纳米片层铁锰双金属催化剂活化过一硫酸盐预处理烟草糖香料废水

以烟草行业糖香料废水为研究对象,首先调查了某糖香料调配中心废水的水质情况。采用共沉淀法制备纳米片层铁锰双金属催化剂激活过一硫酸盐(PMS)产生自由基对烟草糖香料废水开展预处理研究。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、X射线能谱分析(EDS)和比表面积测试(BET)对催化剂进行表征。通过因素实验分析降解过程中废水的化学需氧量和氨氮降解情况,在反应时间6h、PMS浓度为4mmol/L、催化剂投加量为0.6g/L的最佳条件下,COD去除率76.5%、氨氮去除率96.3%,降解过程符合一级动力学(R~2>0.9)。降解前后水样的三维荧光和气相色谱显示,难降解物质被转化为可生物利用的有机碳源,表明这一体系作为预处理有助于提高生化段的处理效率,对高级氧化法在污水预处理中的实际应用具有良好的应用前景。

RGO电极电催化降解海产养殖废水中盐酸四环素

研究通过改进的Hummers法结合水热法制备还原氧化石墨烯(RGO)作为电催化阳极,利用透射电子显微镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)对RGO进行表征,以盐酸四环素为目标污染物,对其进行电催化降解实验。研究发现在外加电流为15 mA,温度为20℃,盐酸四环素的浓度为5 mg/L的条件下,30 min内RGO电催化盐酸四环素的降解率可达95.07%。为深入研究电催化去除海产养殖废水中盐酸四环素污染的实际应用可行性,利用循环试验对材料稳定性进行测试,该材料耐盐性与稳定性能良好。通过自由基猝灭和活性氯产生量的实验,发现RGO电催化降解盐酸四环素的主要活性物种为表面产生的活性氯和·OH。

MnFe2O4活化过一硫酸盐降解废水中LAS

采用共沉淀法制备了铁锰双金属复合催化剂(MnFe2O4),用于活化过一硫酸盐(PMS)产生强氧化性的硫酸根自由基(SO4^?·)氧化降解水中阴离子表面活性剂(LAS).采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行表征,表明成功合成了具有尖晶石结构的MnFe2O4催化剂.考察了催化剂投加量、PMS投加量以及初始pH值等各种因素条件对LAS的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,MnFe2O4活化PMS降解LAS的过程符合准一级动力学(R ^2>0.9).在LAS初始浓度为80mg/L,催化剂投加量为2.0g/L,PMS的浓度为2.5mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为30min的情况下,LAS降解效率达到94.1%,此时LAS的降解速率常数达到0.192min^-1.通过自由基猝灭实验证明了MnFe2O4/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性自由基为SO4^?·.通过反应前后催化剂的X射线光电子能谱(XPS),证实Fe和Mn之间存在协同作用,提高了MnFe2O4对PMS的活化效率.

纳米铁酸铜催化剂活化过一硫酸盐降解苯胺废水

使用溶胶凝胶法制备纳米铁酸铜催化剂,并用于活化过一硫酸盐催化降解苯胺废水。探究了纳米铁酸铜投加量、过一硫酸盐投加量和pH对苯胺降解率的影响。结果表明,在纳米铁酸铜投加量为2.0g/L、过一硫酸盐投加量为0.2g/L、pH=7.0的条件下,纳米铁酸铜活化过一硫酸盐催化降解苯胺废水的效果最好,反应60min,100mL质量浓度为10mg/L的苯胺降解率可达99%。纳米铁酸铜在反应过程中的总铁溶出量仅为0.87mg/L,总铜溶出量仅为0.03mg/L。苯胺的降解途径:一是苯胺中的氨基被自由基攻击,生成亚硝基苯,继续氧化生成硝基苯,然后开环矿化为CO_2和H_2O;二是氨基对位苯环上的氢原子被羟基取代生成对羟基苯胺,对羟基苯胺被自由基攻击生成亚氨基苯醌,进一步反应生成对苯醌,然后开环矿化为CO_2和H_2O。

