纳米零价铁对钨离子的吸附相平衡和动力学

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),并用PXRD、TEM、BET和XPS等表征手段对材料进行表征。探讨了初始钨(Ⅵ)浓度、纳米零价铁用量和初始pH值对纳米零价铁吸附钨(Ⅵ)性能的影响,测定了纳米零价铁对钨(Ⅵ)的吸附等温线和吸附动力学曲线。研究结果表明,制备的纳米零价铁具有典型的核-壳结构,其粒径在10~30nm之间,BET比表面积为53m~2/g。纳米零价铁对钨(Ⅵ)的回收率随着初始钨(Ⅵ)浓度和初始pH值的增大而减小。在25℃条件下,纳米零价铁对钨(Ⅵ)的平衡吸附容量为172.82mg/g。Langmuir等温线方程可以很好地拟合纳米零价铁对钨(Ⅵ)的吸附等温线,且纳米零价铁对钨(Ⅵ)吸附动力学曲线符合准二级动力学模型。     

纳米零价铁改性及其应用研究进展

纳米零价铁(nZVI)因其具有较好的吸附效果和还原性而被广泛用于环境污染物去除。然而，纳米零价铁易团聚、易氧化、易失活的问题使其在去除环境污染物方面效率降低。因此，有关纳米零价铁改性以增强其对环境污染物去除效率的研究已成为研究热点。围绕近几年国内外文献对纳米零价铁改性及其在环境中应用的研究结果，详细介绍了纳米零价铁常用的改性方法及其对环境污染物(如卤代有机物、重金属、硝酸盐)的去除效果和作用机理。同时指出纳米零价铁在改性和应用中尚需解决的问题和未来发展方向。     

三元水滑石负载的硫化纳米零价铁对铀的高效去除与机理研究

纳米零价铁材料(NZVI)被广泛用于环境中放射性核素U(VI)的去除, 但是单纯的NZVI存在稳定性差、去除效果差等不足。本研究结合表面钝化技术与负载技术制备得到Ca-Mg-Al水滑石负载的硫化纳米零价铁材料(CMAL-SNZVI), 并将其用于U(VI)的高效去除。结合宏观试验与光谱分析表征得到的结果表明, CMAL-SNZVI材料具有出色的理化性质与较高的活性, 对水溶液中U(VI)的去除具有优良的效果, 在2 h内可以达到反应平衡, 且最大吸附量可达175.7 mg·g ^-1。CMAL-SNZVI对U(VI)的去除主要是由吸附过程与氧化还原反应相结合的方式: 吸附过程中U(VI)与材料中的CMAL基底、SNZVI的表层通过内层表面络合作用结合; 还原过程中材料的NZVI内核将U(VI)还原成低毒难溶的U(IV)后去除。CMAL-SNZVI可为NZVI材料的改性方法提供新的研究方向, 同时, CMAL-SNZVI在污染物去除方面表现优异, 可以作为出色的环境修复材料。     

膨润土负载纳米零价铁去除废水中Cr(Ⅵ)的动力学特性研究

利用液相还原法制备膨润土负载纳米零价铁(B-nZVI)并将其应用于含Cr(Ⅵ)废水的处理,研究了B-nZVI投加量、反应时间和溶液初始pH等3个因素对Cr(Ⅵ)处理效果的影响,探讨了B-nZVI对不同初始浓度的含Cr(Ⅵ)废水的降解动力学规律,通过扫描电镜和X射线衍射仪对反应前后的B-nZVI进行形貌分析。结果表明:膨润土能有效提高纳米零价铁(nZVI)的分散性并阻止其氧化。三因素对Cr(Ⅵ)去除率影响均达到显著水平(p0.05),其中投加量的影响达到极显著水平(p0.01);其显著性大小依次为:投加量溶液初始pH反应时间。在投加量为2.0g/L、反应40min、溶液初始pH=6的最佳工艺条件下,初始浓度为20mg/L的含Cr(Ⅵ)废水中Cr(Ⅵ)去除率可达99.15%。B-nZVI去除Cr(Ⅵ)的反应在不同Cr(Ⅵ)初始浓度下均能较好地符合准一级动力学模型,且可用L-H动力学模型描述;B-nZVI对Cr(Ⅵ)去除是吸附和还原共同作用的结果,且nZVI对Cr(Ⅵ)的还原作用是其去除的主要作用机制。     

