阴离子对As(Ⅲ)在砖红壤与TiO2混合体系中的光催化氧化/吸附的影响

以磷酸根和硫酸根为例,采用一次平衡法研究了无机阴离子对As(Ⅲ)在砖红壤中光催化氧化和吸附的影响.实验结果表明,磷酸根和硫酸根的加入均降低了As(Ⅲ)在土壤中的氧化和吸附,磷酸根的影响程度大于硫酸根,而且两者的影响机理不同.磷酸根主要通过表面吸附机制即强烈地吸附在催化剂表面导致催化剂活性降低,以及与氧化产物As(V)竞争土壤颗粒表面吸附位来影响反应活性;而硫酸根则是在光催化氧化过程中通过捕获光生空穴(h+)和羟基自由基(OH.)生成光催化效率较低的SO4-.,从而影响As(Ⅲ)的光催化氧化效率.     

纳米TiO2协助下As（Ⅲ）在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将A8(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO2的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO2的加入量为1.0 g·L-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO2体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al2O3也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO₂协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO₂的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO₂的加入量为1.0 g·L^-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO₂体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al₂O₃也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

铁锰原位氧化产物吸附微量磷的实验

采用小试生物滤池,分别考察了铁和锰离子原位过滤氧化产物吸附去除水中微量磷酸根的特性,并结合SEM/EDS/BET/Zeta电位等分析手段解析了二者对磷酸根的吸附机制.结果表明,铁或锰离子在滤层内氧化的同时,其氧化产物均对磷酸根具有吸附作用;进水铁或锰的去除量与磷酸根的吸附量呈正相关线性关系,其吸附关系分别为106.28μg·mg-1和77.98μg·mg-1.SEM/EDS/BET的分析结果表明,富铁氧化物和富锰氧化物的比表面积分别为96 m2·g-1和67 m2·g-1,前者主要以小颗粒形态在滤层空隙间积累,而后者则以层状或片状形式披覆于滤料表面;反冲洗过程不影响锰氧化过程对磷酸根的吸附,而对铁氧化除磷过程具有促进作用.Zeta等电点和阴离子竞争吸附结果表明,富铁和富锰氧化物吸附磷酸根后,Zeta等电点p H均降低,二者对磷酸根的吸附过程以内层配合吸附作用为主,且氯离子、硫酸根、硝酸根离子对磷酸根的竞争吸附作用影响较弱,属于特异性吸附.     

磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

铁锰复合氧化物的制备及其吸附除砷性能

采用共沉淀法制备了新型铁锰复合氧化物吸附剂,并对其表面特性及除砷性能进行了初步研究.ξ电位测试表明,铁锰复合氧化物pHzpc在6.0附近,SEM/EDX表征证明吸附剂表面Fe和Mn的相对摩尔比为3∶1;铁锰复合氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均表现出很强的吸附能力,并且吸附速度快,在60min内即可达到平衡吸附容量的80%;该吸附剂在天然水环境pH范围内均有良好吸附除砷能力,磷酸根、硅酸根、碳酸根等阴离子对除砷效果有不同程度的影响,其余共存阴、阳离子及天然有机物在中性水环境中对除砷效果影响不大;采用Langmuir吸附等温线能较好地描述铁锰复合氧化物吸附As(Ⅴ)的过程(R2=0.997),而Freundlich方程能较好地拟合As(Ⅲ)的吸附过程(R2=0.989),对As(Ⅴ)与As(Ⅲ)的饱和吸附容量分别达到227mg·g-1和312 mg·g-1.     

