活性炭负载纳米零价铁/银复合材料对水中铅的吸附性能研究

通过液相还原法,将纳米零价铁(nZVI)和纳米银(nAg)负载到活性炭(AC)上,制备出一种新型复合材料(nAg/nZVI/AC),用于处理含铅废水。结果表明,在pH=7条件下,nAg/nZVI/AC对Pb(Ⅱ)的去除率达到99.7%,比原AC提高了74.28%。同时,银的加入提高了nZVI的反应活性,使吸附更快达到平衡。吸附过程与Langmuir模型(R2为0.972)和准二级动力学模型(R2为0.9219)更吻合。结合热力学分析结果,Pb(Ⅱ)的去除是一个以化学吸附为主的自发过程。

改性活性炭负载纳米零价铁吸附Cr(Ⅵ)的机理研究

以Fe_(2)O_(3)和活性炭(AC)为原料,经行星球磨机混合后,在850℃、氢气气氛下进行气相还原,制备nZVIAC复合材料。对nZVI-AC进行SEM、EDS、XRD表征分析,并对水中Cr(Ⅵ)进行吸附实验,探究不同吸附材料、吸附剂投加量、pH值、反应时间和Cr(Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)吸附能力的影响,并进行吸附动力学分析。实验结果表明,球磨混合方式和气相还原法能够使部分Fe~0达到纳米尺度,并负载到AC上,成功制备出nZVI-AC材料。球磨混合方式显著提高Fe~0对Cr(Ⅵ)的吸附作用。Cr(Ⅵ)浓度为20 mg/L、反应温度25℃时,nZVI-AC最佳投加量为0.4 g/L,最佳pH值为3,反应在50 min达到吸附平衡,去除率为99.5%。动力学分析表明,nZVI-AC对Cr(Ⅵ)吸附遵循准二级动力学模型和Elovich动力学模型,是发生在非均匀表面的化学吸附。对反应后nZVI-AC的XPS分析表明,吸附机制主要是化学还原和共沉淀作用以及少量的直接吸附作用。

活性炭负载纳米零价铁去除溴酸盐的研究

实验采用液相还原法制备活性炭负载纳米零价铁材料(nZVI/AC),并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等对其结构进行表征.考察了不同反应条件下nZVI/AC对BrO3-的去除效率,并研究其去除机理.结果表明nZVI/AC具有很高的表面反应活性,且nZVI和活性炭(AC)之间存在协同作用.BrO3-的去除效率随pH值的减小而增大,共存离子NO3-和SO42-对其去除率影响不大但降低了去除速率.机理分析表明BrO3-被nZVI/AC吸附而使局部BrO3-浓度升高,并被nZVI迅速还原为无毒的Br-.

活性炭负载纳米零价铁去除水溶液中U(Ⅵ)的研究

采用Na BH4还原Fe2+制备活性炭负载纳米零价铁,以去除水溶液中铀酰离子,使用X射线衍射(XRD)对材料进行了表征,考察了活性炭负载纳米零价铁投加量、溶液p H值、反应温度和吸附时间对铀去除效果的影响。分别用动力学和吸附等温模型对吸附数据进行了分析。结果表明:XRD分析活性炭负载纳米零价铁负载的颗粒大部分为纳米零价铁,表面有一层铁氧化物(Fe OOH)生成。活性炭负载纳米零价铁对U(VI)具有很好的去除效果,当投加量为0.5 g/L、U(VI)初始质量浓度为250 mg/L、p H=5、温度为35℃、时间为60 min时,U(VI)去除率为98.52%,吸附量为492.6 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型,所制备的吸附剂有望解决含铀废水难以有效处理等问题。

活性炭负载纳米零价铁去除矿山废水中的Cu^(2+)

将纳米零价铁颗粒负载到颗粒活性炭上,能有效地解决纳米零价铁易氧化易团聚的问题,而且还能增大其比表面积和稳定性.采用SEM、比表面积与孔径分析和XPS对材料进行表征.纳米零价铁填充于活性炭的孔隙中,其粒径在50~100 nm之间.使用该材料对50 mg/L的Cu^(2+)溶液进行去除试验研究,在铁含量为10.99%,投加量为15 mg/L,反应p H=5,反应时间为24 h时,对Cu^(2+)的去除率达到85.06%.实验室的初步试验结果表明该材料对水相中的Cu^(2+)具有较好的去除效果.