污泥基生物炭负载纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的性能与机制

针对电镀、冶金、印染等行业产生的含铬废水所导致的环境污染难题,以城市污泥热解获得的污泥基生物炭(SB)为载体,制备了污泥基生物炭负载纳米零价铁(nZVI-SB)材料用于去除水中的Cr(Ⅵ),探究了铁炭质量比、初始pH值、投加量、温度等因素对去除Cr(Ⅵ)的影响。通过SEM-EDS、XRD和XPS等手段对n ZVI-SB去除Cr(Ⅵ)的机制进行分析。结果表明：n ZVI-SB对Cr(Ⅵ)废水具有较好的去除能力。在投加量0.5 g/L、初始pH=2、温度40℃条件下,Fe与SB质量比为1∶1的nZVI-SB(1∶1)对Cr(Ⅵ)吸附量最大为150.60 mg/g。Cr(Ⅵ)去除过程可通过Langmuir吸附等温式与准二级动力学方程进行拟合。nZVI-SB对Cr(Ⅵ)去除机制主要包括吸附、还原和共沉淀。本文表明污泥基生物炭与纳米零价铁可以协同发挥除Cr(Ⅵ)作用。     

纳米零价铁基材料去除水中硝酸盐污染的研究进展

地下水和地表水中的硝酸盐污染成为一个日益严重的环境问题,通过经济有效的办法对硝酸盐污染进行控制或处理,甚至实现完全无害化,是非常必要且迫切的。纳米零价铁作为一种典型的工程纳米材料,在硝酸盐污染环境修复中有巨大的应用潜力。以纳米零价铁技术在硝酸根还原中的应用发展作为依据,该领域当前主要的研究工作集中于:(1)通过对纳米零价铁颗粒合成方法的探索和改进,提高其对高浓度硝酸盐废水的耐冲击能力,或与其他修复处理技术联用,增强其在原位修复中的适用性等;(2)研究环境条件(包括反应温度、溶解氧浓度、溶液初始pH,以及环境中其他竞争离子等)对纳米零价铁还原硝酸盐的影响规律,为该技术的工业推广提供理论支撑。然而,总结这些研究工作后发现该技术在向实用化进程中仍存在一些难点问题,尤其是零价铁技术使用寿命较短,硝酸根在体系内传质和吸附受限,产物(氮气)选择性低等。为此,在纳米零价铁材料的基础上,通过对其进行功能化改性,进而合成纳米铁基复合材料,作为更先进的技术替代。本文从负载型、双金属型、表面改性型几个方面对纳米铁基复合材料进行了归纳整理,重点阐述了不同复合体系在水中硝酸盐污染去除中展示出的优异于纯纳米零价铁...     

壳聚糖负载纳米零价铁对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

采用液相还原法制备纳米零价铁,使用质量分数为1％的壳聚糖对纳米零价铁进行改性,制备壳聚糖负载纳米零价铁吸附剂.考察pH、温度、吸附剂用量、吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响.再进行正交试验,探究吸附剂对Cr(Ⅵ)的最佳吸附条件.使用X射线衍射仪、扫描电镜、红外光谱对吸附剂进行表征.结果 表明:吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件是...     

