铁基双金属催化剂活化过硫酸单盐(PMS)去除诺氟沙星性能研究

采用过渡金属Cu、Co和Mn对纳米零价铁(nZVI)掺杂改性,制备铁基双金属nZVI/Cu、nZVI/Co和nZVI/Mn催化剂,用于活化过氧单硫酸盐(PMS),研究了不同过渡金属、催化体系和过渡金属掺杂量对催化降解诺氟沙星(NOR)性能的影响。结果表明,当Co的掺杂量为5%时,nZVI/Co-5%/PMS活化体系在120 min内实现了84.4%的NOR去除。优异的活化降解性能主要得益于过渡金属Co的引入抑制了nZVI的钝化和团聚。

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。

硫酸盐缓释剂协同微生物降解水中污染物实验研究

制备石蜡包覆过硫酸盐(PS)缓释材料,设计纳米零价铁(nZVI)活化PS缓释材料批次实验,研究PS与污染物质量比、PS与石蜡质量比、nZVI与PS质量比等因素对水中2,4-二氯酚(2,4-DCP,又称2,4-二氯苯酚)降解效果的影响,并协同微生物开展降解实验,研究PS缓释材料对微生物生存环境的影响。结果表明,PS与2,4-二氯酚质量比为70∶1,PS、石蜡及nZVI质量比为3∶1∶2.4时,缓释体系对2,4-二氯酚降解效果最佳,312小时内降解率能达到90%以上,当该缓释体系与具有降解能力的微生物协同使用时,能进一步提高2,4-二氯酚降解率,降解率接近100%,说明该缓释材料可以在受2,4-二氯酚污染的水中使用,不会破坏水中微生物的生存环境。

纳米铁改性生物炭载体强化厌氧氨氧化菌富集与脱氮效果研究

为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)在载体生物膜中快速富集,本文采用液相还原方法制备了纳米铁改性生物炭(nZVI@BC)载体,并设置两组相同的厌氧氨氧化(ANAMMOX)富集装置(R_(1)、R_(2)),通过对R_(1)、R_(2)装置添加不同载体(分别为BC和nZVI@BC),考察在富集过程中ANAMMOX装置的脱氮性能、载体表面特征和微生物群落结构差异.结果表明:①BC表面成功负载nZVI,nZVI@BC载体比BC载体具有更高的比表面积,改性后载体的比表面积从47.17 m^(2)/g增至210.82 m^(2)/g,可为微生物提供更多的附着位点.②R_(2)装置NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(−)-N去除率稳定达到90%所需时间均比R_(1)装置短,且稳定运行后,R_(1)、R_(2)装置的TN去除率最高分别为86.99%、89.65%.③nZVI@BC载体表面颜色由黑色变为红褐色,表明红色的ANAMMOX生物膜初步形成,且其表面生物量比BC载体表面生物量高23倍.④第20天,R_(1)、R_(2)装置中AnAOB的相对丰度分别为10.47%和29.15%;R_(1)、R_(2)装置载体表面主要的AnAOB属均为Candidatus Kuenenia,其相对丰度分别为7.49%和23.76%.研究显示,改性的nZVI@BC载体显著促进了ANAMMOX生物膜的快速形成和AnAOB的高效富集,提升了ANAMMOX过程的脱氮性能.

生物炭改性及其对除草剂污染水体和土壤修复的研究进展

除草剂已被大量使用于现代农业生产,而长期使用除草剂可能造成其在土壤中大量残留,或通过降水、淋溶和径流污染水体,因此引发环境污染问题和食品安全问题。生物炭作为一种绿色、高效的吸附剂已被广泛用于修复有机物污染水体和土壤。本文介绍了酸碱、有机物和金属盐浸渍改性,纳米零价铁和微生物负载改性等生物炭改性方法;综述了改性生物炭在除草剂污染修复中的应用情况,对比分析了生物炭改性前后的修复效果;探讨了改性生物炭自身特性、环境条件对改性生物炭修复除草剂污染的影响及机制。未来仍需对改性生物炭在除草剂污染修复过程中的稳定性、长效性和安全性等方面开展研究。

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。

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。

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.

木材气凝胶负载纳米零价铁的绿色合成及应用研究

植物提取物还原制备绿色纳米零价铁因环境友好、反应条件温和、形貌可控等优势成为当前的研究热点。以生物质资源木材气凝胶为载体,以落叶松单宁为多功能反应平台,成功制备了一种可高效去除亚甲基蓝的木材气凝胶负载纳米零价铁复合材料,并探究了铁盐种类、pH值等对亚甲基蓝去除效果的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对木材气凝胶负载纳米零价铁复合材料进行了表征。结果表明:该复合材料在4次重复使用后对亚甲基蓝仍具有85%以上的去除率,且该方法在多种农林废弃物基材上都具有适用性,是一种绿色、环保、高效的通用型方法。