F-对弱吸附间苯二酚光催化降解效率的提升:游离·OH的作用

传统的光催化降解机制认为是光激发产生的氧化活性物质优先对吸附在催化剂表面的污染物分子进行降解,因此,弱吸附性有机物难以接触到光催化剂并发生降解.为探究提升弱吸附有机物光催化降解的机理,本文构建了一个高暴露{001}晶面TiO_2({001}-TiO_2)降解弱吸附间苯二酚(RE)的光催化体系.实验结果表明,所制备的{001}-TiO_2具有强亲水性,并能提供大量的F~-吸附位点.RE在{001}-TiO_2表面的吸附能力很弱,并且光催化降解效果很差.F~-的加入可使RE的光催化降解速率提升近3倍.通过自由基猝灭实验发现,RE的降解主要取决于溶液中游离羟基自由基(·OH)的作用,由于F~-能与{001}-TiO_2亲水表面的羟基及·OH形成强烈的竞争吸附,从而使·OH游离到溶液中氧化降解RE.EPR测试进一步证实了F~-不仅可以促使TiO_2产生更多的游离·OH,同时也能激发产生更多超氧自由基(·O~-_2),推测·O~-_2主要由有效分离的光生电子与O_2或·OH反应生成.综上,本研究明确了游离·OH对弱吸附RE的光催化降解效率起决定作用,F~-促使游离自由基产生的机制可为弱吸附有机污染物的降解提供新思路.     

Fe@GOCS的制备及其对水中As(Ⅲ)的吸附

基于自组装原理混合了氧化石墨烯、壳聚糖和FeCl_3·6H_2O,并使用NaOH溶液固定,戊二醛-甲醇溶液交联后得到了不同载铁量的载铁氧化石墨烯壳聚糖(Fe@GOCS)球形材料,采用静态吸附实验研究其对水溶液中As(Ⅲ)的吸附去除及机制.结果表明,吸附剂负载的铁以α-FeO(OH)形态为主,对As(Ⅲ)的吸附容量随pH的降低呈上升趋势,实验最佳pH值为3.在温度298.15、 308.15和318.15 K且pH值为3条件下,As(Ⅲ)的吸附反应在45 h左右达到平衡,吸附剂最佳投加量为1.0 g·L~(-1),最大吸附容量可达289.4mg·g~(-1). 5次吸附-解吸附后,吸附容量未下降,反而呈上升趋势.热力学结果显示:ΔG~θ0、ΔS~θ0和ΔH~θ0,表明Fe@GOCS对As(Ⅲ)的吸附过程是吸热和熵增的自发反应,升温利于吸附;吸附过程符合伪二级动力学方程,Freundlich和Sips等温吸附模型能更好地描述对As(Ⅲ)的吸附行为.结合材料表征测试结果,认为离子交换和表面络合是Fe@GOCS去除As(Ⅲ)的主要机制.     

不同氧化锰矿物与砷的交互作用

利用从土壤铁锰结核中分离筛选得到的1株锰氧化细菌(芽孢杆菌,Bacillus sp.)GY16合成生物氧化锰,与化学合成的水钠锰矿进行比较,研究了不同氧化锰对As的氧化吸附特征.结果表明,生物氧化锰和化学氧化锰对As(Ⅲ)均有强烈的氧化作用,化学氧化锰对As(Ⅲ)的氧化速率要高于生物氧化锰,而单位物质的量的生物氧化锰对As(Ⅲ)的氧化量可达化学氧化锰的5倍,并且对As(Ⅴ)有非常明显的吸附作用,而化学氧化锰对As(Ⅴ)的吸附量则非常少.此外,随着生物氧化锰与As(Ⅲ)/As(Ⅴ)反应的进行,生物氧化锰对As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的氧化吸附速率均逐渐降低.随着pH的增加,生物氧化锰对As(Ⅲ)的氧化量及As(Ⅴ)的吸附量均呈现出明显的下降趋势,但是化学氧化锰对As(Ⅴ)的吸附量却有微弱的增加.研究结果可为生物氧化锰应用于环境修复提供可靠的技术支撑.     

三水铝石(γ-Al(OH)3)和α-Al2O3表面酸碱性质与磷酸根吸附研究

采用批量实验法,对2种不同晶体结构铝氧化物(γ-Al(OH)3和α-Al2O3)表面上磷酸根的吸附进行了比较研究.吸附等温线实验在pH=4和pH=6的KNO3溶液(0.0l mol·L-1)中进行,并使用Langmuir等温方程进行定量描述.由吸附等温线可以发现,α-Al2O3表现出更大的吸附容量和吸附密度.且在pH 3.5～4.0范围内,表面对磷酸根的吸附达到最大值.为了更好的理解表面性质对磷酸根吸附的影响,使用X射线衍射、N2吸附比表面积分析、电镜观察和表面酸碱滴定技术对表面结构和性质进行了表征.结合表面信息和吸附结果可以发现,单位质量吸附剂上的吸附量大小与比表面积有关,而吸附密度与铝氧化合物表面对磷酸根的吸附反应活性有关.     

