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。

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.

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。

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。

海泡石改性纳米零价铁对Cd的吸附效果及其机制

为明确海泡石改性纳米零价铁(S-nZVI)对Cd在水体和土壤中的吸附效果及其作用机制,本研究采用批量吸附和土培试验,结合现代光谱表征分析等方法,探究了S-nZVI对Cd的吸附及影响因素,并深入分析了S-nZVI对镉吸附的吸附作用机制.结果表明,负载nZVI提高了海泡石对Cd的吸附能力,S-nZVI对Cd的饱和吸附量达到11.37 mg·g^(−1);S-nZVI对Cd的等温吸附更符合Freundlich模型,该过程属于多层吸附;S-nZVI对Cd(Ⅱ)的吸附量随pH的增加而显著增加,磷酸根和硝酸根离子的存在能促进S-nZVI对Cd的吸附.不同S-nZVI的添加剂量均能显著降低土壤有效镉的含量,其中5%W/W的添加量表现效果最好.综合批量吸附实验和光谱分析(XPS和XRD)的结果发现S-nZVI对Cd的吸附作用机制主要包括离子交换、静电吸附、沉淀和络合作用.本研究的结果证明了S-nZVI可以作为一种对镉具有良好吸附作用的材料,并且在镉中轻度污染水体和土壤修复中具有较广泛的应用前景.

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。

改性纳米零价铁活化过硫酸盐降解污染物

在当今环境下,基于水体中污染物带来的环境问题,寻找新的催化剂降解污染物成为研究热点。其中以硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)为基础的的高级氧化技术(AOPs)受到越来越多的关注。相比羟基自由基(OH·),SO_(4)^(-)·具有还原电位更高、半衰期更长、pH范围更宽等优势。同时纳米零价铁(nZVI)因其粒径小,比表面积大而备受关注。由于nZVI易聚集、易氧化,需要对其进行改性,本文介绍了负载nZVI、Fe的双金属、硫化物改性nZVI活化过硫酸盐(PS)用于降解的研究。

零价铁活化过硫酸盐降解土壤中邻苯二甲酸酯

为了探究零价铁(ZVI)活化过硫酸盐(PS)对土壤邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的降解效率、最优降解条件及对土壤性质的影响,该文通过单因素实验和正交实验,研究初始pH值、水土比、PS浓度、ZVI添加量、反应时间对DEHP降解效率的影响,同时探讨了氧化体系对土壤理化性质和速效养分的影响。结果表明,5个因素对DEHP降解率的影响程度依次为PS>初始pH>ZVI添加量>水土比>反应时间。当初始pH为3、水土比4∶1、PS浓度为1 mmol/g、ZVI添加量为0.5 mmol/g、反应80 min时DEHP降解率在75.12%~80%之间,降解效果最佳。ZVI/PS氧化体系对土壤性质影响较大,随着PS浓度增加,土壤pH、土壤有机质含量呈现不同程度的降低,土壤电导率和氧化还原电位呈递增趋势。当同时加入PS和ZVI时,速效氮含量显著增大;单独向土壤溶液中添加ZVI或PS均使土壤速效磷含量显著增高,当土壤溶液中同时添加PS和ZVI后,速效磷含量急剧下降;而当ZVI或PS的浓度比≥1时,速效钾含量急剧下降,降幅达到76%。在实际修复PAEs污染土壤时要充分评估氧化剂添加量对土壤性质的影响,该研究可为ZVI活化PS去除土壤环境介质中的DEHP提供了理论和实践依据。