活性炭负载纳米零价铁去除污水中六价铬的研究

水体中Cr(Ⅵ)浓度是衡量水质污染指数的重要指标,世界卫生组织《饮用水水质标准》和我国《引用净水水质标准》都规定饮用水中[Cr(Ⅵ)]含量标准为≤0.05 mg/L。6价铬在水中以可溶性剧毒离子(HCrO4-、CrO72-)存在,可引起消化道癌症并引发其他的健康问题,例如皮肤炎。

活性炭负载纳米零价铁去除对硝基酚的实验研究

以活性炭(GAC)作为载体,采用液相还原法制备活性炭负载纳米零价铁复合材料(nZVI-GAC),利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)等方法对复合材料进行了表征。研究了不同材料、不同初始浓度、不同初始pH、nZVI-GAC投加量去除对硝基酚(PNP)的影响。结果表明,纳米零价铁成功负载到活性炭上,但负载后的活性炭比表面积和孔径有所降低;在酸性条件下nZVI-GAC对PNP的去除率优于碱性条件下,并且随着nZVI-GAC投加量的增加和PNP初始浓度的降低,nZVI-GAC对PNP的去除率逐渐增加。

活性炭负载纳米零价铁复合材料处理印染废水

以亚甲基蓝为目标污染物,采用液相还原法制备活性炭负载纳米零价铁复合材料,利用FT-IR、XRD、SEM、BET等方法进行表征;探讨亚甲基蓝初始质量浓度、活性炭负载纳米铁用量、溶液pH以及温度对亚甲基蓝去除效果的影响。结果表明:纳米零价铁成功负载到活性炭上,呈球状形貌,降低了团聚效应,但负载后活性炭的比表面积有所降低;在活性炭负载纳米零价铁复合材料用量1 g/L、pH 3.0和温度25℃时,亚甲基蓝的去除率最高。

活性炭负载纳米零价铁-羟基磷灰石的制备及其对Mn(Ⅱ)的吸附性能

通过液相还原法制备了活性炭负载纳米零价铁-羟基磷灰石(AC@Fe^(0)-HAP)复合材料,研究了pH、AC@Fe^(0)-HAP投加量、Mn(Ⅱ)初始浓度和反应时间对AC@Fe^(0)-HAP吸附Mn(Ⅱ)效果的影响。采用吸附动力学模型、吸附等温线模型进行拟合,进一步了解复合材料吸附机理。结果表明,当pH=5、温度25℃、Mn(Ⅱ)初始浓度5 mg/L、投加量0.10 g时,AC@Fe^(0)-HAP对Mn(Ⅱ)的吸附效果最好,在反应时间为120 min时达到吸附平衡,吸附量为1.86 mg/g。AC@Fe 0-HAP对Mn(Ⅱ)的吸附更加符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型,吸附过程主要为化学吸附、单层吸附。

活性炭负载纳米零价铁去除四环素的效能及机理研究

抗生素环境污染愈发严重。本文采用活性炭(AC)改性纳米零价铁( nZVI)去除多孔介质体系液相中四环素(TC)。通过透射电子显微镜(TEM)对活性炭负载纳米零价铁(nZVI/AC)的结构进行表征,通过柱实验探讨不同反应条件对nZVI/AC去除四环素效能的影响。研究结果表明,使用AC对nZVI进行改性可以显著增大其比表面积,提高其分散性、迁移性和抗氧化能力。所设置的实验条件中,当nZVI/AC浓度为120 mg/L、离子强度为10 mM NaCl、进样流速为1 mL/min、pH为8.0时,nZVI/AC对四环素的去除效果最佳。研究结果可为开发土壤和地下水环境液相中抗生素类污染物的去除技术提供数据参考。