新型铁铜锰复合氧化物颗粒吸附剂As(Ⅲ)吸附行为与机制研究

以壳聚糖为黏合剂,采用包覆法制备了一种新型除砷吸附剂——颗粒状铁铜锰复合氧化物(GFCM). GFCM吸附剂为不完全球状,直径0.7～1.0 mm,可以有效地将As(Ⅲ)氧化成As(V),并对形成的As(V)具有良好的吸附效果. GFCM对As(Ⅲ)的最大吸附容量(pH 7.0)为56.5 mg·g~(-1),显著优于目前已报道的多数颗粒状除砷吸附剂.溶液pH在5.0～9.0范围内, GFCM对As(Ⅲ)均有较好的吸附效果,离子强度则对砷吸附效果影响较小.共存阴离子对As(Ⅲ)吸附具有抑制作用,影响的大小顺序为:PO■ SiO■ CO■ Cl~- SO■.吸附As(Ⅲ)后的GFCM可用NaOH溶液进行有效脱附再生,可重复使用.在As(Ⅲ)的去除过程中,吸附剂中锰氧化物的主要作用是氧化As(Ⅲ),铁氧化物与铜氧化物的主要作用是吸附As(Ⅲ)与氧化形成的As(V),且铜氧化物有助于增强GFCM的砷吸附性能.     

腐殖酸影响酸性水体中As(Ⅲ)光氧化的研究

为了考察紫外光(λ_(max)=365 nm)照射下三价砷(As(Ⅲ))在含有腐殖酸的水体中光氧化过程,该文研究了初始pH、HA浓度、外加铁离子以及不同分子量范围的HA组分等环境因子对As(Ⅲ)光氧化的影响。利用ESR检测和自由基猝灭实验以及不同气氛实验,量化不同活性物种对As(Ⅲ)光氧化的贡献率。结果表明,pH值对As(Ⅲ)在HA体系中的光氧化影响极大,低pH有利于As(Ⅲ)的光氧化。当pH为2.6,As(Ⅲ)浓度为100.0μg/L时,HA的最佳投加量为10.0 mg/L。Fe(Ⅲ)-HA络合物表现出低光活性,外加低浓度铁离子抑制As(Ⅲ)的光氧化,高浓度则促进As(Ⅲ)的光氧化。不同分子量范围的HA组分对As(Ⅲ)的光氧化贡献不同。As(Ⅲ)的形态转化是由于三重态腐殖酸(~3HA~*)的直接作用以及羟基自由基(HO·)直接氧化共同作用的结果。其中85%的As(Ⅲ)氧化是HO·直接氧化导致,HO·主要来自HO_2·/O_2·~-;剩余15%依赖于~3HA~*对As(Ⅲ)的直接氧化。研究结果有助于了解As(Ⅲ)在含有溶解性有机质的酸性水体中光化学转化行为。     

砷(Ⅲ)离子印迹聚合物的制备及吸附性能研究

以磁性氧化石墨烯为载体,砷离子(As(Ⅲ))为模板离子,3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)为功能单体,正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂合成了As(Ⅲ)离子印迹磁性氧化石墨烯纳米材料(MGO-IIP),并使用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计对合成材料进行了表征.同时,考察了MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附特性.结果表明:318 K下MGO-IIP对As(Ⅲ)的最大吸附量为148.1 mg·g~(-1),仅20 min即可达到吸附平衡,印迹因子为2.35;吸附过程服从Langmuir模型和准二级动力学模型,说明是自发的吸热过程;在其他干扰离子存在的情况下,MGO-IIP对As(Ⅲ)仍然具有良好的吸附效果,且能够重复使用4次,在含砷废水处理中具有应用价值.MGO-IIP材料对As(Ⅲ)的吸附机制为表面络合作用及物理吸附.     

