硫化纳米零价铁复合材料对Cu(Ⅱ)去除性能的研究

硫化纳米零价铁(S-nZVI)及其复合材料以去除重金属的优异性能而著称,但较高的制备成本极大限制了S-nZVI的发展及应用。本工作以Na_(2)S_(2)O_(4)为单一还原剂,通过流变相反应制备S-nZVI@Ma纳米复合材料,采用SEM、TEM、EDS、XPS、XRD、FTIR、VSM等手段对S-nZVI@Ma进行了表征,研究了S-nZVI@Ma对模拟废水中Cu(Ⅱ)的去除效果。结果表明,S-nZVI@Ma能够高效地去除模拟废液中99%以上的Cu(Ⅱ),并可利用外置磁铁将其从模拟废液中分离出来。经过五次重复利用后,S-nZVI@Ma对Cu(Ⅱ)的去除率仍保持在75%以上,表明该材料具有良好的磁回收利用性能。Cu(Ⅱ)的去除过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,最大容量(qmax)为71.43 mg·g^(-1),热力学研究表明了去除过程的自发性和吸热性。利用FESEM-EDS、XRD、XPS、FTIR等手段对反应物进行表征,从电子转移的角度讨论了反应机理。以上研究可为S-nZVI的实际应用提供参考。

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。

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.

生物炭负载硫化纳米零价铁在环境修复中的应用研究进展

纳米零价铁颗粒(nZVI)被认为是一种修复污染土壤和水环境的优良材料,可应用于多种污染物的原位修复。然而,nZVI颗粒易团聚和易氧化的缺点,明显降低了其对污染物的修复性能。生物炭因具有较高的比表面积、稳定的多孔结构和较多的表面活性位点,成为分散nZVI的有效载体。另外,硫化修饰的方式可以有效缓解nZVI颗粒团聚和抑制nZVI颗粒的氧化。因此,生物炭负载硫化纳米零价铁复合材料(S-nZVI@BC)可以有效提高nZVI颗粒的分散性和稳定性,缓解nZVI的表面氧化,同时提高nZVI的电子传导率,控制nZVI的腐蚀速率,从而提高对污染物的去除率,使nZVI具有更强的反应活性和目标污染物选择性。该文详细总结了S-nZVI@BC的制备方法及其表征技术,介绍了S-nZVI@BC修复重金属和有机污染物的最新进展,讨论了环境因素对其修复性能的影响,探究其去除污染物的机制并提出改进其性能的建议,可为S-nZVI@BC在环境修复中的应用提供理论指导。

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。

硫化纳米零价铁在环境污染物处理中的应用进展

介绍了硫化纳米零价铁的制备方法、影响处理效果的因素、应用场景、毒性和回收利用过程。纳米零价铁(nZVI)作为新兴材料,具有很强的吸附性和还原性,广泛用于去除土壤、地下水等环境中的氯代烃、农药以及重金属。但其易钝化以及较差的电子选择性的特点一定程度上限制了其实际处理效果。近些年,学者们通过多种改性手段改变nZVI的性质。其中,硫化改性合成的硫化纳米零价铁(S-nZVI)还原性、电子选择性和稳定性更强,由于其独特的结构特征,S-nZVI在水环境和土壤环境的治理修复中具有广阔的应用前景,而进一步明确活性位点的催化机制是确定S-nZVI结构与活性关系的关键。

底泥就地稳定化中零价铁(Fe^0)对有机污染物的作用及其对上覆水体水质的影响

在实验室模拟静态湖泊体系条件下,通过向实际底泥中投加零价铁(Fe^0),考察反应前后底泥中有机物数量、种类、总有机质含量以及上覆水体溶解氧(DO)浓度、氧化还原电位(Eh)、pH和化学需氧量(CODCr)浓度等指标的变化,探讨Fe^0对底泥有机物的降解效果以及对上覆水体水质的影响.结果表明,投加Fe^0处理80 d后,(1)经GC-MS检测出底泥中易被降解的小分子有机物(分子量小于200)数量明显增多,底泥总有机去除率为44%.(2)上覆水体的DO浓度、Eh和pH都有不同程度的变化.DO浓度从6.6 mg/L迅速下降至0.2 mg/L,Eh从150 mV左右下降至74 mV,pH升高至8.4,此体系易形成厌氧环境;且上覆水体中CODCr低于纯底泥-水体系,上覆水中DO浓度、Eh及pH与CODCr浓度具有一定相关性.综上,底泥中投加Fe^0可有效降解有机物,且不会对上覆水体产生持久、较大的影响.

