纳米铁的制备及其还原硝酸盐氮的产物与机理

采用微乳技术制备纳米铁粒子,并在无氧环境、室温、中性条件下与NO-3反应,研究纳米铁与硝酸盐反应的产物及反应机理.结果表明:纳米铁在30m in内能与99%硝酸盐反应,反应的主要产物为氨氮,且伴有亚硝酸盐产生,亚硝酸盐氮的浓度在反应过程中出现极大值;由质量平衡关系推出,纳米铁与硝酸盐反应是氧化还原与吸附作用同时存在的过程,反应的主要路径为NO-3→NO2-→NH+4.

纳米铁去除水中硝酸盐氮的批试验

采用微乳液法制备出粒径约为80 nm,主要成分为α-Fe的纳米铁粒子。纳米铁具有极高的活性,在无氧环境中,室温、中性条件下与初始质量浓度为30、50、80、120 mg/L的NO3--N振荡反应30 m in,即可获得90%以上的脱硝率。零价纳米铁去除硝酸盐氮的一系列批实验结果表明:硝酸盐与纳米铁反应为非一级动力学反应,硝酸盐氮浓度随时间单调减少,氨氮浓度随时间单调升高,而亚硝酸盐氮的浓度在反应过程中出现极大值,由动力学分析可知其具有连续反应的突出特征,并以此对反应路径进行了探讨。提出纳米铁与硝酸盐反应是氧化还原与吸附作用同时存在且主要产物为氨氮的观点。

纳米铁的制备及其对污染地下水的脱硝研究

采用液相还原法制备出纳米粒子,粒径80 nm左右,主要成分为α-Fe．试验研究了该粒子对不同浓度模拟污染地下水的脱硝效果及反应动力学．结果表明,自制纳米铁具有极高的活性,在无氧环境中,室温、中性条件下即可与NO-3迅速反应．当模拟水样的NO-3-N初始浓度为30、50、80、120 mg／L,纳米铁用量为4 g／L时, 剧烈振荡(250 r／min)反应30 min,即可获得90％以上的脱硝率．反应符合一级动力学方程,可描述为准一级反应．

纳米铁还原脱氮动力学及其影响因素

饮用水中硝酸盐(NO3-)对人体健康有危害。为了去除水溶液中NO3-,在实验室制得纳米铁颗粒。它的粒径为20～40 nm,比表面积(BET)为49.16 m2/g。本研究通过批实验考察了纳米铁对NO3-还原脱氮动力学性质和影响NO3-脱氮快慢的主要因素,如反应pH、纳米铁投加量和NO3-起始浓度。实验结果表明,pH越低越有利于NO 3-还原。在一定范围内,NO 3-还原速率随纳米铁投加量增加而增大,而随NO 3-起始浓度升高而降低,反应遵循准一级反应动力学方程,表面吸附和氧化还原反应是纳米铁对NO3-脱氮的主要去除机理。纳米铁对NO3-还原过程中可能反应的途径进行了讨论,NO3-还原产物取决于反应条件。在本研究条件下,纳米铁对NO3-脱氮的最终产物主要为NH4+-N而不是N2,必须进行更多的研究来解决这一问题。

硫酸铝强化纳米铁还原硝酸盐氮的研究

在水体溶解氧较高的条件下,采用投加硫酸铝的方式强化纳米铁对硝酸盐氮的去除效果。结果表明,投加硫酸铝可明显提高纳米铁对硝酸盐氮的去除效果,当硝酸盐氮初始浓度为10mg/L、纳米铁投量为5g/L、硫酸铝投量为100mg/L时,反应6h后对硝酸盐氮的去除率可达到83%,而不投加硫酸铝的情况下仅为51%。纳米铁对硝酸盐氮的还原过程符合拟一级反应动力学规律,其反应速率常数k随纳米铁投量和硫酸铝投量的增加而增大;纳米铁对硝酸盐氮的去除率随pH的降低而升高,随初始硝酸盐氮浓度的增加而下降;纳米铁还原硝酸盐氮的表观活化能较低,还原反应在常温下即很容易进行;硝酸盐氮的最终还原产物为氨氮。

纳米级零价铁去除水中硝酸盐的应用

介绍了纳米级零价铁去除硝酸盐的反应原理和影响因素,归纳了纳米铁在去除硝酸盐的应用中存在的问题,并给出了相关的建议。

应用硫酸铝强化纳米铁降解硝酸盐效果的正交试验研究

利用正交试验对投加硫酸铝条件下纳米铁降解水中硝酸盐氮的效果进行了详细研究。试验结果表明,纳米铁投加量是影响硝酸盐降解的主要因素,其次是反应时间、混凝剂的量、硝酸盐的初始浓度以及pH值等。投加硫酸铝后可有效促进纳米铁钝化保护层溶解和电子、离子迁移速率,从而大大提高硝酸盐降解速率。最后在优化工艺条件基础上,探讨了温度对于纳米铁降解硝酸盐速率的影响。