施用牛粪对As污染稻田水稻As吸收的影响

为探究牛粪施肥对污染稻田水稻As吸收的影响,采用盆栽培养试验研究了施加牛粪对土壤Fe和As的活性、水稻根表铁膜形成及籽粒As含量的影响。实验所用受高As矿山废水污染土壤(As:92. 3 mg/kg)施加10%～30%的牛粪,土壤溶解性有机碳含量增加8. 41～24. 5 mg/kg,土壤孔隙水pH提高0. 14～0. 59,土壤氧化还原电位降低93. 5～174 m V,与背景土(As:18. 1 mg/kg)变化趋势相同;施用牛粪还会活化土壤中的Fe和As,污染土壤Fe(II)、AO-Fe和HCl-As含量分别增加13. 5%～149%、35. 9%～90. 9%和70. 1%～181%,分别为背景土壤的0. 86～1. 66倍、1. 17～2. 15倍、4. 29～8. 91倍;施加牛粪能促进根表铁膜的形成,拔节期污染土壤和背景土壤水稻根表Fe分别是其对照的1. 56～1. 96倍和2. 09～3. 07倍,根表吸附As含量是其对照的3. 04～5. 18、3. 82～4. 08倍,根表附着Fe随牛粪的增加先增加后降低,至成熟期污染土壤水稻根表吸附Fe和As分别是背景土壤的1. 35～2. 91和8. 45～16. 6倍,根表As和Fe的物质量比为污染区(3. 49×10~(-3)～3. 55×10~(-3))背景区(4. 41×10~(-4)～6. 17×10~(-4));背景土壤施加牛粪后水稻籽粒As含量降低,最大降低36. 4%,而污染土壤水稻籽粒As含量增加,最大增加127%。牛粪对土壤As、Fe的活性及根表铁膜的形成都具有重要影响,会提高污染稻田籽粒中As的含量,含As矿山废水污染稻田应当谨慎施用牛粪。     

可控合成La（OH）3纳米球光催化去除NO及其催化性能机制研究

以KOH和La(NO3)3·6H2O为前驱体,柠檬酸为保护剂,采用一步水热法合成三维La(OH)3纳米球光催化剂.通过XRD、SEM、PL和UV-vis DRS等对样品进行结构表征.结果表明,柠檬酸的加入量对La(OH)3的形貌均匀性和催化活性均有较大影响.柠檬酸和La(NO3)3·6H2O的物质的量的比为2∶1时,得到的样品为形貌均匀的纳米球,光催化活性最佳且稳定性好.这是因为三维的纳米球结构更容易促进光生载流子的分离;此外,形貌均匀无团聚,增加了催化剂表面的活性位点,使反应过程中反应物和中间产物迅速扩散,从而光催化活性最高.在光催化过程中,羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O-2)是最主要的氧化物种.NO可以和产生的·OH和·O-2反应生成HNO2和HNO3,从而去除NO.本文研究结果充实了La(OH)3光催化材料的合成基础理论,探讨了La(OH)3光催化活性机理,为La(OH)3应用打开了新的视野.     

氮掺杂二氧化钛负载钒磷氧催化氧化NO的实验研究

以VPO为活性组分,N掺杂TiO 2为载体,采用浸渍法制备了VPO/TiN催化剂,基于单因素实验研究了其对NO的选择性催化氧化(SCO)性能以及抗硫抗水性能。研究表明:当P/V为1/5、N/Ti为1、活性组分负载量为10%、焙烧温度为350℃时,催化剂的SCO活性最好,NO氧化率达到61%;光致发光光谱(PL)表征显示N掺杂TiO 2在催化剂表面形成的氧空位可增强催化剂对O 2的吸附;VPO/TiN催化剂抗硫抗水性能较强,反应后的催化剂表面未发现硫酸根的特征峰,水蒸气主要通过与NO竞争吸附占据活性位点来抑制催化剂的SCO活性。     

废物处理与综合利用

X7200601495纳米级TiO2光催化氧化机理及其在污染治理中的应用/赵毅…(华北电力大学环境科学与工程学院)∥电力环境保护/国电环保所.-2005,21(4).-43～47环图X-112纳米级TiO2因其活性高、稳定性好而在污染物治理领域被广泛用做光催化剂。通过纳米TiO2半导体的光催化效应,在材料内部由吸收光激发电子,产生电子-空穴对,即光生载流子,并迅速迁移到材料表面,激活材料表面吸附氧和水力,产生活性羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(·O-2),从而转化为一种具有安全化学能的活性物质,起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。主要阐述了TiO2…     