凹凸棒土负载硫化纳米零价铁对水中Cu(Ⅱ)的去除机理研究

针对纳米零价铁易团聚及表面形成钝化层的缺点,本文以凹凸棒土为载体、以硫代硫酸钠为硫化试剂,制备了凹凸棒土负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@ATP)复合材料,并考察了复合材料对水中Cu(Ⅱ)的去除效果。由SEM可观察到,经过凹凸棒土负载及硫化改性后的纳米零价铁串珠状结构变短,且被分散为单个的球形颗粒;比表面积测定结果表明,S-nZVI@ATP复合材料的BET比表面积为46.04m^2/g,与纳米零价铁相比提高了约1.35倍;由TEM观察到,经硫化的纳米零价铁颗粒界面处包裹了一层FeS,粒径由57.6nm增至118.5nm。S-nZVI@ATP复合材料去除水中Cu(Ⅱ)的机理主要是硫化纳米铁界面处的Fe^0将Cu^(2+)还原为Cu^0以及FeS转化为溶度积更小的CuS,该过程符合Langmuir-Hinshelwood吸附/还原模型和Langmuir等温吸附模型。本实验条件下,复合材料对Cu(Ⅱ)的最大吸附-还原量可达9.25mmol/g(587.8mg/g)。

硫化纳米零价铁在水环境修复中的研究进展

总结了近年来国内外关于硫化纳米零价铁在水环境修复中的研究报道;归纳了硫化纳米零价铁的合成方法、硫化改性的优点、修复水环境的作用机理;重点讨论了影响硫化纳米零价铁修复水环境的主要因素,如硫化方法、S/Fe比、pH、共存离子、溶解氧等;提出了硫化纳米零价铁在水环境修复中存在的问题以及展望了其未来发展方向。

凹凸棒土负载硫化纳米零价铁的制备及其去除水中As(Ⅲ)性能研究

以凹凸棒土为载体,结合硫化改性方法制备了凹凸棒土负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@ATP)复合材料,通过As(Ⅲ)静态吸附试验,确定了去除As(Ⅲ)效果最佳的S-nZVI@ATP复合材料制备条件:nZVI/ATP质量比为2∶1、以Na2S2O3为硫化剂、S/Fe摩尔比为1∶4,并考察了As(Ⅲ)溶液初始pH、溶解氧浓度及环境温度对该复合材料去除水中As(Ⅲ)效果的影响。结果表明,经过凹凸棒土负载及硫化改性后,nZVI的颗粒团聚状况明显得到改善。在实验条件范围内,适中的溶液pH值、溶解氧浓度以及较高的环境温度均有利于S-nZVI@ATP复合材料对As(Ⅲ)的去除,该吸附过程为吸热反应,符合拟二级动力学模型,外扩散阶段主要受环境温度影响,吸附过程由颗粒内扩散和膜扩散共同控制。

硫化纳米零价铁与牛血清白蛋白相互作用的光谱学研究

硫化纳米零价铁(S-nZVI)是近年来兴起的一种应用于地下水原位修复的新型纳米铁基修复剂,其生物安全性日益受到社会的关注。通过紫外光谱和荧光光谱相互验证,研究羧甲基纤维素钠(CMC)稳定S-nZVI和牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。结果表明,CMC-S-nZVI与牛血清白蛋白的作用较弱,牛血清白蛋白光谱特性的变化主要是由于其微环境的改变引起的。这将为从分子水平上研究CMC-S-nZVI的生物安全性提供理论依据。

硫化纳米零价铁对五氯苯酚的脱氯及其增强反应

硫化作用可以提高纳米零价铁(nZVI)的催化活性.利用硼氢化物还原法合成了硫化钠米零价铁(S-nZVI),采用比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(TEM)、傅立叶变换-红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对材料进行了物理化学性质的表征,应用高效液相色谱仪和离子色谱仪研究了S-nZVI对五氯苯酚(PCP)的脱氯性能.结果表明:与nZVI相比,S-nZVI在聚集体形态和孔隙率上发生明显改变;不同n(Fe^2+)/n(S^2-)、溶液pH、S-nZVI的老化以及S-nZVI的重新硫化活化对S-nZVI催化PCP的脱氯均有重要的影响;PCP脱氯效率在n(Fe^2+)/n(S^2-)=60时达到最大;S-nZVI对PCP的还原转化率随溶液pH(5~8)的升高而显著增加;老化的S-nZVI对PCP的降解性能降低,归因于该老化材料的结构发生了变化;而重新硫化活化产生的FeS层可以减小S-nZVI表面的钝化,从而延长S-nZVI的寿命.文中研究对拓展纳米零价铁的应用和环境污染物治理方面具有一定的参考价值.

