纳米Fe^0与微生物协同降解土壤中PCB77

以红壤、黄褐土和砂姜黑土为供试土壤,以3,3′,4,4′-四氯联苯(PCB77)为目标化合物,进行了纳米Fe0、微生物以及联合体系降解土壤中PCB77的动力学研究。结果表明,土壤中PCB77自然降解率低,投加纳米Fe0和微生物均能显著加快土壤中PCB77降解速率,降解过程可用一级反应动力学方程拟合。当PCB77初始浓度为4mg·kg-1,纳米Fe0投加量为20mg·g-1,PCB77在红壤、黄褐土和砂姜黑土中反应速率常数k分别为0.0205d-1、0.0165d-1和0.0145d-1;通过富集培养的方法从污染土壤中分离出一株多氯联苯降解菌,初步鉴定该菌株为Pseudomonas sp.,当降解菌投加量为2×108cfu·g-1时,PCB77在3种土壤中反应速率常数分别为0.0136d-1、0.0094d-1和0.0124d-1;当同时投加20mg·g-1纳米Fe0和2×108cfu·g-1降解菌时,其反应速率常数分别为0.0264d-1、0.0218d-1和0.0232d-1。纳米Fe0与微生物协同降解的效果要明显优于纳米Fe0和微生物的单一体系。

纳米Fe^0/Fe_3O_4复合体系对溶液中PCB77的降解研究

研究了纳米Fe0与纳米Fe3O4单一与复合体系对溶液中PCB77的降解动力学,以及影响降解效率的不同因素。结果表明,投加纳米Fe0对PCB77有显著的降解效果,反应240min后PCB77残留率为8.94%;投加纳米Fe0同时配以不同比例的纳米Fe3O4能明显影响PCB77的降解速率,纳米Fe0/Fe3O4投加比例为1:0.1、1:0.2和1:1时,PCB77的残留率分别为6.46%、10.23%和38.20%。溶液pH对纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解PCB77具有较大的影响,当溶液pH为6.8时,纳米Fe0/Fe3O4复合体系降解PCB77的效果最好。纳米Fe0/Fe3O4复合体系对PCB77的降解是一个还原脱氯的过程,随着PCB77残留率的减小,氯离子浓度不断增大,同时反应体系中氧化还原电位不断降低。研究结果将为环境中残留PCBs提供一种高效去除方法,并为PCBs污染水体和土壤的修复提供理论依据。

纳米Fe^0对Cr(Ⅵ)的还原及其影响因素

采用纳米Fe0还原水溶液中的Cr(Ⅵ),考察纳米Fe0投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、溶液pH值和有机酸等因素对Cr(Ⅵ)还原的影响。结果表明,纳米Fe0对Cr(Ⅵ)的还原效果明显,其对Cr(Ⅵ)的还原率分别是铁粉和铁屑的7和13倍。Cr(Ⅵ)溶液初始质量浓度为20 mg·L-1、Fe0投加量为5 g·L-1条件下,反应24 h时纳米Fe0对Cr(Ⅵ)的还原率达82.7%。溶液低pH值可以促进Fe0的腐蚀速度,提高反应速率,当pH值为3.0时还原效果最好。草酸、丙二酸和丁二酸对纳米Fe0还原Cr(Ⅵ)均有明显的促进作用,3种有机酸对Cr(Ⅵ)还原率的提高幅度由高到低依次为草酸、丙二酸和丁二酸。

电场驱动纳米Fe^0在不同介质中的迁移行为研究

选取四种不同介质(100%石英砂、75%石英砂/25%高岭土、50%石英砂/50%高岭土和100%高岭土),探讨了黄原胶分散的纳米Fe^0在不同介质中的迁移行为。纳米材料投加点设置在介质填充池中间靠近阳极电解池的位置。研究发现,采用该实验装置,100%石英砂的处理中电渗流量最大,这与其较大的孔隙和渗透性有关,加入高岭土的处理中电渗流量较小且各处理流量相当。纳米Fe^0在石英砂中的迁移高于加入高岭土的处理,大部分纳米Fe^0集聚在靠近投加口的部分,在远离投加口的部分铁逐渐由Fe2+向Fe3+转化。100%高岭土中纳米Fe^0的迁移高于混合介质处理,这与其较高的电流强度有关。纳米Fe^0在电动迁移过程中很容易发生溶解和转化,其在高岭土中的迁移是以离子态进行的。μ-XANES(微束X射线近边分析)的分析结果证实电场驱动下高岭土中的铁主要以纤铁矿和磁铁矿形式存在。