POE/LDPE共混交联改性发泡PP力学性能的研究

采用低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-1-辛烯共聚物(POE)作为增韧材料,以过氧化二异丙苯(DCP)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TM)为交联体系制备共混交联改性聚丙烯(PP),通过多指标正交实验研究共混交联改性的配方,分析了共混交联改性对PP力学性能的影响.结果表明:最佳改性配方为PP70%,LDPE/POE20/10%,DCP0.2%,TM0.6%,纳米ZnO1%;共混交联改性对PP具有良好的增韧作用,冲击强度提高了490%;共混交联改性PP的结晶速率下降,熔融温度范围由原来的17.3℃增加到21.8℃,而结晶度还有所增大.实验最终表明:采用POE/LDPE共混交联改性PP制备出的发泡塑料发泡效果较好.

纳米立方体PBA-Fe_(1)Mn_(2)活化过一硫酸盐降解偶氮有机物

采用油浴-水热两步法制备纳米立方体铁锰双金属催化剂普鲁士蓝类似物PBA-Fe_(1)Mn_(2),利用纳米立方体结构催化剂接触面积大、活性位点多的特点,活化过一硫酸盐(PMS)降解活性黑5(RBK5).通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对催化剂进行表征,表明合成的催化剂PBA-Fe_(1)Mn_(2)具有普鲁士蓝立方体结构.铁锰双金属的协同作用与立方体结构上的活性位点有效地提高了RBK5的降解效率.在初始pH值为7、催化剂投加量为0.2g/L、PMS浓度为2mmol/L的最优条件下,在60min内可使10mg/L的RBK5脱色率高达100%.自由基淬灭实验及EPR表明该体系中HO·、SO_(4)^(-)·参与RBK5的降解.其中催化剂表面的羟基自由基为主要作用基团.XPS反映了铁锰元素存在价态变化以及双金属间的协同作用,不同铁锰价态变化的循环过程促进催化剂的活化.最后,根据XPS和三维荧光光谱分析降解机制,表明RBK5在体系中被降解.

八面体FMN-700活化过硫酸盐产生^(1)O_(2)降解偶氮有机物

以掺氮普鲁士蓝类似物(PBA)为前驱体,通过高温煅烧法制备了含铁、锰氮化物的催化材料(FMN-700),用于活化过一硫酸盐(PMS)快速降解偶氮有机物.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对催化剂进行表征,证明FMN-700具有层状堆叠的正八面体结构,含有铁锰氮化物.研究了催化剂投加量,PMS浓度和初始pH值等因素对偶氮有机物降解的影响,结果表明在初始pH值为7、催化剂投加量为0.2g/L、PMS浓度为2mmol/L的条件下,60min内可使10mg/L的RBK5脱色率达99.5%.淬灭实验、电子顺磁共振(EPR)显示^(1)O_(2)为降解体系的主要活性物质.X射线光电子能谱(XPS)表明反应前后Fe(III)/Fe(II)、Mn(III)/Mn(II)比值增大,吡啶N向吡咯N和石墨N转化,该过程可以诱导产生^(1)O_(2).3D-EEM光谱反应后荧光强度大幅升高,表明具有荧光淬灭作用的偶氮键被破坏,实现偶氮有机物的脱色降解.

新型Fe_3O_4@α-MnO_2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe_3O_4@α-MnO_2复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐(PMS)产生强氧化性的硫酸根自由基(SO4-·)氧化降解偶氮染料活性黑5(RBK5).采用透射电子显微镜(TEM),X射线粉末衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO_2包覆Fe_3O_4形态的Fe_3O_4@α-MnO_2催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe_3O_4@α-MnO_2催化剂活化PMS与单一的Fe_3O_4和α-MnO_2活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe_3O_4@α-MnO_2催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^(-1).此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe_3O_4@α-MnO_2/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO4-·.

