃;pH:3、4、5;ZnZVI添加量:0.1、0.14、0.21 g·40 m L^(-1))结果表明,铁沸石比为1∶6的沸石-纳米零价铁对Cu^(2+)的最优吸附条件为:温度45℃,pH 3,Z-nZVI添加量0.21 g·40 m L^(-1)。上述结果表明沸石-纳米零价铁可应用于水体中Cu^(2+)的去除。

零价纳米铁去除ReO_4^-的研究

采用NaBH4与FeSO4液相还原法制备零价纳米铁,用制得的零价纳米铁去除ReO4-,然后用分光光度法在610 nm处测定ReO4-的吸光度,从而计算零价纳米铁对ReO4-的去除率。结果表明:(1)ReO4-初始浓度越低,反应速率越快,对最终ReO4-去除率影响不大。(2)pH对反应产生很大影响,将溶液pH调至中性或微碱条件下较适合反应的进行,去除效果也较好。(3)随着温度的升高,零价纳米铁对ReO4-的去除效果相应增强,但影响并不显著;反应速率加快,且45℃时反应速率最快。(4)零价纳米铁对ReO4-的还原过程符合一级反应动力学方程。

壳聚糖负载纳米零价铁对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

采用液相还原法制备纳米零价铁,使用质量分数为1%的壳聚糖对纳米零价铁进行改性,制备壳聚糖负载纳米零价铁吸附剂。考察pH、温度、吸附剂用量、吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。再进行正交试验,探究吸附剂对Cr(Ⅵ)的最佳吸附条件。使用X射线衍射仪、扫描电镜、红外光谱对吸附剂进行表征。结果表明:吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件是pH为3,温度为45℃,吸附剂用量为0.4g/L,吸附时间为10min。此条件下对Cr(Ⅵ)的去除效率达99.6%;各因素主次关系为pH>温度>吸附时间>吸附剂用量。吸附动力学符合二级动力学方程,吸附等温模型符合Langmuir等温模型。

稳定态纳米零价铁-厌氧菌联合处理法降解2,4,6-三氯苯酚

利用SEM、XRD、FTIR等手段对稳定态纳米零价铁(NH2-SiO2@NZVI)进行表征,并考察NH2-SiO2@NZVI-厌氧菌体系对2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)的降解效果。实验结果表明:NH2-SiO2@NZVI具有较强的抗氧化能力及较好的分散性;当2,4,6-TCP质量浓度50 mg/L、NH2-SiO2@NZVI加入量1 g/L、初始pH 7.00、反应120 h时,2,4,6-TCP的去除率为34.76%,一级降解速率常数为0.022 1,均远大于普通纳米零价铁颗粒;在NH2-SiO2@NZVI-厌氧菌体系中,2,4,6-TCP的去除率可达82.70%,NH2-SiO2@NZVI与厌氧微生物之间表现出明显的协同效应,能有效缓解2,4,6-TCP对厌氧微生物的抑制作用,稳定体系pH,提高微生物的降解活性和产甲烷活性。

纳米零价铁降解水中17β-雌二醇的作用机制

为探究纳米零价铁(nZVI)对水中17β-雌二醇(17β-E2)的降解机制和降解路径,本研究采用降解动力学拟合分析不同初始pH (3、5和7)对17β-E2降解过程的影响。结果表明,酸性条件下17β-E2可被nZVI高效降解,而中性条件下其降解受到极大限制。随着pH进一步降低,nZVI的降解17β-E2的能力仅从降解速率上提升而非降解效率。·OH和·O2^-在降解过程中占据主导地位,且随着pH上升·OH的主导地位逐渐被·O2^-取代。nZVI自身腐蚀下Fe2+产量和产生速率与17β-E2的降解率和降解速率呈正相关。对降解产物的分析表明,17β-E2可在nZVI作用下转化为E1并在酸性条件下被进一步降解;17β-E2的降解路径可归纳为芳香环基团的替换、断裂和开环;降解产物二聚体和三聚体的证实了仿漆酶反应对17β-E2降解的贡献。实验结果为雌激素污染水体的修复以及nZVI的定向优化提供了理论支撑。

三氧化二铝球负载纳米零价铁去除硝基苯研究

本文以三氧化二铝小球为载体,成功制备出负载型纳米零价铁(Fe@Al_2O_3)。利用复合材料还原水相中的硝基苯,研究了铁投加量和硝基苯初始浓度对硝基苯去除率的影响,并借助GC-MS分析硝基苯可能的降解途径。结果表明:负载后零价铁颗粒平均粒径在100nm左右,均匀分散在Al_2O_3表面及内部孔道上;Fe@Al_2O_3在空气/水条件保存后,硝基苯去除率仍达到90.44%,抗氧化能力明显优于未负载的NZVI;零价铁还原硝基苯生成苯胺是主要反应,伴随着氧化副反应生成微量的无机氮。