包埋纳米铁去除地下水中硝酸盐氮及铬污染

采用液相还原法制备纳米零价铁颗粒(nZVI)及包埋纳米铁,并采用扫描式电子显微镜和X射线衍射对其表面形貌、颗粒大小和结构性能进行表征.考察不同包埋比、DnZVI投加量、NO3--N初始浓度、pH等因素对NO3--N去除效果的影响,结果表明,硅藻泥与nZVI的最佳包埋比为5:1;pH是影响DnZVI去除NO3--N的重要因素,较低pH有利于NO3--N的还原.在pH为3,NO3--N初始浓度为40 mg/L,DnZVI投加量为5 g/L的条件下,NO3--N的去除率为99%.实验考察了DnZVI对Cr(Ⅵ)在不同DnZVI投加量、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、pH、温度影响因素下的去除效果,并对材料的重复利用性进行实验.结果表明,在温度为25℃,pH为3,投加量为2 g/L,初始浓度为10 mg/L的条件下,DnZVI对Cr(Ⅵ)的去除效果最好,去除率为95.5%.DnZVI和nZVI材料重复利用3次后,DnZVI对Cr(Ⅵ)的去除率约为nZVI的4倍,DnZVI重复利用性更好.

果胶负载纳米零价铁与纳米零价铁去除水中硝酸盐效果比较

对果胶负载纳米零价铁(nZVI/Pectin)与纳米零价铁(nZVI)去除水中硝酸盐效果进行了比较。果胶负载纳米零价铁的分析结果显示,与纳米零价铁相比,果胶负载纳米零价铁具有一定抗氧化性,呈现了很好的分散状态。果胶负载纳米零价铁相比纳米零价铁对硝酸盐的去除率较高。两者经烘烤处理,仍然是果胶负载纳米零价铁的活性要高于纳米零价铁。

纳米零价铁协同反硝化细菌去除硝酸盐的研究进展

硝酸盐(NO_(-)^(3)-N)是一种水体中常见的无机氮污染物,过量的NO_(-)^(3)-N会使水体富营养化并对人体健康构成威胁。纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)因具有高比表面积并可作为优良电子供体,在NO_(-)^(3)-N去除方面备受关注。nZVI协同反硝化细菌(denitrifying bacteria,DNB)可高效地转化NO_(-)^(3)-N为氮气(N_(2)),该方法不仅能显著提高NO_(-)^(3)-N的去除率,而且比传统的化学脱氮法更绿色环保,在NO_(-)^(3)-N污染治理中具有更大的应用潜力。因此,有必要深入认识nZVI协同DNB高效去除NO_(-)^(3)N的互作机理。本文详细阐述了影响nZVI与DNB协同去除NO_(-)^(3)-N的相关因素,综述了nZVI协同DNB去除NO_(-)^(3)-N的最新研究进展,系统分析了nZVI与DNB协同去除NO_(-)^(3)-N相互作用机理,综合讨论了nZVI协同DNB高效去除NO_(-)^(3)-N所面临的挑战,并对未来的研究方向进行了展望,为开发更高效治理NO_(-)^(3)-N污染的方法提供了理论依据和参考。

生物膜对纳米铁-微生物去除地下水中NO_3^--N的影响

采用液相还原法制得纳米Fe0,并采用自制恒化器从活性污泥中驯化出自养反硝化细菌.对比单独投加纳米Fe0与投加纳米Fe0及微生物时硝酸盐培养液体系的脱氮效果,包括采用分光光度法监测三氮(NO3--N、NO2--N、NH3/NH4+-N)的浓度变化,使用pH计监测培养液中pH的变化.结合吖啶橙染色荧光显微照片,证明了在纳米Fe0-微生物体系中,生物膜在纳米Fe0腐蚀过程及生物反硝化过程中均起主导作用.在此基础上对比了分别投加纳米Fe0和微生物及投加在葡糖糖营养环境下制得的生物膜-纳米Fe0复合材料时体系的脱氮效果.结果表明,分别投加纳米Fe0和微生物时,可在10 d内将体系中的NO3--N完全去除,其中37%转化成了氨氮,其余63%应以气态反硝化产物的形式离开溶液.投加生物膜-纳米Fe0复合材料时仅需5 d即可将体系中的NO3--N完全去除,其中28%转化成氨氮,其余72%应以气态反硝化产物的形式离开溶液.实验结果同时表明生物膜-纳米Fe0复合材料具有更大的微生物量和更强的反硝化活性,适用于去除地下水中的NO 3--N污染.

