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。

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。

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。

稳定纳米铁与反硝化菌耦合去除地下水中硝酸盐的研究

利用液相还原法制备壳聚糖稳定纳米铁、油酸钠稳定纳米铁和普通纳米铁,在无氧条件下将其分别与反硝化细菌耦合用于地下水中硝酸盐污染物的去除研究,探讨不同纳米材料与反硝化菌的耦合体系去除硝酸盐的速率和产物,并通过测定体系中反硝化细菌总RNA浓度的变化来研究纳米材料对反硝化菌的毒害作用。结果表明,耦合体系均在9d内将硝酸盐完全去除,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,3种耦合体系的脱氮产物中均有氨氮产生,油酸钠稳定纳米铁体系、普通纳米铁体系、壳聚糖稳定纳米铁体系产生的氨氮比例分别为15、37和58。反应后3种耦合体系中反硝化菌总RNA浓度的降低率分别为壳聚糖稳定纳米铁体系37、纳米铁体系30、油酸钠稳定纳米铁体系21,可见不同纳米材料对细菌毒性大小顺序为壳聚糖稳定纳米铁>普通纳米铁>油酸钠稳定纳米铁。综合反应速率、产物和对细菌的毒性各个方面因素,油酸钠稳定纳米铁与反硝化细菌的耦合效果最好。

甲醛及苯系物混合暴露对小鼠肺脏的氧化损伤作用

为探讨甲醛、苯、甲苯及二甲苯混合气体急性暴露对小鼠肺脏的氧化损伤作用,选用雄性健康昆明种小鼠50只,随机分为对照组和4个染毒组。染毒组1到4中甲醛、苯、甲苯和二甲苯浓度依次为:1.0+1.1+2.0+2.0μg·L-1、3.0+3.3+6.0+6.0μg·L-1、5.0+5.5+10.0+10.0μg·L-1、10.0+11.0+20.0+20.0μg·L-1,各染毒组混合气体的浓度分别是我国室内空气质量标准(GB/T18883-2002)的10、30、50和100倍。用静式吸入染毒方式,每天染毒2h,共染毒10d,实验结束后,测定小鼠肺脏中的氧化损伤指标。结果表明:染毒组小鼠的体重增加幅度均低于对照组,肝脏和脾脏系数显著低于对照组,肺脏ROS、MDA含量随染毒剂量的增加而增加,T-AOC、GSH、CAT、GSH-Px及SOD活力随染毒剂量的增加而降低,并且ROS、MDA含量与混合气体的浓度呈显著的正相关关系,GSH含量与混合气体的浓度呈显著的负相关关系。研究结果显示,甲醛、苯、甲苯及二甲苯混合气体急性暴露对小鼠肺脏具有氧化损伤作用,混合气体的联合毒性效应强于单一组分,ROS、MDA和GSH可以作为评价VOCs急性暴露对机体氧化损伤作用的敏感生物学标志。

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。

微纳铁活化过硫酸钠降解污染土壤中DDTs的效果研究

作为典型的持久性有机污染物,DDTS尽管已被禁止使用,但由于其稳定的结构,土壤中仍然残留大量的DDTs,亟需开发快速高效的DDTs降解技术。基于此,本文研究了微米尺寸具有纳米单元的铁粉(微纳铁,micro/nano-Fe~Ⅱ)活化过硫酸钠(sodium persulfate,PS)降解场地污染土壤中DDTs的效果,并考察了微纳铁负载量、过硫酸钠浓度、反应时间及氧化-洗脱耦合对DDTs去除效率的影响。研究结果表明:微纳铁能有效活化Ps降解土壤中的DDTs,在Ps浓度为100mmol/L时,DDTs的降解率随着微纳铁负载量增加而增加,当微纳铁升高到44.8g/L时,p,p'-DDT和o,p'-DDT的降解率高达92.2%和95.1%。洗脱-氧化耦合实验中,3种表面活性剂Tween80、Brij35和SDBS,其中Brij35土壤洗脱液中DDTs的降解效率最高,微纳铁和Ps的摩尔比为4:1时,对DDTs有最佳的降解效果。以上研究结果为DDTs的去除提供了一种新的途径,也为其他有机污染场地的修复提供了一类新技术。

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。

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。