纳米零价铁液相还原制备及其对水中Pb~(2+)的去除作用

为研究液相还原法制备的纳米零价铁去除Pb~(2+)的机理,在液相还原法的基础上加入有机高分子材料,制备纳米零价铁;利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行表征;研究不同时间时离子初始浓度和溶液初始p H值对纳米零价铁去除Pb~(2+)的影响。结果表明:纳米零价铁对Pb~(2+)的去除在120 min内基本达到平衡,当Pb~(2+)初始浓度为50、100 mg/L、纳米零价铁添加量为1 g/L时,Pb~(2+)去除率达99%以上;p H值从2.0增大至3.0时,Pb~(2+)的去除率从41.47%增大至73.58%;p H值从3.0增大至4.0时,Pb~(2+)去除率从73.58%增大至92.62%;动力学拟合结果表明,纳米零价铁去除Pb~(2+)的过程符合准二级动力学模型;纳米零价铁去除Pb~(2+)的机制主要是氧化还原和共沉淀。     

1铬（Ⅵ）污染水处理技术研究进展

随着印染、制药等行业的飞速发展，受铬（Ⅵ）污染水的危害逐渐显现出来，本文主要介绍了零价铁氧化还原法、活性炭吸附法对水中铬（Ⅵ）去除技术的研究进展，并展望了铬污染水处理技术的发展趋势。     

纳米零价铁优化体系及其在环境中的应用研究进展

零价铁材料作为近年来受到广泛关注和研究的环境原位修复介质,主要得益于自身的一些优势:(1)原料价廉易得,铁在自然界中广泛存在,含量占地壳元素的4.75%,丰富的储存量有利于降低其使用成本;(2)铁化学性质活泼,还原电势高,能与多种污染物发生反应,将其转化到无毒或低毒状态;(3)铁是一种环境友好的修复介质,不易造成二次污染等问题。此外,铁材料还具有较强的磁性,有利于分离回收。然而普通的零价铁颗粒比表面积相对较小,在一定程度上会影响零价铁的使用效果,尤其是去除速率较慢,同时较大的尺寸也使得零价铁材料不适用于土壤修复等对材料渗透性有一定要求的应用环境。为解决这一问题,纳米零价铁材料成为研究热点,其极大的比表面积可使材料反应速率提高到普通铁粉的10～100倍,反应活性极佳,且其颗粒粒径小、渗透性和流动性强,可通过注射的方式进入到地下污染体系中,能实现对土壤和地下水的污染修复,在各种污染环境的原位修复中有着广阔的应用前景。纳米零价铁的制备方法较多,主要可分为物理法(高能机械球磨法、物理气相冷凝法、溅射法和等离子体法等)和化学法(液相化学还原法、固相化学还原法、溶剂热法、气相化学反应法、电沉积法等)两大类。然而纳米零价铁材料性质过于活泼、表面能量高,且磁性较强又会导致其在使用中发生团聚、钝化等问题,严重降低电子效率,限制能效的充分发挥和使用寿命。为此,在纳米零价铁材料基础上进行优化改性是该领域的目前主要发展方向。本文将目前最常见的纳米零价铁优化体系归纳为三类:(1)纳米零价铁稳定化体系,又包括物理负载稳定化和表面化学改性稳定化两种;(2)纳米零价铁包埋体系,其中以生物材料固定化包埋最为常见;(3)纳米零价铁复合体系,例如铁/碳复合纳米材料、纳米双金属复合材料等。本文总结了各体系的特点和相应的制备技术,重点阐述了纳米零价铁优化体系在重金属、有机氯等污染环境中的最新应用进展,揭示了其修复机理和影响能效的因素。进一步提高纳米零价铁优化体系的使用效率、延长使用寿命、降低成本以及拓宽其应用领域,将是该领域未来的主要研究目标。     