纳米铁-微生物耦合体系去除硝酸盐的影响因素研究

采用液相还原法制备出纳米铁粒子,并与自养反硝化细菌耦合,以解决单独使用生物反硝化和纳米铁还原法的不足。本实验在纳米铁-微生物耦合体系可以有效还原硝酸盐的基础上,研究了pH、温度和DO等环境因素对该耦合体系脱氮速率和产物的影响,以期通过优化参数达到最好的脱氮效果。结果表明,该体系在中性条件下能够快速将硝酸盐还原,随pH升高,氨氮比例无显著变化,均在40%左右,但还原速率有所下降;随温度的升高,氨氮比例有所上升,而反应速率明显升高,但该体系在5℃时仍能将硝酸盐完全去除;耦合体系中的DO过高或过低都会导致产物中氨氮比例的增加,0.4 mg/L左右为较适宜DO水平,但对硝酸盐还原速率的影响不大,当DO为0.8 mg/L时,硝酸盐仍可以在8 d内完全去除。因此,该耦合脱氮体系对pH、温度和DO的适应能力较强,有利于实际地下水的原位修复。

纳米零价铁耦合氢自养反硝化去除水中硝酸盐

首先采用液相还原法制备纳米零价铁粒子,然后将制得的纳米零价铁与氢自养反硝化菌进行耦合,组成纳米零价铁-氢自养反硝化耦合体系,考察了不同温度、pH值、Fe/N值、初始硝酸盐浓度和H2对耦合体系去除硝酸盐的影响,并对硝酸盐去除机理进行了讨论。结果表明,纳米零价铁-氢自养反硝化耦合体系对硝酸盐有很好的去除作用,反应速率高于单一的化学还原或生物反硝化过程。Fe/N值对硝酸盐还原速率的影响不大,却对反应产物影响显著,试验条件下,纳米零价铁的最佳投量为10 mL。不同pH值条件下耦合体系对硝酸盐的去除趋势非常接近。温度对耦合体系降解硝酸盐的速率有一定影响,温度越高,硝酸盐的去除速率越快,但整体差别不大。初始硝酸盐浓度为25、65、105和150 mg/L时,对硝酸盐的平均去除速率分别为13. 64、11. 63、16. 55和13. 73 mg/(L·h)。给予耦合体系充足氢气的情况下,硝酸盐的降解速率较快,高于不额外供给氢气的耦合体系。

纳米铁-真养产碱杆菌柱实验去除硝酸盐

建立柱实验装置,探讨了反应柱中填加介质、硝酸盐的初始浓度及不同过水流速时硝酸盐的去除效果及产物的生成情况。4种不同材料,纳米铁、真养产碱杆菌、纳米铁与真养产碱杆菌简单混合体、纳米铁与真养产碱杆菌驯化培养5 d的复合体,分别与初始浓度为65 mg/L硝酸盐溶液反应。结果表明,经培养5 d的纳米铁-真养产碱杆菌复合体对硝酸盐的去除效果最佳,去除率可达到75%,且氨氮的生成量仅为2.99 mg/L;硝酸盐初始浓度分别为32、65和95 mg/L时,32mg/L的体系中硝酸盐的降解效果最好,去除率达78.9%且亚硝酸盐及氨氮的生成量分别为2.34 mg/L和2.89 mg/L,均低于另外2组;溶液流速为6.0 cm/h时,经驯化培养的纳米铁-真养产碱杆菌对硝酸盐的去除率达77%,当控制流速降至2.4cm/h时,亚硝酸盐氮的生成量降至0.34 mg/L。

氢气还原针铁矿制备的纳米铁去除硝酸盐的研究

采用氢气还原天然针铁矿法制备出粒径为14 nm的单质铁纳米材料,考察了该纳米铁对水中硝酸盐的去除特性及影响因素,并与普通铁粉进行了对比。结果表明,与普通铁粉相比,纳米铁粉对硝酸盐的去除效果受pH值的影响较小;在纳米铁粉与硝酸盐的质量比为40∶1、反应时间为5 h、硝酸盐初始浓度为60 mg/L的条件下,纳米铁对硝酸盐具有较高的还原活性,对硝酸盐的去除率可达90%以上,且还原产物中基本无亚硝酸盐;溶解氧和天然针铁矿粒径对纳米铁去除硝酸盐的影响不大。采用氢气还原天然针铁矿制备纳米铁的方法简单且成本较低,在去除地下水中的硝酸盐方面具有很好的应用前景。