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。

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。

LDPE/m-nZVI复合膜的制备及性能

为克服脱氧剂小袋包装与食品混装带来的安全问题,采用硼氢化钾(KBH4)液相还原法制备了油酸钠(NaOl)改性纳米零价铁(m-nZVI),将其与低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混后热压成膜,制备了包装用LDPE/m-nZVI阻氧复合膜。利用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、差示扫描量热仪、万能拉伸试验机和气体渗透仪对复合膜的结构与性能进行表征和测定。结果表明:m-nZVI和LDPE的复合是物理共混;加入m-nZVI后,LDPE的热稳定性基本不变;随着m-nZVI含量的增加,复合膜的抗拉强度和断后伸长率先增大后减小,m-nZVI质量分数为2%时,抗拉强度和断后伸长率达到最大,较LDPE膜分别提高了41.4%和23.4%;复合膜的氧气透过系数也呈现出先减小后增大,当m-nZVI质量分数为3%时,复合膜的氧气透过系数最小,较LDPE膜降低了40.9%。复合膜结晶过程中,m-nZVI起异相成核的作用,改善了复合膜的结晶行为,使复合膜的结构和性能得到改善,力学性能和阻隔性能都得到提高。

Fe/Co双金属材料活化过一硫酸盐氧化降解水中2,4-D

为了处理有机氯除草剂2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)造成的环境污染,本研究采用液相还原法制备了铁钴双金属纳米颗粒(n-Fe/Co),并通过Fe、Co的合成比例优化了活化过一硫酸盐(PMS)体系对2,4-D的降解性能。结果表明:在pH为4.5的条件下,使用0.03 g·L^(-1)的n-Fe/Co和0.5 mmol·L^(-1)的PMS,2,4-D(10 mg·L^(-1))在30 min内完全去除,与单纯的纳米零价铁(nZVI)相比,2,4-D的去除率提升了60.9个百分点。n-Fe/Co可以在很宽的pH范围(2~9)和复杂的阴离子条件下有效去除2,4-D。自由基抑制实验表明羟基自由基是参与反应的主要活性物种(贡献率达到62.2%)。在中间产物分析的基础上,提出了2,4-D在n-Fe/Co-PMS体系中的降解机理和降解途径。研究表明,n-Fe/Co复合材料活化PMS系统在处理水中的2,4-D除草剂污染方面有很大的应用前景。

纳米零价铁与微生物耦合对地下水修复研究进展

介绍了地下水PRB修复技术、原位生物修复技术和原位化学氧化技术及其特点,总结了nZVI的“核-壳”结构以及物理和化学制备方法,探讨了nZVI降解地下水中重金属、非金属无机物、卤代有机物和抗生素的作用机理,主要包括吸附、氧化/还原、沉淀等原理。阐述了nZVI与微生物耦合体系之间的交互作用机制,分析了nZVI对微生物的促进作用和抑制作用。提出了耦合技术今后的研究重点。

生物炭负载纳米零价铁对沉积物中十溴二苯乙烷去除效果及机制

新型溴代阻燃剂十溴二苯乙烷(DBDPE)已经成为目前最常用的溴代阻燃剂。随着DBDPE在各种环境介质中被普遍检测到,其环境污染和治理正引起广泛的关注。迄今为止,生物炭负载零价铁材料(nZVI/BC)去除沉积物中DBDPE的应用尚未见报道。利用甘蔗渣通过液相还原法制备nZVI/BC,研究nZVI/BC去除沉积物体系里DBDPE的动力学过程,并探究其作用机制,为利用碳基零价铁去除沉积物中DBDPE提供了科学依据和技术支持。研究发现增加材料投加量、含水量、反应温度和降低底物初始质量分数,均能提高DBDPE的去除效率。高剂量的nZVI/BC能提供更多的吸附位点,并增大与DBDPE的接触面积,从而吸附更多的DBDPE分子。DBDPE质量分数的增加,将进一步增加DBDPE分子间的竞争反应,导致DBDPE分子与nZVI/BC颗粒的接触率降低。大量的水可以提供更多的活性H,从而提高与DBDPE反应的机会。温度升高,分子运动增强,提高了nZVI/BC与DBDPE的接触频率,也提高了n ZVI的反应活性。SEM表征结果显示,生物炭(BC)的加入使纳米零价铁(n ZVI)均匀分散在生物炭的表面,改善了n ZVI的分散程度,提高了n ZVI的反应活性。红外吸收光谱FTIR检测结果表明反应后nZVI/BC表面的-OH的伸缩振动和-CH_(2)-的弯曲强度均减弱,Fe-CO特征峰消失,并且出现了C=C的伸缩振动峰。nZVI/BC的微孔及介孔结构和表面的Fe-O、-OH、-CH_(2)-、C-O、C-H、C=O和-COOH等基团均能为DBDPE提供吸附位点,且DBDPE苯环结构上的π电子可能与nZVI/BC表面上的阳离子形成π-电荷相互作用。GC-ECNI-MS检测结果表明DBDPE被nZVI/BC降解过程中可能脱溴生成八溴二苯乙烷,ECOSAR (Ecological Structure Activity Relationships)软件预测nZVI/BC对DBDPE的降解降低了母体的生物毒性。

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。

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.