微波法制备Cu_2O@ZIF-8及其对废水中U(Ⅵ)吸附性能

为提高氧化亚铜对废水中铀酰离子U(Ⅵ)的吸附性能,采用微波法将沸石咪唑锌(ZIF-8)附着在正八面体氧化亚铜(Cu_2O)基底材料上,获得氧化亚铜复合沸石咪唑锌(Cu_2O@ZIF-8)改性吸附剂,采用扫描电镜和X射线衍射图谱对改性材料进行表征,并依据U(Ⅵ)吸附实验前后的样品表征结果进行吸附机理分析。结果表明:运用微波法制备的Cu_2O@ZIF-8粒径约为3μm,形貌规整均匀,ZIF-8均匀地附着在正八面体Cu_2O上面;吸附U(Ⅵ)后的U-Cu_2O@ZIF-8为粒径约为200～800 nm的球形团聚颗粒; Cu_2O@ZIF-8吸附容量可达到115.5 mg/g,吸附速度较快,能在10 h内达到吸附饱和;环境中的金属干扰离子基本不影响Cu_2O@ZIF-8的吸附U(Ⅵ)性能; Cu_2O@ZIF-8对U(Ⅵ)的吸附过程包含物理吸附和化学吸附;溶液中U(Ⅵ)被ZIF-8吸附到表面后再转移到Cu_2O内核,并与Cu_2O发生还原反应生成U(Ⅳ),实现了对U(Ⅵ)的还原性去除。     

纳米铁颗粒及其复合材料的界面设计及环境修复应用

近年来, 纳米铁颗粒(纳米零价铁)因其优异的催化/还原性能, 并且价廉、环境友好, 已成为主要的环境修复材料之一。目前, 纳米铁颗粒主要用于水体修复, 如: 重金属离子去除、有机物污染物降解和无机阴离子催化还原等。纳米铁颗粒易团聚和结构单一等问题会导致其活性低、稳定性差和去除种类单一。为了克服上述问题, 迫切需要研究纳米铁颗粒的界面设计。本文重点阐述纳米铁颗粒及其复合材料的可控制备、界面设计、在重金属去除和硝酸根去除转化中的应用以及在环境修复中的未来发展方向。     

聚乙烯亚胺改性磁性酵母复合材料去除铀(Ⅵ)的性能

为了高效便捷地处理放射性废水,制备了聚乙烯亚胺(PEI)改性磁性酵母(MY)复合生物材料(MY@SiO_2-PEI),并将其用于铀(Ⅵ)的去除。采用SEM、FTIR、Zeta电位及XPS对材料进行表征,运用Visual MINTEQ模拟不同条件下U(Ⅵ)形态分布,通过研究不同溶液pH、温度、反应时间、离子强度,阴离子(CO_3~(2-)、PO_4~(3-))及不同U(Ⅵ)初始质量浓度等方面,考察不同因素对MY@SiO_2-PEI吸附U(Ⅵ)的性能影响,并对MY@SiO_2-PEI的循环利用能力进行研究。结果表明,MY@SiO_2-PEI对U(Ⅵ)的吸附表现出强pH依赖性,离子强度对吸附效果无显著干扰,说明反应主要受表面络合作用控制。FTIR、XPS及Zeta电位分析发现促使U(Ⅵ)吸附的主要因素是材料表面不同官能团(N=C、NH(NH_2)、C-N=C)与U(Ⅵ)的络合作用及静电吸引作用。MY@SiO_2-PEI最大吸附量可达173.99 mg/g,且吸附在20 min就可达到吸附平衡。准二级动力学和Langmuir等温方程能很好的拟合此吸附过程,且热力学表明吸附过程是自发吸热过程。MY@SiO_2-PEI材料的合成方法简便,去除效果好,再生性佳,是一种很有前途的环境污染治理中放射性核素的吸附剂。     

流变相法制备包裹型Starch/Fe~0及去除水中Cr(Ⅵ)的反应动力学研究

以水溶性淀粉(starch)为包裹剂,采用流变相反应法制备了包裹型纳米零价铁(Starch/Fe0)。并用XRD、SEM和TEM等手段对样品进行了表征。研究了样品投加量、pH值、初始Cr(Ⅵ)浓度及铜离子浓度对水溶液中Cr(Ⅵ)去除率的影响及反应动力学,探讨了包裹型Starch/Fe0去除Cr(Ⅵ)的反应机理。实验结果表明,包裹型Starch/Fe0投加量为0.6 g/L,pH值为5,初始Cr(Ⅵ)浓度为10 mg/L时,Cr(Ⅵ)的去除率可达100%。当反应体系中Cu2+和Cr(Ⅵ)共存时,Cu2+在反应中对Cr(Ⅵ)的去除有促进作用。包裹型Starch/Fe0对Cr(Ⅵ)的还原过程符合准一级反应动力学模型。     

