淀粉稳定化纳米零价铁活化过硫酸盐降解罗丹明B试验研究

采用由淀粉稳定化的纳米零价铁(S-nZVI)活化过硫酸钾(K2S2O8)产生具有强氧化性的硫酸根自由基(SO-4·),以罗丹明B(RhB)为目标污染物,考察了S-nZVI投加量、溶液pH值以及水中常见阴离子CO2-3、Cl-、NO-3的存在对S-nZVI/PDS反应体系降解染料废水中罗丹明B效果的影响。试验结果表明:经过淀粉稳定化的纳米零价铁的分散性和抗氧化能力均得到了增强,但并未降低其活性,能够活化过硫酸钾快速降解目标污染物罗丹明B;当罗丹明B初始浓度为100mg/L、K2S2O8初始浓度为10mmol/L、S-nZVI投加量为0.25g/L时,反应50min,S-nZVI/PDS反应体系对罗丹明B的降解率达92.0%;不同的pH值对S-nZVI/PDS反应体系对罗丹明B的降解效果没有显著影响;增加S-nZVI的投加量能够提高S-nZVI/PDS反应体系对罗丹明B的降解效率;CO2-3、Cl-、NO-3对罗丹明B的降解过程有不同程度的抑制作用,各离子对罗丹明B降解的抑制作用从大到小依次为CO2-3>Cl->NO-3。

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。

纳米零价铁复合材料对污染土壤修复的最新进展

土壤污染严重威胁农产品的安全和人类健康。近几年来纳米零价铁(nZVI)复合材料由于环境友好、易于制备、价格低廉、优异化学活性等特点广泛地应用于污染土壤修复,但是对土壤中不同污染类型修复的调研较少。综述主要调研nZVI复合材料修复污染土壤中重金属、有机污染物和石油有机物的最新进展。重点评述nZVI复合材料的不同性质对污染土壤中各种污染物修复效果的影响,最后对n ZVI铁复合材料修复污染土壤得出结论并对未来方向进行展望。该综述为更好地应用nZVI复合材料对污染土壤的修复提供理论依据和指导。

碳改性纳米零价铁对水中六价铬的强化吸附还原研究

纳米零价铁材料因其还原性强的特点而多用于水中Cr(Ⅵ)污染治理。以葡萄糖和氯化铁为原料,通过碳化煅烧还原,制备碳改性纳米零价铁复合材料(nZVI@GC)。材料形貌及结构性质的分析显示,nZVI@GC上纳米零价铁为体心立方的α-Fe^(0),且颗粒分散均匀,平均粒径为32 nm。批处理试验显示,24 h内nZVI@GC对水体中Cr(Ⅵ)的吸附还原质量比为178.6 mg/g,是纳米零价铁(nZVI)的5.7倍,且吸附还原反应符合准二级动力学模型(R^(2)=0.9993)。其中,在pH值为2~3,Cr(Ⅵ)的初始质量浓度为50 mg/L,纳米零价铁的投加质量浓度为0.5 g/L的条件下,nZVI@GC可在30 min内完全吸附还原水中的Cr(Ⅵ)。在干燥空气中无保护存放nZVI@GC时,复合材料上的碳可以有效抑制氧气对纳米零价铁的侵蚀。与新制备材料相比,30 d后nZVI@GC对水中Cr(Ⅵ)的吸附还原率仅下降3.4%。nZVI@GC为材料高效、经济地吸附还原水中Cr(Ⅵ)提供了一种选择。