氧化石墨烯电催化高效降解有机染料RBk5

电化学高级氧化技术是处理有机染料废水的有效技术方法之一,但其应用受传统贵金属电极成本高、易毒化失活等缺陷的限制.本研究采用廉价易得的石墨粉材料,制备氧化石墨烯(GO)催化剂,用于活性黑5(RBk5)染料废水的电催化氧化降解研究.利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、拉曼光谱、循环伏安法和电化学阻抗谱分析材料的结构特性及电化学性能.结果显示,氧化石墨烯具有较高的电子迁移速率,良好的亲水性和电催化活性.不同的RBk5浓度、外加电流、电解质、初始pH值等条件对RBk5的降解效率也有一定程度的影响.其中,电解质因素对材料性能影响最为显著.在RBk5浓度为10mg/L、外加电流为20mA、反应时间为35min、电解质为NaCl的条件下,电催化降解效率可以达到100%.

硫掺杂石墨烯电催化降解有机染料甲基橙

电极作为影响污染物电催化氧化效率与路径的最主要因素,是电催化效率提升的重要突破口。本研究以氧化石墨烯(GO)为碳源,以二苯二硫醚作为硫源,合成硫掺杂石墨烯(SGN)电极,用于电催化降解甲基橙染料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等对材料进行表征。考察电解质、外加电流、初始pH等因素对降解过程的影响。研究结果表明,硫掺杂能有效提升石墨烯材料的电催化性能。在初始pH=3、甲基橙浓度为10mg/L、电解质为NaCl、外加电流为30mA且实验温度为20℃的最佳条件下,反应35min可以达到98.39%的甲基橙降解率。材料性能稳定,可重复使用,在降解有机污染物方面具有良好的应用前景。

菱形片状铁锰催化剂活化过硫酸盐降解四环素

采用草酸蚀刻法制备由普鲁士蓝类似物衍生的菱形片状铁锰双金属催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素.通过热重分析仪(TGA)、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对催化剂进行表征,表明合成的催化剂FeMn/OA-350具有菱形片状的特殊结构.铁锰双金属的协同作用与片状结构上的活性位点有效地提高了四环素的降解效率.在初始pH=7、催化剂投加量为0.6g/L、PMS浓度为2mmol/L的最优条件下,仅在30min内可使20mg/L的四环素去除率高达100%,反应过程符合二级动力学(R^(2)>0.9),催化剂具有较宽的pH值适用范围.自由基猝灭实验表明该体系下存在羟基自由基、硫酸根自由基、单线态氧以及超氧自由基,单线态氧作为主要作用基团.X射线光电子能谱(XPS)反映了铁锰元素存在价态以及双金属间的协同作用,不同铁锰价态变化的循环过程促进催化剂的活化性能,同时根据猝灭实验和XPS、LC-MS初步分析降解机制.

纳米片状Mn_(2)O_(3)@α-Fe_(3)O_(4)活化过碳酸盐降解偶氮染料

过碳酸钠是过氧化氢与碳酸钠的加成化合物,具有在存储、运输和使用过程中安全稳定的优点。本文采用共沉淀-高温煅烧法制备纳米片状Mn_(2)O_(3)@α-Fe_(3)O_(4),活化过碳酸钠(SPC)产生自由基氧化降解偶氮染料活性黑5(RBK5)。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)及比表面积测试(BET)表征制备的纳米片状Mn_(2)O_(3)@α-Fe_(3)O_(4)催化剂,分别探究催化剂投加量、过碳酸钠浓度、初始pH及RBK5溶液浓度对降解效率的影响。当催化剂投加量为0.3g/L、过碳酸钠浓度为1.0mmol/L、初始pH为3、反应时间为90min时,RBK5的降解效率达88%,反应过程符合拟一级动力学(R^(2)>0.9)。Mn_(2)O_(3)@α-Fe_(3)O_(4)/过碳酸钠体系中起氧化降解作用的活性物种为·OH、CO^(-)_(3)·、O^(-)_(2)·和^(1)O_(2),其中·OH占据主导地位,XPS反映了铁锰元素存在价态以及双金属间的协同作用,依据猝灭实验及XPS分析降解机理。