生物炭负载纳米零价铁对地下水中六价铬的修复效果和影响因素研究

纳米零价铁(nZVI)存在易团聚、钝化和迁移性差等问题,影响对六价铬[Cr(Ⅵ)]污染地下水的原位修复效果。为了开发一种低成本、绿色的nZVI改性材料,以球磨生物炭(BC)为载体负载nZVI,构建了nZVI@BC反应体系,再利用羧甲基纤维素(CMC)稳定nZVI@BC,合成了一种新型高效、抗钝化纳米级别的修复材料CMC-nZVI@BC。对改性前后的nZVI进行表征分析,探究了材料添加量、Cr(Ⅵ)初始质量浓度、初始pH值、温度及地下水化学组分对CMC-nZVI@BC去除Cr(Ⅵ)的影响,并阐明去除Cr(Ⅵ)的机理。得出如下结论:(1)铁碳质量比为2∶1时的nZVI@BC对Cr(Ⅵ)的去除效果最好,3 h内0.6 g/L CMC-nZVI@BC对50 mg/L Cr(Ⅵ)的去除率达99.9%,表现出较高的去除Cr(Ⅵ)的速率和能力;(2)去除Cr(Ⅵ)的主要机制是通过还原和沉淀反应;(3)在pH值2~10范围内,pH值对去除Cr(Ⅵ)有显著影响,温度影响较小;(4)SO_(2-)_(4)的存在促进了Cr(Ⅵ)的去除,而HCO^(-)_(3)、 NO^(-)_(3)、Ca^(2+)、Mg^(2+)和腐殖酸对Cr(Ⅵ)的去除均有不同程度的抑制作用。这些结果表明,CMC-nZVI@BC可以作为有效去除Cr(Ⅵ)的原位修复药剂,为nZVI在地下水原位修复的应用提供了依据。

生物炭负载纳米零价铁催化降解亚甲基蓝性能研究及机理分析

为提升纳米零价铁在类芬顿反应体系中的催化能力,减少团聚现象,采用液相还原法制备了生物炭负载纳米零价铁材料(nZVI@BC)。通过表征、亚甲基蓝降解实验,探究材料性能、降解最佳条件及作用机理。结果表明,纳米零价铁(nZVI)均匀分布于生物炭表面,且材料纯度较高、稳定性较好。在降解实验中,降解100 mg·L^(-1)亚甲基蓝溶液的最佳反应条件为25℃、初始pH=3、nZVI@BC投加量30 mg·L^(-1)、H2O2投加浓度4 mmol·L^(-1),10 min内几乎完全降解。在降解过程中,·OH起主要作用,发色官能团首先断裂,随后芳环结构被破坏,最终彻底降解。且nZVI@BC循环使用性能较好,3次循环后亚甲基蓝去除率仍达85%以上。在印染废水处理实验中,nZVI@BC处理效果良好,当H2O2投加浓度为0.9 mmol·L^(-1)、nZVI@BC投加量为60 mg·L^(-1)、pH≤4.5时,出水化学需氧量(CODcr)可降至50 mg·L^(-1)以下,达到回用水标准。

木材气凝胶负载纳米零价铁的绿色合成及应用研究

植物提取物还原制备绿色纳米零价铁因环境友好、反应条件温和、形貌可控等优势成为当前的研究热点。以生物质资源木材气凝胶为载体,以落叶松单宁为多功能反应平台,成功制备了一种可高效去除亚甲基蓝的木材气凝胶负载纳米零价铁复合材料,并探究了铁盐种类、pH值等对亚甲基蓝去除效果的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对木材气凝胶负载纳米零价铁复合材料进行了表征。结果表明:该复合材料在4次重复使用后对亚甲基蓝仍具有85%以上的去除率,且该方法在多种农林废弃物基材上都具有适用性,是一种绿色、环保、高效的通用型方法。