赤铁矿对砷的吸附解吸及氧化特征

采用等温吸附热力学的方法,研究了赤铁矿(α-Fe2O3)对三价砷离子的吸附和氧化特征,以及温度、pH值等因素对吸附和氧化效果的影响.研究结果表明,Langmuir方程可以很好地表述吸附量与初始三价砷离子浓度的关系(R2=0.9939);随着初始砷离子浓度的增大,溶液中As(V)的浓度(氧化量)也逐渐增大,然而氧化率却随着初始砷离子浓度的增大而减小;35℃条件下的吸附量和吸附率、氧化量和氧化率都比25℃时大,表明升高温度有利于赤铁矿对砷离子的吸附和氧化作用.溶液酸度对于As(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,在pH<8时,吸附量和吸附率随pH上升而增加,在pH=8时达到最大,随后随pH上升而减小;当pH低于6.0时,随着pH的增加As(Ⅲ)氧化量、氧化率逐渐增大,而当pH高于6.0时.随着pH增加As(Ⅲ)氧化量反而降低.最大氧化量出现在pH=6.0处.     

光照厌氧条件下沼泽红假单胞菌对砷的抗性及其机制

采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS分析方法,在光照厌氧条件下研究了沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris CQV97)对砷(As)的抗性和机制.结果表明,As(Ⅴ)与As(Ⅲ)对R.palustris CQV97的半数效应浓度(EC50)分别为2.3mmol·L-1和0.9mmol·L-1;该菌株能够将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),不能将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)或甲基砷;在含有0.1mmol·L-1As(Ⅴ)的培养基中培养80h,细胞积累的总As可达1.32mg·g-1(以干重计),其中,9.8%存在于细胞质中,4.9%与细胞膜的脂质相结合,其余被认为吸附在细胞表面;全细胞、细胞质、细胞膜所含的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的相对比例分别为16.3%和83.7%、12.1%和87.9%、16.5%和83.5%.静息细胞砷吸附结果表明,与0℃孵育细胞相比,25℃孵育细胞对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)吸附量较高;灭活细胞对As(Ⅴ)的吸附量进一步提高,而对As(Ⅲ)的吸附量则降低.因此,光照厌氧条件下,R.palustrisCQV97对As具有较强的抗性和吸附特性,对As(Ⅴ)的抗性和吸附性均明显高于As(Ⅲ);其抗砷机制为细胞质As(Ⅴ)的还原途径,具体为在细胞内将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),继而As(Ⅲ)被转运至细胞外,维持胞内As的含量在较低水平.本研究可为深入理解光合细菌对无机砷的抗性机制、砷的地球化学循环及砷的环境污染和生物修复提供理论参考.     

TiO2柱撑膨润土光催化气相甲苯的活性研究:湿度对活性的影响与催化剂结构的关系

采用溶胶法合成TiO2柱撑膨润土复合光催化剂.N2吸附.脱附(BET)结果表明,573、673、773 K热处理后的催化剂,比表面积分别为140.15、110.13、88.38 m2/g.在气相光催化甲苯的连续系统中,研究湿度对催化剂活性的影响.结果表明,在研究范围内,水分子与甲苯在催化剂表面发生竞争吸附,导致光催化活性随着湿度的增加而降低.光催化反应符合L-H模型.573、673、773 K热处理后的催化剂,对水蒸气的吸附常数分别为2.8×10-5、4.1×10-5、1.8×10-4m3·mg-1.573 K热处理后的催化剂,在较低湿度条件下其催化活性不及673 K、773 K热处理后的催化剂,在高湿度下其活性却最佳,即它抗湿度影响的能力最强.采用热解析法测得了催化剂对甲苯的吸附性,当相对湿度从25%增至75%时,573、673、773 K热处理后的催化剂对甲苯的吸附量分别从184.8、130.5、77.6 μg/g降到3.25、1.92、1.65μg/g.随着比表面积的增加,催化剂对污染物的吸附性能增加.因而相应的表观水蒸气吸附常数减少,抗湿度影响的能力增强.实验结果表明在Ti02柱撑膨润土光催化气态污染物的实际应用过程中,要考虑环境湿度和催化剂结构,选择环境湿度下催化性能最佳的催化剂.