硫掺杂石墨烯电催化降解偶氮染料RBK

采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯(GO),以二苯二硫醚(BDS)为掺杂剂,在一氧化碳(CO)氛围下,采用一步退火法合成硫掺杂石墨烯(SG)。通过透射电子显微镜(TEM)、傅氏转换红外线光谱分析(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品的微观结构和形貌进行表征,利用电化学阻抗技术测试杂化后石墨烯电导性能,以RBK5为目标污染物进行硫掺杂石墨烯电催化性能研究。研究结果显示,经S掺杂后的石墨烯具有高于纯石墨烯的导电能力与催化活性,当退火温度为400℃且S∶C (质量比)=1.31时,得到的硫掺杂石墨烯(400℃-SG-1.31)在初始pH为3.0时对偶氮染料RBK5的降解效果最好。在初始浓度5mg/L,电流密度为20mA,初始pH为3.0条件下,反应20min即可达到99%的RBK5降解效率。

Fe3O4对厌氧处理系统的强化作用研究

投加Fe3O4能够在一定程度上强化有机物的厌氧降解过程,而进水有机负荷是影响厌氧系统处理效率的重要因素.本研究通过分阶段提升进水有机负荷,对比考察了Fe3O4的加入对UASB厌氧反应器运行效能及污泥性质的影响.结果表明,当有机负荷低于3.2 kg·m^-3·d^-1时,两反应器内有机物厌氧水解效率并无显著性差别.而当有机负荷提升至6.4、12.8、25.6 kg·m^-3·d^-1时,Fe3O4对有机物厌氧水解效率表现出一定的促进效果,且有机负荷越高,Fe3O4对厌氧水解的促进效果越显著.与此同时,Fe3O4对厌氧产甲烷过程也表现出明显的促进作用,在有机负荷分别为1.6、3.2、6.4、12.8、25.6 kg·m^-3·d^-1时,添加Fe3O4的反应器中平均甲烷产率分别为对照组的3.55、2.37、1.26、1.16和1.06倍.这一现象表明Fe3O4对产甲烷过程的促进效果与有机负荷密切相关,且有机负荷越低,Fe3O4对厌氧产甲烷效率的增强作用越明显.此外,本研究还分析了运行过程中污泥粒径和胞外聚合物的变化,发现Fe3O4的加入可以有效促进厌氧污泥颗粒化进程.

N原子杂化石墨烯高效活化过一硫酸盐降解RBk5染料废水

过硫酸盐高级氧化技术使用过程中,活化剂的大量流失与其环境二次危害是影响该技术应用的主要限制因素.针对这一问题本研究采用改进的Hummers法结合水热法制备环境友好型的N原子掺杂石墨烯作为催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)降解活性黑5(RBk5)染料.利用傅立叶红外光谱,X-射线光电子能谱,拉曼光谱和透射电子显微镜对N原子掺杂石墨烯进行表征.对催化剂催化性能进行研究,考察了初始p H、催化剂投加量和PMS投加量等因素对降解过程的影响.结果表明,N元素掺杂能够有效提升石墨烯材料的PMS催化活性,且活性受N掺杂比例影响较大;废水的初始p H对降解效率无明显影响.催化剂投加量为1.5 g·L^-1,PMS投加量为0.3 g·L^-1的条件下,反应25min后RBk5染料废水的降解率可达到99%以上,反应过程符合一级反应动力学.自由基猝灭实验显示,N掺杂石墨烯/PMS体系降解RBk5为表面反应,SO4-·和·OH为降解RBk5的主要自由基.循环实验证明催化剂稳定性能良好.

非自由基主导的FeMn纳米颗粒活化过一硫酸盐降解有机污染物

采用水热-煅烧两步法成功合成了具有高催化活性和稳定性的介孔铁锰纳米颗粒(FMNPs).通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面及孔径分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射仪(XRD)等表征分析了FMNPs的形貌和结构等理化性质.合成的催化剂具有丰富的介孔和较大的比表面积,有利于污染物的催化降解.为了评估催化剂的可重复使用性、稳定性和适应性,研究不同反应条件下活性黑5(RBK5)的降解效率.在初始pH值为7、过一硫酸盐(PMS)浓度为2mmol/L、催化剂用量为0.2g/L的最佳条件下,10mg/L RBK5在60min内的去除率可达96.74%.从反应机理来看,电子顺磁共振(EPR)、淬灭实验和计时电流(i-t)曲线显示非自由基途径(1 O_(2)、介导的电子转移)在降解体系中占据主导地位.X射线光电子能谱(XPS)分析表明,Fe和Mn的协同作用促进了Fe3+/Fe2+与Mn2+/Mn3+的氧化还原循环,加速了电子向PMS的转移,从而提高了FMNPs活化PMS的效率.

