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。

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。

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。

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.

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。

多孔介质中膨润土悬浮液携带负载型纳米零价铁的强化传输

为强化纳米零价铁(nZVI)在多孔介质中的传输,采用膨润土悬浮液携带高岭土负载纳米零价铁(K-nZVI)。通过沉降试验和流变性试验确定了修复剂中膨润土和K-nZVI掺量最佳配比;开展模拟柱试验,探讨了不同注入压力下K-nZVI在多孔介质中的迁移特性;结合数值模拟,分析了修复剂配比和注入压力对K-nZVI扩散半径的影响规律。试验结果表明,膨润土悬浮液能显著提高K-nZVI的稳定性和分散性;膨润土和K-nZVI最佳掺量分别为5%和0.4%;膨润土悬浮液携带K-nZVI修复剂注入多孔介质中时存在临界注入压力。数值模拟结果表明,K-nZVI扩散半径与注入压力呈正相关,与修复剂黏度呈负相关。本文研究结果可为有色冶炼场地重金属污染修复工程提供理论指导。

红柳生物炭负载纳米零价铁对Cr(VI)的吸附特性及机理

以废弃红柳为原料,利用液相还原法制备了生物炭负载纳米零价铁复合材料(nZVI@TBC),研究不同投加量、pH、反应时间、初始浓度对nZVI@TBC吸附Cr(VI)的影响.通过SEM、BET、FTIR、XRD及XPS等技术进行机理分析,结果表明:制备的nZVI@TBC材料对nZVI具有较好的分散性;在Cr(VI)的初始浓度为50 mg/L、初始pH为3、吸附时间为120 min及投加量为4 g/L的条件下,最大理论吸附量为32.53 mg/g,nZVI@TBC对Cr(VI)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型;Cr(VI)的去除机理涉及静电作用、还原、共沉淀、络合作用以及与SiO_(2)的“π-π”相互作用.因此,nZVI@TBC复合材料具有应用于含Cr(VI)废水处理的潜力.

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。

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。

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.

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。

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。

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。

核桃壳生物质负载纳米零价铁对Cr(Ⅵ)污染土壤的修复研究

将核桃壳负载纳米零价铁制备核桃壳生物质负载纳米零价铁复合材料(WSP@nZVI),投加到Cr(Ⅵ)污染土壤中,通过土壤钝化实验,研究投加量、土水比和时间对Cr(Ⅵ)污染土壤的修复效果的影响,并探究可能的修复机理。分析处理前后土壤浸出液Cr(Ⅵ)浓度、土壤Cr(Ⅵ)含量、土壤总Cr含量以及土壤Cr形态含量的变化。结果表明,在投加量为7.5 mg/g,土水比为1∶10 g/mL,时间为2 d时,修复效果最佳。投加量越大,土水比越小,时间越长,修复效果越明显。其修复机制可能为吸附-还原-沉淀与共沉淀3种机理协同作用。

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。

氮掺杂超交联聚合物增强纳米零价铁去除废水中Cr(Ⅵ)的性能研究

以吡咯(Py)为单体,1,2-二氯乙烷(DCE)为溶剂,二甲氧基甲烷(FDA)为交联剂制备了氮掺杂超交联聚合物(HCP-Py),通过负载不同质量比的nZVI获得HCP-Py@Fe(9:1).探究HCP-Py、nZVI和HCP-Py@Fe去除Cr(Ⅵ)的性能.在初始pH值为2,用量为0.75g/L,温度为25℃,转速为160r/min的条件下,HCP-Py@Fe(9:1)对Cr(VI)的去除率达到99%,去除量达到了125.85mg·g^(-1).动力学实验结果表明HCP-Py@Fe(9:1)对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型,吸附过程为化学吸附.实验结果表明,HCP-Py@Fe(9:1)中铁的使用量较少,在低pH条件下,有机骨架中的胺基有利于吸附Cr(VI),同时协同还原性的铁物种去除Cr(VI).这些结果为铁基氮掺杂超交联聚合物对Cr(Ⅵ)的去除研究提供了一定借鉴.