纳米Fe^0降解溶液中3,3′,4,4′-四氯联苯及其产物分析

采用振荡培养实验研究了纳米Fe0对溶液中3,3′,4,4′-四氯联苯(PCB77)的降解情况,结果表明,PCB77起始浓度为5mg/L、溶液初始pH值为6.8,反应64 h后,纳米Fe0投加量为10.0g/L时,PCB77残留浓度最低,残留率仅为29.3%;纳米Si0投加量为0.5g/L时,PCB77残留浓度最低,残留率为67%;纳米Si0投加量为1.0g/L,即纳米Si0:纳米Fe0=1∶10时,PCB77残留浓度最低,残留率仅为22.2%。溶液中PCB77降解产物中除联苯外未发现其他降解产物,可能是PCB77在纳米Fe0表面连续脱氯的原因造成的。

负载型纳米Fe^0的合成及应用综述

目前,纳米Fe^0由于易团聚、易氧化、易造成二次污染而受到应用限制。该文总结了负载型纳米Fe^0的合成方法并对其优缺点进行比较,综述了不同多孔材料负载纳米Fe^0在环境治理方面的应用,并针对当前研究现状的不足,提出了改进的展望。

纳米Fe^0/FeS复合材料制备及降解偶氮染料废水

以Na_2S为硫源成功制备了比表面积为29.61 m^2/g、含有纳米Fe^0、少量FeS及铁氧化物的纳米S-nZVI新型复合材料,用于典型偶氮染料甲基橙的降解。优化了材料的硫化率、投加量和初始甲基橙含量等降解工艺参数,并研究了不同硫化率下S-nZVI降解甲基橙的动力学。结果表明,S-nZVI材料的硫化率和投加量等因素对甲基橙降解效率具有较大的影响,而甲基橙初始含量对其影响并不大。当甲基橙初始质量浓度为20 mg/L,控制优化降解条件S-nZVI硫化率(Fe^0、FeS的摩尔比)为3:1,投加量为70 mg,反应10 min左右,降解率接近100%。反应40 min时,S-nZVI降解甲基橙符合准1级反应动力学。合成的纳米S-nZVI新型复合材料具有很大的工业应用潜力。

纳米Fe、Si体系对3,3′,4,4′-四氯联苯的脱氯降解

研究了纳米Fe、Si体系降解3,3′,4,4′-四氯联苯(PCB77)的动力学差异.结果表明,纳米Fe0、纳米Fe3O4和纳米Si0对PCB77均有降解作用,该降解为还原脱氯反应.降解过程符合准一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0177,0.0038,0.0045h-1.PCB77初始浓度为5mg/L,纳米材料投加量为5g/L,溶液pH4.5条件下,纳米Fe0体系对PCB77降解效果最为显著,64h时PCB77残留率仅为19.83%,氯离子浓度为50.3μmol/L,反应体系pH值从4.5升至5.26.纳米双元体系Fe0和Si0、Fe3O4和Si0对PCB77降解过程也符合准一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0114,0.004h-1,其中纳米Fe0和Si0体系降解效果优于纳米Fe3O4和Si0体系.PCB77残留率分别为34.91%和66.62%,氯离子浓度分别为40.07,20.47μmol/L,反应体系pH值变化不明显.随着溶液初始pH值增加,纳米Fe0、纳米Fe3O4降解PCB77效果明显降低,但溶液pH值升高有利于纳米Si0对PCB77的降解.两组纳米双元体系对PCB77的降解效果受pH值影响小.