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。

铝基MOF负载纳米零价铁去除硝酸盐的研究

采用液相还原法制得的纳米零价铁(nZVI),负载于铝基金属有机框架上制成复合材料(nZVI@Al-MOF),用于去除水中的NO_(3)^(-)-N。考察初始pH、nZVI@Al-MOF投加量、温度和共存离子等因素对去除NO_(3)^(-)-N的影响。结果表明,在pH为3.0~11.0的研究范围内,nZVI@Al-MOF去除NO_(3)^(-)-N几乎不受pH的影响。NO_(3)^(-)-N初始质量浓度20 mg/L、温度298 K,nZVI@Al-MOF投加量2.0 g/L时,反应180 min,初始pH为3.0、5.0、7.0、9.0、11.0时,NO_(3)^(-)-N去除率分别可达96.8%、97.1%、97.8%、99.8%、98.1%,几乎所有的NO_(3)^(-)-N被还原为NH_(4)^(+)-N,去除效果极佳且表现稳定。伪二级吸附动力学模型极好描述了(R~2=0.999 6~0.999 9)nZVI@Al-MOF吸附还原NO_(3)^(-)-N的行为,其等温吸附过程符合Freundlich模型,表明吸附为多层化学吸附。热力学结果显示,吸附反应是自发吸热的过程。SEM和FTIR的表征结果显示,nZVI成功负载于Al-MOF上,nZVI@Al-MOF对NO_(3)^(-)-N的去除主要是吸附和还原作用的结果。

浒苔生物炭负载纳米零价铁激活过硫酸盐去除水中环丙沙星的研究

以浒苔(Enteromorpha prolifera)生物炭(biochar,BC)为载体,通过液相还原法制备了一种具有较高去除性能的生物炭负载纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)nZVI@BC作为过硫酸盐的激活材料,用于去除水中的抗生素环丙沙星(ciprofloxacin,CIP).采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱对材料的表观形貌、粒径、晶型结构和化学形态进行分析.结果表明,BC的负载有效提高了nZVI的分散性,增加了反应活性位点.在BC与Fe的质量比为2:1,nZVI@BC质量浓度为0.6 g·L^(-1),过硫酸盐浓度为2 mmol·L^(-1),CIP质量浓度为10 mg·L^(-1)条件下,60 min内CIP的去除率达91.45%.自由基猝灭和电子顺磁共振结果证明,CIP的去除主要依靠SO_(4)^(-)·,HO·,·O_(2)^(-)和^(1)O_(2)等自由基的强氧化作用,其中·O_(2)^(-)起主要作用.

生物炭负载纳米零价铁对沉积物中十溴二苯乙烷去除效果及机制

新型溴代阻燃剂十溴二苯乙烷(DBDPE)已经成为目前最常用的溴代阻燃剂。随着DBDPE在各种环境介质中被普遍检测到,其环境污染和治理正引起广泛的关注。迄今为止,生物炭负载零价铁材料(nZVI/BC)去除沉积物中DBDPE的应用尚未见报道。利用甘蔗渣通过液相还原法制备nZVI/BC,研究nZVI/BC去除沉积物体系里DBDPE的动力学过程,并探究其作用机制,为利用碳基零价铁去除沉积物中DBDPE提供了科学依据和技术支持。研究发现增加材料投加量、含水量、反应温度和降低底物初始质量分数,均能提高DBDPE的去除效率。高剂量的nZVI/BC能提供更多的吸附位点,并增大与DBDPE的接触面积,从而吸附更多的DBDPE分子。DBDPE质量分数的增加,将进一步增加DBDPE分子间的竞争反应,导致DBDPE分子与nZVI/BC颗粒的接触率降低。大量的水可以提供更多的活性H,从而提高与DBDPE反应的机会。温度升高,分子运动增强,提高了nZVI/BC与DBDPE的接触频率,也提高了n ZVI的反应活性。SEM表征结果显示,生物炭(BC)的加入使纳米零价铁(n ZVI)均匀分散在生物炭的表面,改善了n ZVI的分散程度,提高了n ZVI的反应活性。红外吸收光谱FTIR检测结果表明反应后nZVI/BC表面的-OH的伸缩振动和-CH_(2)-的弯曲强度均减弱,Fe-CO特征峰消失,并且出现了C=C的伸缩振动峰。nZVI/BC的微孔及介孔结构和表面的Fe-O、-OH、-CH_(2)-、C-O、C-H、C=O和-COOH等基团均能为DBDPE提供吸附位点,且DBDPE苯环结构上的π电子可能与nZVI/BC表面上的阳离子形成π-电荷相互作用。GC-ECNI-MS检测结果表明DBDPE被nZVI/BC降解过程中可能脱溴生成八溴二苯乙烷,ECOSAR (Ecological Structure Activity Relationships)软件预测nZVI/BC对DBDPE的降解降低了母体的生物毒性。