生物炭负载纳米零价铁材料的制备及还原降解性能

选取花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆为原料制备不同种类生物炭,合成不同生物炭负载纳米零价铁复合材料(BC/n ZVI)。采用比表面积分析、扫描电镜等多种表征方法获得不同BC/n ZVI的物理化学和结构性质,测试BC/n ZVI对水溶液中典型有机氯农药γ-六六六的还原降解效果。结果表明,花生壳、稻草秸秆和玉米秸秆均在300℃制备条件下有较高的产率和较好的吸附效果;制备的BC/n ZVI颗粒呈球状结构,以花生壳BC/n ZVI分散性为最好;在水相实验中,添加BC/n ZVI对γ-六六六的去除效果优于单独添加生物炭或者纳米零价铁的效果;3种生物炭基材料中,花生壳BC/n ZVI对水相γ-六六六6 h的去除率为87.53%,反应体系中污染物总降解率达82.33%。

改性纳米零价铁对稻田土壤As污染的修复效能

为实现对稻田土壤As污染的高效修复,通过制备C-NZVI(壳聚糖基稳定化纳米零价铁),分析其对还原态亚砷酸[As(Ⅲ)]的吸附动力学和等温吸附特征,阐明典型竞争性阴离子/分子对C-NZVI吸附As(Ⅲ)效率的影响;在此基础上,重点研究淹水和拮抗性肥料对稻土As的强化溶出效应,揭示C-NZVI对稻土液相As的异位吸附去除与原位补充钝化作用.结果表明:准一级动力学和Langmuir等温吸附模型能很好地描述C-NZVI对As(Ⅲ)的吸附过程特征,该材料对As(Ⅲ)的最大吸附量为145.09 mg/g;当竞争性K_2HPO_4、H_3BO_3、Na_2SiO_3和CH_3COOH的摩尔浓度为0.05~0.50 mmol/L时,C-NZVI对As(Ⅲ)的去除率依然高达99%.在对稻田土壤进行淹水和依次施用NH_4H_2PO_4、(NH_4)_2C_2O_4、Na_2SiO_3三种拮抗性肥料条件下,稻土中累积溶出w(水溶态As)(18.1 mg/kg)达到土壤w(As)的30.0%;对强化溶出反应后的淹水稻土进行排水并利用C-NZVI对各步分离获得的含As液相进行异位吸附,As去除率为91.3%~99.8%,该过程使稻土中w(As)减少43.4%~52.6%;进一步利用1%和5%的C-NZVI对强化溶出后的稻土进行补充钝化,可使稻土中w(非专性吸附态As)降低94.7%~100%.研究显示,淹水强化条件下,利用C-NZVI对稻田土壤As污染进行异位去除与原位钝化的联合修复可为有效减控稻田土壤As生物有效性提供有益途径.

浮石负载纳米零价铁去除水相中的砷(Ⅴ)

废水中的砷是最具毒性的环境污染物之一.为了更好地利用纳米零价铁(Nanoscale Zero-Valent Iron,NZVI)修复水体污染,本文进行了浮石负载NZVI去除水相中As(Ⅴ)的研究.利用环境扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对浮石负载纳米零价铁(P-NZVI)的形态和粒度进行表征分析,根据批试验和间歇试验探究反应条件对去除效果的影响,并通过对照P-NZVI与As(Ⅴ)溶液反应前后的样品的X射线光电子能谱(XPS),结合XPS Fe2p和XPS As3d窄轨道图谱,探讨P-NZVI对水相中As(Ⅴ)的去除机理.研究结果表明,制备所得NZVI颗粒平均粒径30.6 nm,分散在浮石表面.利用BET-N2法检测得到P-NZVI的比表面积为32.2 m^2·g^(-1)(NZVI含量0.28 g,质量比7.7%).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除率随初始pH值、反应温度、As(Ⅴ)初始质量浓度的升高而降低,反应符合准一级和准二级动力学方程.初始As(Ⅴ)浓度为100 mg·L^(-1)时,P-NZVI的平衡时吸附量为35.7 mg·g^(-1).P-NZVI对As(Ⅴ)的去除机理包括吸附、沉淀和共沉淀作用.