纳米铁系双金属复合材料还原水中硝酸盐氮

利用液相还原法分别制备了纳米Fe0、纳米Fe/Ni及Fe/Cu粒子,并在无氧条件下将其应用于水中硝酸盐污染物的去除研究,分别考察了负载量、硝酸盐初始浓度等条件对硝酸盐去除速率的影响,并对三种纳米材料还原硝酸盐的产物及反应机理进行了分析和讨论。实验结果表明,铜负载量为5.0%的纳米Fe/Cu粒子(投加量为1.5 g/L)在20 min内对硝酸盐的去除率接近100%,反应过程中有大量亚硝酸盐产生,但随着反应的进行又逐渐消失,反应的最终产物主要为氨氮,占体系总氮的75%,另有25%的氮损失;在纳米Fe0与Fe/Ni粒子还原硝酸盐产物中,氨氮的转化率均为95%以上。纳米Fe/Cu粒子对产物的选择性优于Fe0和Fe/Ni粒子。

核桃壳负载纳米零价铁吸附废水中Pb^(2+)

以核桃壳粉、NaBH4、FeCl2·4H2O为原料,采用液相化学还原法制备了核桃壳负载纳米零价铁,并用红外光谱(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)进行了表征,研究了负载纳米零价铁核桃壳作为吸附剂对水溶液中Pb2+的吸附。结果表明,293 K时,在pH=5,初始质量浓度为200 mg/L的水溶液中,10 mg吸附剂对Pb2+离子的最大吸附量为199.90 mg/g。动力学实验表明,该吸附行为符合二级动力学方程,吸附等温线能较好地符合Langmuir等温方程式。

纳米与微米级零价铁降解2,4,6-三氯酚动力学比较

研究了在反应表面积相近条件下,纳米与微米级零价铁(Fe0)降解水相中2,4,6-三氯酚(TCP)的动力学差异.结果表明,纳米与微米级Fe0降解TCP过程均符合准一级反应动力学,表观反应速率常数Kobs分别为0.0165h-1和0.0046h-1,其比值(3.6)接近纳米与微米级Fe0对TCP的初始吸附量比值(2.9).造成2种Fe0降解与吸附效率差异的主要原因在于颗粒表面点位单元活性不同.Fe0对TCP的作用可分为2个阶段:前一阶段非反应点位主导的吸附作用高于反应点位主导的降解作用,后一阶段刚好相反.反应过程中,纳米与微米级Fe0反应组体系pH值从初始的5.7分别升至10.5和8.2,体系pH值处于酸性范围时可提高TCP降解速率.纳米Fe0在反应过程中表面氧化不断增加,其中大部分铁氧化物沉积在颗粒表面,少量以离子态存在于水相中.

纳米零价铁对溶液中PCB77的降解及其影响因素

设计了以溶液初始pH值、3,3',4,4'-四氯联苯(PCB77)初始浓度、纳米零价铁(Fe0)投加量、纳米零价硅(Si0)投加量、腐殖酸和环糊精浓度为影响因素的正交试验,研究纳米Fe0降解PCB77时各因素对反应体系中PCB77残留率、氢离子浓度及氧化还原电位变化的影响及其相互关系。结果表明,在溶液初始pH值为4.5,初始ρ(PCB77)为1 mg.L-1,纳米Fe0投加量为10 g.L-1,纳米Si0投加量为0,ρ(腐殖酸)为0.25 g.L-1,ρ(环糊精)为1 g.L-1时,反应2 h后,PCB77残留率最低,为35.2%。溶液初始pH值对反应体系中PCB77的残留率影响最大,纳米Fe0投加量次之;溶液初始pH值对反应体系中氢离子浓度变化影响最大,环糊精投加量次之;PCB77初始浓度对反应体系中氧化还原电位变化影响最大,纳米Fe0投加量次之。

海藻酸钠/β-环糊精固定化纳米Fe^0去除重金属的性能研究

针对纳米Fe0在空气中易被氧化的问题,应用海藻酸钠、β-环糊精对纳米Fe0进行协同固定化,考察了原料配比、交联剂浓度等对凝胶球性能的影响,并对固定化纳米Fe0材料的稳定性进行了考察。实验结果表明:以1.5%SA、0.5%β-CD为原料,4.0%Ca Cl2为交联剂制备的固定化纳米Fe0具有较高的反应活性;固定化Fe0对Pb2+的去除效率明显高于Cd2+,反应4 h,200 mg/L的Pb2+去除率可达99.3%,主要通过凝胶球与Fe0联合作用去除。该材料保存120 d后仍具有较高的反应活性。