Fe2＋在零价铁还原去除NO3-中的作用效应

零价铁(Fe^0)被广泛用于地下水中硝酸盐原位与异位修复,但二价铁(Fe^(2+))的存在对具有氧化膜的Fe^0还原硝酸盐的作用效应仍有待研究。以100目的未经酸化的颗粒状零价铁作为还原剂,采用室内批试验方法,研究了Fe^(2+)在零价铁还原去除NO_3^-系统中的作用效应。实验结果表明,Fe^(2+)可显著提高Fe^0对于NO_3^-的去除速率与去除效率,且Fe^(2+)浓度越高,去除速率与效率越高;由于未经酸化的Fe^0具有氧化膜,反应初期的NO_3^-还原速率较慢。Fe^(2+)将零价铁表面的Fe_2O_3氧化膜转化为Fe_3O_4,加速电子由Fe^0向NO_3^-的转移,促进NO_3^-还原。此外,在反应系统中加入Fe_3O_4,可进一步提高Fe^0对于硝酸盐的去除能力,若Fe^(2+)不存在,仅添加Fe_3O_4,NO_3^-的去除效率没有提高。

生物炭负载硫化改性纳米零价铁去除水中的Cr(Ⅵ)

为研发治理地下水Cr(Ⅵ)污染的可行除铬材料,以碳热法制得生物炭负载纳米零价铁(BC-nZVI),并通过对BC-nZVI硫化改性制备得到改性材料(M-BC-nZVI),采用除铬容量、铬铁比(Cr/Fe)、反应活性分析M-BC-nZVI的除铬优势,通过模拟柱试验建立失效速率模型,从而推算M-BC-nZVI完全失效的除铬容量,最后与相关文献数据进行对比,分析M-BC-nZVI除Cr(Ⅵ)的应用可行性。结果表明:M-BC-nZVI材料的除铬容量、Cr/Fe、拟一级反应速率常数(k_(obs))分别是BC-nZVI的1.86倍、1.95倍和3.00倍,因此相对于BC-nZVI来说M-BC-nZVI更具除铬优势;各模拟柱在运行过程中无明显堵塞情况,且随着进水浓度的升高,M-BC-nZVI的失效速率常数变大。当失效除铬速率为初始除铬速率的1.0%、进水Cr(Ⅵ)浓度为5 mg/L时,除铬容量最高,可以达到12.70 mg/g;对比M-BC-nZVI与其他文献报道的铁基材料及铁基改性材料的Cr/Fe可知,M-BC-nZVI的Cr/Fe为其他文献的1.06~42.06倍,故从材料的除铬性能来看,M-BC-nZVI应用于可渗透反应墙处理地下水Cr(Ⅵ)污染可行。

膨润土负载硫化纳米零价铁去除对硝基苯酚的研究

以具有较大比表面积和良好吸附性能的膨润土作为载体,制备了膨润土负载硫化纳米零价铁,并利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及比表面积等手段表征膨润土负载硫化纳米零价铁的特性。研究了膨润土负载硫化纳米零价铁的硫铁比(摩尔比)、投加量、初始pH对对硝基苯酚(PNP)去除的影响,并对PNP降解机理进行了初步探究。结果表明,膨润土负载硫化纳米零价铁比表面积为33.06m^2/g,大于膨润土的比表面积(26.72m^2/g),负载的纳米零价铁颗粒分散均匀。当硫铁比为0.011 2、投加量为0.5g/L、初始pH为5.0时,10min基本能把1L1.5mmol/L的PNP完全降解,具有最大的去除速率和去除率。PNP的最主要降解产物为对氨基苯酚。