生物炭负载纳米零价铁对废旧薄膜太阳能电池中稀贵金属富集分离

本研究采用废弃生物秸秆作为原料,通过高温热解制备生物炭。随后,通过加入还原剂将零价铁纳米粒子修饰在生物炭材料上,获得零价磁性生物炭纳米复合材料。基于废旧薄膜太阳能电池中稀贵金属的有效回收问题,利用该复合材料实现了废旧薄膜太阳能电池中稀贵金属铟、镓、硒高效富集与分离。通过实验分析,复合材料对铟、镓、硒富集效率分别为13.5、23.4、18.9 mmol/g,铟、镓、硒加标平均回收率在93.0%~97.4%范围,相对标准偏差<10%,证实该方法在提取和回收废旧薄膜太阳能电池中的稀贵金属方面具有显著优势。

腐植酸负载纳米零价铁对镉污染农田水稻籽粒代谢的影响

为探究腐植酸负载纳米零价铁(nZVI@HA)对镉(Cd)污染修复过程中水稻籽粒营养物质合成过程的影响,本研究采用吸附络合-液相还原法制备了一种nZVI@HA材料,同时开展水稻盆栽实验,利用电感耦合等离子体质谱及超高效液相色谱质谱技术,比较研究了nZVI@HA、纳米零价铁(nZVI)、腐植酸(HA)及nZVI与HA联合处理对Cd污染修复过程中水稻产量、籽粒中Cd含量及籽粒代谢物质组成的影响。结果表明:3组含Fe^(0)处理均可提升水稻产量、降低水稻籽粒Cd的赋存水平。尤其是在nZVI@HA作用下,水稻产量显著提升至空白组的188%、籽粒Cd含量降至0.155 mg·kg^(-1),低于我国大米Cd限量标准(0.2 mg·kg^(-1),GB 2762—2022)。代谢组学分析显示,各含Fe^(0)处理均可显著促进水稻籽粒倍他林生物合成及精氨酸和脯氨酸代谢(P<0.05且VIP>1);同时Cd污染修复过程中,水稻籽粒还可通过丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,核苷酸代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,及甘油磷脂代谢特异性响应nZVI@HA处理。研究表明,nZVI@HA可特异性作用于水稻籽粒代谢过程,提升水稻抗性及产量。

纳米零价铁、负载生物炭材料及相关复合催化剂合成的可行性研究

过硫酸盐高级氧化技术被广泛应用于石油烃污染土壤事件,纳米零价铁可作为催化剂,提高过硫酸盐的氧化能力及效率。生物炭(BC)负载纳米零价铁(nZVI)可减少纳米零价铁的团聚和氧化现象,通过液相还原法制备BC-nZVI,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱等观察nZVI和BC-nZVI的表观形貌、结构形态、官能团等特性。试验结果表明:生物炭可有效防止纳米零价铁的团聚现象,同时提供了纳米零价铁的分散能力,改性后的生物炭比表面积增加,更有利于纳米零价铁的附着。研究结果对实际工程中过硫酸盐高级氧化技术修复石油烃污染土壤选取催化剂具有一定的参考价值。