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。

纳米零价铁对武威产区黑比诺葡萄新梢和叶片生长及光合特性的影响

【目的】探究叶面喷施不同浓度的纳米零价铁肥对河西走廊武威产区黑比诺葡萄植株光合特性及生长发育的影响。【方法】以甘肃武威市依诺酒庄的黑比诺酿酒葡萄为材料,设置5个不同质量浓度纳米零价铁肥喷施处理T1(5 mg·L^(-1))、T2(10 mg·L^(-1))、T3(15 mg·L^(-1))、T4(20 mg·L^(-1))、T5(25 mg·L^(-1))和1个清水喷施作为对照(CK),喷施时间6月18日开始,每隔15 d喷一次,共5次,每个处理选取长势良好、整齐一致的葡萄树植株54株,试验设3次重复,测定其叶片SPAD值、叶面积、新梢长度和粗度、叶片荧光参数等指标。【结果】喷施不同浓度的纳米零价铁对葡萄植株新梢基部粗度、节间长度、叶绿素相对含量以及叶面积均具有促进作用。此外,处理较CK相比,叶片光合作用和光能吸收与传递作用明显增加,且能不同程度地增加葡萄叶片的SPAD值,且以T5(25 mg·L^(-1))处理最佳;各处理叶片初始荧光(F0)随着纳米零价铁肥喷施呈现出先降低后升高的趋势;其次,叶面喷施不同浓度纳米零价铁肥可不同程度地提高叶片实际光化学效率(花后60~90 d)、光化学淬灭系数(花后30~45 d)、电子传递速率(花后60~90 d)、净光合速率(花后45~90 d)和气孔导度,说明叶面喷施纳米零价铁肥可增强黑比诺酿酒葡萄的光合活性,提高其叶片PSⅡ光能转化效率和光能利用率,降低通过非光化学途径的能量耗散,最终增加积累的光合产物。【结论】喷施适宜浓度的纳米零价铁肥能显著提升植株叶片光合荧光参数、叶绿素相对含量、新梢基部粗度、节间长度等,对净光合速率、蒸腾速率有促进作用,以25 mg·L(-1 T5)质量浓度处理效果最佳。

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。

硫化纳米零价铁活化过二硫酸盐降解废水中四环素

硫化零价铁(S-nZVI)因其电子传递效率高、选择性好,近年来在水处理领域应用广泛。将S-nZVI与高级氧化技术结合,可发挥材料优异的催化性能,实现对污染物的高效降解。本文以硫脲为硫源制备高活性S-nZVI,构建S-nZVI活化过二硫酸盐(PDS)高级氧化体系实现对四环素(TC)的高效降解。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征方法分析S-nZVI的组成结构和表面形貌,考察硫铁物质的量的比(S/Fe)、硫化时间、S-nZVI投加量、PDS浓度、溶液初始pH和共存离子对TC降解的影响作用,通过活性物种淬灭实验和电子顺磁共振实验(EPR)探究自由基和非自由基活性物质对TC的降解作用,利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析TC降解的可能路径。结果表明:纳米零价铁(nZVI)经硫化改性后,比表面积增大,Fe和S均匀地分布在材料表面;S/Fe对TC降解的影响作用较小,TC降解率与S-nZVI投加量和PDS浓度呈正相关,但随着硫化时间增加呈现降低趋势;S-nZVI/PDS体系在较宽pH范围(pH=5~9)内均具有较优的TC降解效果;反应溶液中存在不同阴离子时,TC降解率受到不同程度抑制作用,其中HCO_(3)^(-)抑制作用最为显著;当S/Fe为0.028、硫化时间为2h、S-nZVI投加量为1g/L、PDS浓度为2mmolL,不调节初始溶液pH时,反应120min后TC降解率可达94.6%;S-nZVI/PDS体系的活性物种除常见自由基(SO_(4)^(·-)和HO^(·))外,还包括非自由基活性物质Fe(Ⅳ),但Fe(Ⅳ)对TC的降解作用较小;TC降解主要通过特定官能团裂解和开环反应进行,最终氧化降解成CO_(2)和H_(2)O。

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.

硫化纳米零价铁在地下水修复中的研究进展

相比于传统的纳米零价铁(nZVI)材料,经硫化改性得到的硫化纳米零价铁(S-nZVI)具有活性高、电子选择性强等优势,在地下水污染修复研究中倍受关注.在系统总结目前S-nZVI的主要制备和改性方法基础上,重点阐述了其与含氯有机污染物及重金属的反应机理,指出S-nZVI的合成过程(硫化方法、硫化剂及S/Fe比)和水环境(pH值及化学组分等)是影响其与污染物反应活性的重要因素.此外,从S-nZVI的稳定性、迁移性和生物毒性方面评述了其在地下水修复中的应用前景,并对S-nZVI未来研究方向进行了展望,以期为S-nZVI应用于地下水原位修复提供支撑.