硫化纳米零价铁去除水中三氯乙烯的研究

通过硫化对纳米零价铁(nZVI)进行改性,制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI),而后对三氯乙烯(TCE)进行降解实验研究。利用SEM、XRD对S-nZVI进行材料的结构表征,进而研究不同材料、不同S/Fe摩尔比、不同初始TCE浓度、不同初始pH条件下,S-nZVI对TCE的降解效果。结果表明,S-nZVI主要成分为Fe^(0)并含有少量的FeS,制得的S-nZVI为球状结构,表面有片层状的FeS生成;当S/Fe摩尔比为0.6,初始浓度为20 mg/L时,TCE的降解率为87.2%,远高于nZVI(降解率为56.4%)。经动力学分析后,S-nZVI去除TCE符合伪二级动力学过程,表明其降解过程以化学还原为主。nZVI经过硫化后提高了材料的电子选择性,使其成为修复受污染土壤和地下水的有前途的功能材料。

硫化纳米零价铁对土壤中镉的高效固定与作用机制研究

通过液相还原法制备了硫化纳米零价铁(S-nZVI)颗粒,研究S-nZVI在不同投加量和反应时间下对镉的固定效果。结果表明:与对照组相比,修复15 d后,施加量为5%的S-nZVI处理组中有效态镉的质量分数由1.45 mg/kg降至0.03 mg/kg,镉的浸出质量浓度由0.0406 mg/L降至0.0004 mg/L。此外,施用S-nZVI后提高了土壤的pH值,降低了土壤氧化还原电位(E_(h))。结合p H值和E_(h)的变化及反应前、后材料的表征,讨论了S-nZVI对镉的固定机制。

三元水滑石负载的硫化纳米零价铁对铀的高效去除与机理研究

纳米零价铁材料(NZVI)被广泛用于环境中放射性核素U(Ⅵ)的去除,但是单纯的NZVI存在稳定性差、去除效果差等不足。本研究结合表面钝化技术与负载技术制备得到Ca-Mg-Al水滑石负载的硫化纳米零价铁材料(CMAL-SNZVI),并将其用于U(Ⅵ)的高效去除。结合宏观试验与光谱分析表征得到的结果表明,CMAL-SNZVI材料具有出色的理化性质与较高的活性,对水溶液中U(Ⅵ)的去除具有优良的效果,在2 h内可以达到反应平衡,且最大吸附量可达175.7 mg·g–1。CMAL-SNZVI对U(Ⅵ)的去除主要是由吸附过程与氧化还原反应相结合的方式:吸附过程中U(Ⅵ)与材料中的CMAL基底、SNZVI的表层通过内层表面络合作用结合;还原过程中材料的NZVI内核将U(Ⅵ)还原成低毒难溶的U(Ⅵ)后去除。CMAL-SNZVI可为NZVI材料的改性方法提供新的研究方向,同时,CMAL-SNZVI在污染物去除方面表现优异,可以作为出色的环境修复材料。

基于硫化纳米零价铁的电化学腐蚀特性研究

深刻解析纳米零价铁(Nanoscale zerovalent iron,nZVI)的腐蚀特性可为阐释其化学还原技术原理提供支撑。基于此,该文考察了硫化和络合剂对nZVI在水中腐蚀行为的影响规律,通过对电化学塔菲尔动力学曲线和电化学阻抗谱的分析,表明硫化与络合剂能够协同改善nZVI的抗腐蚀性能,且可提升其导电性能。通过进一步考察腐蚀开路电位-时间变化曲线,证实了S-nZVI在不同络合剂体系下的初始期腐蚀速率受到抑制。最后,系统揭示了硫化能够通过调控体系的初始传质过程而改善nZVI的腐蚀活性。

硫化纳米零价铁协同生物法去除铬-三氯乙烯

硫化纳米零价铁(S-nZVI)在降解Cr(Ⅵ)和三氯乙烯(TCE)的复合污染时,Cr(Ⅵ)极易与S-nZVI表面发生钝化,严重抑制了TCE的降解。在这项研究中,将S-nZVI的化学还原与硫酸盐还原菌(SRB)的生物作用相结合,对TCE和Cr(Ⅵ)复合污染物进行降解。结果表明,与独立的S-nZVI相比,在SRB培养基中培养后的S-nZVI,由于SRB的作用减少了表面钝化,表现出更高的脱氯效率,培养12 h后的脱氯效率为84.15%,是单独硫化纳米零价铁脱氯效率的1.9倍。同时,通过与S-nZVI偶联,为SRB提供了合适的生长条件与电子供体,提高了SRB去除重金属的效率。总体而言,SRB-S-nZVI系统中表现出的协同作用可能提供一种有价值的修复策略,以克服独立的S-nZVI脱氯方法在复合污染物中减少氯代有机污染物方面的局限性。