黑茶还原制备绿色纳米铁及其对六价铬的去除性能

植物还原制备绿色纳米金属材料因环境友好、反应条件温和、可持续发展、可控等优势成为纳米材料合成领域的研究热点。利用黑茶还原制备绿色纳米铁颗粒(BT-FeNPs),采用UV-Vis、XRD、SEM、TEM、EDX、FT-IR等方法对BT-FeNPs进行表征,结果表明,制备的BT-FeNPs为无定形的球形颗粒,粒径20~30nm左右,纳米颗粒中的铁主要以铁氧化物、氢氧化物及Fe0形式存在,颗粒表面包裹—OH、—NH2、C=O、—CH2、—CH3、C=N、C—O—C等有机基团。并探讨BT-FeNPs对Cr(Ⅵ)的去除性能,在25℃,pH值=4.0,Cr(Ⅵ)初始浓度20 mg/L,反应时间90 min条件下,Cr(Ⅵ)去除率达到96.3%。BT-FeNPs对Cr(Ⅵ)的去除效果及抗氧化性均优于化学法制备的NaBH4-FeNPs。BT-FeNPs对Cr(Ⅵ)的去除主要发生在颗粒表面,去除机理为还原、吸附、络合共同作用,且其表面的有机基团能促进Cr(Ⅵ)的去除及增强BTFeNPs的抗氧化性。     

红背桂叶提取液合成纳米铁及对U(Ⅵ)的去除研究

采用红背桂叶提取液,制备纳米铁(EL-FeNPs),用于去除水体中的铀离子[U(Ⅵ)],并对绿色合成的EL-FeNPs去除U(Ⅵ)反应前后的微观结构进行表征和分析,观察其反应前后的形态结构。考察了EL-FeNPs的投加量、pH、U(Ⅵ)溶液的初始浓度、反应温度及反应时间等因素对EL-FeNPs去除U(Ⅵ)的影响。研究结果表明:EL-FeNPs呈球状,且均匀分布,其粒径25～45nm。在30℃,pH=6,EL-FeNPs用量5g/L,U(Ⅵ)初始浓度10mg/L,反应时间100min条件下,EL-FeNPs对U(Ⅵ)的去除率为89.64%。     

硫掺杂氮化碳微球的制备及其光催化还原性能

以含硫单体三聚硫氰酸为合成原料之一,低温溶剂热法合成硫掺杂氮化碳材料(CNS)。利用XRD、FT-IR、SEM、XPS等技术对催化剂进行了表征。通过对Cr(Ⅵ)的还原去除和光解水制氢性能测试,研究了CNS的光催化还原性能。结果表明,硫元素主要取代氮化碳分子中晶格氮形成C—S键。随着聚合反应时间的延长,所得产物中硫含量升高。催化剂具有显著的可见光吸收,随着聚合时间的延长,吸收带边红移,可扩展至约700nm。与直接煅烧法制备的氮化碳相比,在可见光照下,CNS对Cr(Ⅵ)具有显著增强的还原去除性。同时,CNS催化剂具有明显的光解水制氢性能。机理分析表明,光生电子和·O2-是CNS光催化还原Cr(Ⅵ)的主要活性物种。     

纳米零价铁的改性及其应用研究进展

铁化学性质活泼,来源丰富,尤其纳米零价铁材料以其尺度小、表面效应大、吸附能力强等特点,近年来在重金属废水处理和土壤修复方面显示出了众多的优势,被看作一种有着广阔应用前景的新材料。但纳米零价铁因其易氧化、易团聚的特点,在实际应用中受到一定限制,因此一般利用表面修饰法对无机纳米颗粒的表面进行改性处理,通过改变颗粒表面物理化学性质,如表面能、组成、结构、官能团、光性、电性及吸附性能等,达到颗粒均匀稳定分散于体系中的目的。综述了目前纳米零价铁的改性研究进展,包括改性材料种类、改性方法、改性效果等,同时对改性纳米铁材料在应用中存在的问题和研究方向提出了建议。     