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。

生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐去除废水中环丙沙星

以稻壳和FeCl_(3)为原料,一步法制得生物炭(BC)负载纳米零价铁(BC@nZVI),并对其结构、形貌等进行了表征。以环丙沙星(CIP)为目标污染物,考察了BC@nZVI制备条件、BC@nZVI投加量、初始溶液pH、反应温度和无机阴离子等对BC@nZVI活化过硫酸盐(PS)去除CIP效果的影响,并探究了体系中起主要作用的自由基种类。结果表明,在热解温度为900℃、FeCl_(3)浓度为1.5 mmol/L、BC@nZVI投加量为0.4 g/L、反应温度为45℃、初始溶液pH约为6.2(未调整溶液pH)的优化条件下,反应180 min BC@nZVI活化PS对CIP的去除率高达98.53%。在该体系中加入SO_(4)^(2-)使CIP去除率明显下降,加入NO_(3)^(-)和Cl-对CIP去除率影响稍小。体系中存在SO_(4)^(-)·和·OH自由基,且SO_(4)^(-)·起主要作用。

生物炭负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解水中菲的性能研究

生物炭负载纳米铁(BC@nZVI)是一种新型的高效非均相活化材料,可活化过硫酸盐(PS)进行原位化学氧化,去除焦化场地等复杂污染场地中的多环芳烃。针对BC@nZVI活化PS对菲(PHE)降解性能及影响因素,基于液相还原法制备BC@nZVI,采用BET比表面积测试、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术、傅里叶变换红外光谱等表征BC@nZVI的孔隙结构、表观形貌、元素分布、结构形态、物相组成、官能团等特性,研究BC@nZVI铁碳比、BC@nZVI投加量、PHE初始浓度、PS浓度等因素对BC@nZVI活化PS降解PHE的影响。采用准一级动力学模型评估PHE的降解动态,采用电子顺磁共振(EPR)确定BC@nZVI/PS体系中的自由基。研究结果表明,BC可有效负载nZVI并缓解nZVI的团聚,有利于提高对PS的活化效率;铁碳比为1:4(质量比)的BC@nZVI活化PS降解PHE的效果最优,在PHE初始质量浓度为1 mg/L、PS浓度为1.6 mmol/L、BC@nZVI投加量为0.6 g/L的最佳条件下,PHE的降解率达到94.59%。PHE的降解率随着PHE初始质量浓度的升高而降低;在酸性环境下的PHE降解效果优于中性及碱性环境下的PHE降解效果。BC@nZVI/PS体系中的活性物种主要有SO_(4)~-·、·OH和O_(2)~-·。

纳米零价铁铜活化过硫酸盐降解AO7研究

用化学还原法制备纳米零价铁铜(nZVICu),以AO7为目标污染物,对比分析了自制nZVICu降解水中AO7的影响。结果表明,自制nZVICu对AO7有很好的降解效果。在pH=4.0和25℃的条件下,当AO7初始浓度为20 mg/L,纳米零价铁铜投加量为1.0 g/L,过硫酸盐浓度为0.5g/L时,AO7去除率高达99.2%;AO7降解率随着初始浓度的下降而显著提高,符合伪一级反应动力学。

纳米零价铁与过一硫酸盐协同去除水中诺氟沙星的研究

利用nZVI协同PMS去除水中的NOR,并借助EPR、XRD、TEM、EDS、FTIR等探究了相关的去除机制。结果表明,nZVI协同PMS对NOR的去除率高达97.4%,去除机制包括SO_(4)^(-)·和OH·对NOR的氧化降解,以及纤铁矿和针铁矿对NOR及其降解产物的吸附。

球磨硫化零价铁活化过硫酸盐降解1,2-二氯乙烷的研究

1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)广泛存在与地下水污染中,对自然环境和人体健康有严重威胁。1,2-DCA是一种重非水相液体,溶解度低,密度大于水,当1,2-DCA因为各种意外事件进入地面后,其能穿透土壤不断往下渗透,并且以污染源为中心,不断向外扩散,使得后续处理1,2-DCA污染十分困难。故研究能对1,2-DCA进行高效经济的修复技术,治理氯代烃污染,具有实际价值。本次实验使用球磨法制备了硫化零价铁材料作为催化剂,活化PS体系(S-ZVI/PS体系)去除1,2-DCA,讨论了材料制备中不同S/Fe质量比、溶液初始pH值对降解效果的影响。

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。

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。

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。