改性纳米零价铁修复砷镉复合污染研究进展

砷、镉复合污染已成为主要环境问题而受到广泛关注。改性纳米零价铁(nZVI)在砷镉复合污染修复中具有巨大的潜力。本文综述了nZVI的主要改性方式,阐述了改性nZVI材料修复砷镉复合污染的研究进展及其相关吸附机制,并针对今后改性nZVI修复砷镉复合污染研究进行了展望。

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。

生物炭载纳米零价铁活化过硫酸盐降解土壤中的萘

生物炭载纳米零价铁(MBC@nZVI)活化过硫酸钠(PS)是土壤污染修复技术的研究热点,重点对MBC@nZVI活化PS降解土壤中的萘和MBC@nZVI、PS的扩散进行研究。采用批实验考察了MBC@nZVI+PS质量分数、水土比、有机质含量及苯对萘降解的影响;采用砂箱实验研究了MBC@nZVI、PS在土壤中的扩散及萘的降解。结果表明,水土比为0.50 mL∶1.00 g时,MBC@nZVI+PS的质量分数增加到2.0%,萘的降解率可提高到87.7%;有机质质量分数为1.0%时萘降解速率最快;苯浓度越高对萘的降解抑制程度越明显。MBC@nZVI活化PS体系能有效修复注射管周围半径5 cm,深度6 cm区域内的萘污染土壤;MBC@nZVI和Fe 2+的迁移受限是萘降解的主要限制因素。研究结果可为MBC@nZVI活化PS技术在有机污染土壤修复中的工程应用提供参考。

纳米零价铁的制备及其可持续性评估

纳米零价铁(nZVI)是一种广受关注的环境修复材料,其兼具纳米材料的反应活性和零价铁的还原特性,扩展了铁基材料在场地修复和污染物去除中的应用范围,尽管纳米级的零价铁会带来更优异的使用效果,但更加复杂的制备过程也导致了更多的环境足迹和生产成本,制备方式正逐渐成为限制nZVI发展的关键。介绍了nZVI的发展历程,综述了制备方式的研究进展,从可持续发展的角度梳理了nZVI的主要制备方法,在总结优势特点的同时分析了制备过程可能造成的环境影响。以此为基础,研究了对nZVI典型制备方法的可持续性评估,定量分析了潜在的不可持续因素,着重说明了制备过程对电力能源的依赖。根据已有研究成果,对液相激光烧蚀等有潜力大规模制备nZVI的生产方式进行了展望,并进一步阐述了合理选择制备方式的重要性,强调了可持续性评估在nZVI未来发展中不可或缺的地位,希望能对研究者和决策者在选择和改良nZVI制备方法时提供参考。

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。

改性纳米零价铁对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)的吸附性能与机制研究

针对镉[Cd(Ⅱ)]、铬[Cr(Ⅵ)]和铅[Pb(Ⅱ)]的重金属复合废水处理问题,以生物炭(BC)和膨润土(BE)改性纳米零价铁(nZVI),得到BC-BE-nZVI复合材料,通过吸附实验探究了该材料对重金属的吸附特性,并利用吸附动力学方程、等温吸附方程拟合、XRD和XPS分析,揭示了BC-BE-nZVI对单一和复合重金属体系的吸附机制。结果表明,BC-BE-nZVI对重金属的去除作用最强,Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)去除率分别可达96.43%,97.70%和95.69%,并且能够适应pH范围较广的重金属废水;准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程更适合描述BC-BE-nZVI的吸附过程;复合重金属体系下,BC-BE-nZVI的吸附过程更适用于Freundlich等温吸附方程,且竞争吸附能力Cd(Ⅱ)>Cr(Ⅵ);单一重金属体系下,Cd(Ⅱ)去除机制主要包括吸附沉淀,Cr(Ⅵ)的去除主要为还原和吸附,Pb(Ⅱ)主要为吸附沉淀;而复合重金属体系下吸附机理主要为沉淀和络合作用。

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。

纳米零价铁合成、改性及对重金属的修复机制研究进展

土壤和水体中日益严重的重金属污染引起了极大关注。纳米零价铁(nZVI)及其改性材料由于具有优越的比表面积、还原能力、吸附性能和流动性被广泛报道。该文首先介绍了目前nZVI的主要合成方法(包括球磨法、液相还原法、碳热还原法、电化学法、绿色合成法),讨论了nZVI的常见改性方式(包括表面改性nZVI、硫化nZVI和负载nZVI)。其次,探讨了nZVI去除重金属(Pb(II)、Cu(II)、Cr(VI))的机理和作用。最后,对nZVI颗粒在工业水平上的应用前景以及它在实际应用中的挑战进行了总结,并提出了未来该领域研究发展的展望,以期待为nZVI的研究提供新的思路。

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。