PBTCA及TH-904改性纳米零价铁材料的制备及表征

为改善纳米粉体的分散性,使其在高表面能态下稳定存在,以NaBH4液相还原Fe3+制备纳米级零价铁颗粒。对比采用不加入改性剂、加入改性剂2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)和改性剂TH-904,分别制备普通纳米级零价铁N-Fe0、改性纳米零价铁P-Fe0及T-Fe0。并对改性前后纳米零价铁进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)及能谱(EDS)分析测试。结果表明,制备的N-Fe0、P-Fe0及T-Fe0颗粒平均粒径分别为125nm、73nm和64nm。改性后,由于颗粒粒径减小,引起产品部分氧化,但颗粒得到有效分散。FTIR测试表明,改性后产物中分别出现二种改性剂有效基团,表明改性剂对纳米零价铁有效分散起到了积极作用,并对该作用进行了分析。     

碳材料促进硝基/卤素取代类有机污染物还原降解的研究进展

碳材料,包括纳米碳(石墨烯、碳纳米管等)和无定形碳(活性炭、生物炭和黑炭等),因其比表面积大、表面性质各异、导电储电性能优异,已被广泛应用于化工、能源、环保等领域。在环境应用中碳材料主要被用作吸附剂,但近十年来,碳材料作为电子传递介质与环境中多种电子供体(硫化物、产电微生物等)和电子受体(有机污染物、≡Fe~(III)等)的相互作用逐渐成为环境领域的研究热点。研究碳材料的电子传递过程和控制机理,对于理解和开发其在环境过程和环境修复中的作用意义重大。现有的相关研究主要集中在碳材料促进硫还原和微生物还原系统中硝基芳香类(NACs)和卤代烃类(R-X)污染物的还原降解,然而,碳材料的作用机理受电子供体种类、污染物性质和碳材料表面特征等因素影响,其发生机理各不相同,目前已被广泛认知的机制主要有以下三种:(1)碳材料表面官能团(如醌类)作为氧化还原媒介,提高电子传递效率;(2)碳材料的石墨化结构和表面缺陷位的导电作用,能够高效传导电子;(3)在硫化物还原体系中,吸附态S2-在碳表面形成的中间体作为还原活性位点,加速污染物的还原。此外,碳材料比表面积、孔隙度和表面电性的差异,有机污染物自身结构性质的差异,含碳体系(生物、非生物)的差异等因素也会直接或间接地影响碳材料对有机污染物催化还原降解的主控机理。由于碳材料自身结构和表面性质的复杂性,现有研究对该类过程的机理认知还不完整。本文系统地梳理了国内外有关碳材料介导NACs和R-X类有机污染物还原降解过程的作用机理,列举了依据现有的机理认知来提高碳材料性能的改性技术及其应用。对纳米碳材料而言,表面修饰和表面掺杂等通常能提高其传质效率和能量利用效率;对于多孔碳材料而言,化学活化(H3PO4或ZnCl2)和热处理等手段能增大碳材料比表面积,提高其导电性和电子储存能力,从而加强碳材料对NACs和R-X的催化降解效果,为应用碳材料修复地下水环境污染提供理论依据。碳材料促进有机污染物转化的现实意义在于:一方面,自然界中存在多种碳的形态,将直接或间接影响环境中有机物的迁移转化和元素循环;另一方面,碳材料具有环境友好性,其对有机污染物的催化降解作用在环境修复中具有巨大的应用潜力。碳材料也有望在今后的环境功能材料方面发挥更大的作用,为地下水中NACs和R-X的去除提供新的理论指导。