硫掺杂石墨烯作为MFC阴极性能和生物毒性检测

采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.3%,这表明S原子的掺杂能够有效提高rGO的ORR活性。将S-rGO与活性炭(AC)、炭黑(CB)以0.1∶0.25∶1的质量比混合作为微生物燃料电池阴极催化剂。结果表明,S-rGO催化的微生物燃料电池反应器每个周期可持续27h,输出电压为0.33V,而rGO催化的反应器每个周期可持续24h,输出电压为0.30V;CB催化的反应器每个周期可持续23h,输出电压为0.26V。以苯扎氯铵(BAC)为生物毒性物质,探讨了S-rGO修饰的微生物燃料电池作为毒性传感器的相关性能,根据电压与BAC浓度的线性拟合结果,发现S-rGO具有更高的毒性检测灵敏度和稳定性(相关系数为0.996),而传统的Pt/C阴极催化剂的相关系数为0.932,表明S-rGO在毒性检测领域具有巨大的应用潜力。

高晶度Mn-Fe LDH催化剂活化过一硫酸盐降解偶氮染料RBK5

采用改进的共沉淀结合水热法制备高晶度锰铁层状双金属氢氧化物作为催化剂,用于高效活化过一硫酸盐(PMS)降解活性黑5(RBK5).通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)对材料进行表征,证明成功合成了结晶度高、层状结构突出的Mn-Fe LDH.同时探究了锰铁量比,催化剂投加量,PMS浓度和初始pH值等因素对RBK5的吸附效果、催化降解及反应动力学的影响.结果表明,高晶度Mn-Fe LDH催化剂具有良好的吸附能力和高效的催化效率,在n(Mn)/n(Fe)比为1∶1,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PMS浓度为1 mmol·L^-1,初始pH为7时,RBK5(20 mg·L^-1)在90 min内降解率可达86%,整个反应过程符合拟一级动力学(R2>0.9).自由基猝灭实验表明,Mn-Fe LDH/PMS体系降解RBK5为SO-4·和·OH两种活性自由基共同作用的结果.反应前后催化剂的XPS分析表明Mn和Fe存在协同作用,Mn-Fe LDH的Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)与层间的CO2-3电荷平衡,使其层状结构稳定,从而促进了层状表面Mn和Fe的协同作用,提高了Mn-Fe LDH对PMS的活化效率.三维荧光光谱(3D-EEM)和UV-Vis扫描光谱分析初步探讨了RBK5的降解过程.

闽南地区低温下复合填料强化生物滤柱除臭及微生物分析

通过搭建复合填料-生物滤柱反应装置,在厦门冬季低温环境下开展复合填料(蜂窝煤渣、活性炭、蜂窝沸石和陶粒)强化生物滤柱除臭研究,分析了除臭微生物群落组成特性。复合填料-生物滤柱装置在启动运行15 d时其COD去除率达到85%以上且保持稳定,对H_(2)S和NH_(3)的最大去除率可分别达到91.77%和82.53%,表明挂膜成功。菌群分析结果表明:以H_(2)S、NH_(3)等臭气喷淋液为基质的生物滤柱驯化挂膜过程会降低微生物的丰度和多样性;菌属Thiothrix、Ferruginibacter、Burkholderiaceae、Tahibacter、Dinghuibacter、Cloacibacterium和Kosakonia是除臭过程的优势功能微生物和臭气成分降解的贡献者。本研究阐明了复合填料生物膜内功能菌属对H_(2)S、NH_(3)等臭气喷淋液有机质的生物降解/转化机制,并进行了物料平衡分析;复合填料-生物滤柱装置对H_(2)S与NH_(3)的平均去除率分别达到90.77%和72.53%,具有良好的生物除臭效果与运行稳定性。本研究可为南方低温季节的污水臭气治理提供技术参考和理论支撑。