纳米Fe^0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和多样性影响研究

为探讨纳米Fe0粒子对产乙烯脱卤菌群脱氯性能和物种多样性的影响,采用纳米Fe0粒子与产乙烯脱卤菌群联合脱氯,并通过气相色谱、PCR-DGGE和TEM等技术手段进行相关表征.结果表明:当纳米Fe0粒子浓度为0~0.50 g·L-1时,体系的脱氯速率提高较小,低于40%,且菌种数量无明显变化;当其浓度为0.50~1.00 g·L-1时,体系的脱氯速率由0.31μmol·h-1提高到0.77μmol·h-1,体系的脱氯速率提高了60%,部分DGGE条带消失,多样性减少.TEM结果显示,产乙烯脱卤拟球菌在与纳米Fe0粒子接触部位有轻度破损,但细胞没有破裂.纳米Fe0粒子浓度较高时对产乙烯脱卤菌群的脱氯有明显的促进作用,但会使产乙烯脱卤菌群物种多样性减少.

纳米Fe、Si降解黄褐土中PCB77

采用振荡培养实验研究了纳米Fe0、纳米Si0和纳米Fe3O4对黄褐土中PCB77的降解作用。结果表明,土壤中PCB77投加量为20 mg kg-1,仅投加纳米Fe0时,投加量为40 mg g-1,反应24 h后PCB77含量接近最低,纳米Fe0对灭菌和未灭菌土壤中的PCB77降解过程均符合一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0057 h-1和0.0081 h-1;反应64h后,反应体系中PCB77残留率分别为68.2%,和53.2%,可见灭菌土壤较未灭菌土壤中PCB77降解效果降低。纳米双元体系能促进PCB77的降解,当纳米Si0:纳米Fe0=1∶10时,土壤中PCB77降解效果最好,反应64h后,土壤中PCB77残留率仅为53%,当纳米Fe3O4∶纳米Fe0=1∶4时,土壤中PCB77降解效果较佳,反应64h后,土壤中PCB77残留率仅为42.5%。土壤中PCB77降解产物中除联苯外未发现其他降解产物,可能是PCB77在纳米Fe0表面连续脱氯的原因造成的。

纳米铁系双金属-微生物体系去除地下水NO_3^--N研究

采用不同液相还原法制备纳米Fe0、Fe/Ni和Fe/Cu粒子,将其与反硝化细菌混合应用于地下水NO3--N去除研究。考察3种体系对NO3--N去除速率的影响,并对其脱氮产物及RNA水平上纳米铁系双金属对反硝化细菌的毒性效应进行了分析和讨论。结果表明,9 d内纳米Fe0体系可完全将NO3--N去除,过程中伴随NO2--N先升高后降低的生成趋势,NH 4+-N生成52%;纳米Fe/Ni体系脱氮速率最快,6 d内可将NO 3--N完全去除,几乎未检测到NO 2--N的生成,而NH 4+-N的转化率高达69%;纳米Fe/Cu体系7 d内可将NO3--N去除完全,NH4+-N的生成率降低,仅39%,但是出现33%NO2--N积累。从反应前后反硝化细菌总RNA浓度变化看,3种纳米粒子对反硝化细菌的毒性大小为纳米Fe/Ni﹥纳米Fe/Cu﹥纳米Fe0。

β-环糊精包埋纳米零价铁对Cd^(2+)的去除性能研究

为提高纳米Fe0的稳定性,以环氧氯丙烷为交联剂,以β-环糊精为原料对纳米Fe0进行包埋。考察了碱度、交联剂用量对聚合物交联度的影响,对比研究了30%、40%Na OH介质对包埋纳米Fe0去除Cd2+反应活性的影响。利用SEM、TGA对包埋材料的表面形态及热稳定性进行了分析。实验结果表明:40%Na OH介质中交联包埋的纳米Fe0具有更高的反应活性;当Cd2+浓度为100 mg/L时,投加包埋材料3.0 g,反应150 min,Cd2+去除率可达98.9%;于空气中放置1个月,其对Cd2+去除率仍可达90.5%。