改性纳米级Fe3O4对地下水中氟的吸附性能研究

采用共沉淀法制备纳米级四氧化三铁,比较了酸改性前后纳米级铁氧化物对模拟地下水中氟离子的去除,研究了溶液pH值、吸附剂用量、反应时间、初始氟离子浓度、竞争离子、腐殖酸等因素对四氧化三铁吸附性能的影响。结果表明,改性纳米级四氧化三铁粒径大多20 nm。当氟离子初始浓度为5 mg/L,溶液pH为5,吸附剂用量为10 g/L,反应时间为150 min,氟去除率达84.8%。竞争离子和腐殖酸对改性四氧化三铁吸附氟离子的性能影响较小。酸改性的纳米级四氧化三铁对氟的吸附等温线符合Freundlich方程,吸附动力学符合假二级动力学方程。     

两种纳米颗粒对沸石吸附环丙沙星的影响

为了探明纳米颗粒（NPs）共存对抗生素在黏土矿物上的吸附的影响,以沸石为供试黏土矿物,环丙沙星（CIP）为目标污染物,研究了不同温度、 pH值和离子强度条件下,纳米氧化锌（ZnO NPs）和纳米二氧化钛（TiO₂ NPs）这2种NPs对沸石吸附CIP的影响,并结合沸石的表面特征探讨不同类型NPs对CIP吸附的影响机制.结果表明,除5 mg·L^-1ZnO NPs共存时,轻微促进了CIP的吸附,其他NPs浓度均对CIP产生不同程度的抑制,抑制程度表现出TiO₂ NPs>ZnO NPs的顺序;随温度升高,NPs的存在增强了沸石对CIP吸附的增温正效应;当离子强度由0.001mol·L^-1增加到0.01mol·L^-1时,CIP的吸附量下降,但2种NPs的存在均减弱了离子强度的负效应;溶液pH会影响CIP的存在形态和NPs的性质,进而影响CIP的吸附.沸石对单一CIP的吸附存在静电引力、氢键和孔径填充作用,ZnO NPs主要通过静电引力竞争吸附位点对CIP吸附产生影响,而TiO     

氧化石墨烯和多环芳烃与肺表面活性物质间的相互作用

为阐明氧化石墨烯与多环芳烃这一复合污染体系与肺表面活性物质（PS）的作用,考察了各组分之间的作用方式及效应,并对作用机制进行分析.结果表明,PS及其组分对多环芳烃有增溶作用,增溶能力依次为萘 < 苊 < 苯并（a）蒽;氧化石墨烯对多环芳烃和PS有一定的吸附作用,且多环芳烃和PS存在竞争吸附,入肺后PS及其组分占据多环芳烃的吸附位点而负载于氧化石墨烯表面;多环芳烃在PS及其组分增溶作用下在氧化石墨烯表面解析,毒性增强;DPPC由竞争吸附产生的解析效果尤为显著,当苯并（a）蒽的加入量到0.6mg/L时,DPPC于GO上吸附量减少了28.92mg/g;同时,多环芳烃和PS均会促使氧化石墨烯团聚,粒径增大3倍以上;C=C键的增多和化学键转化产生的作用力影响了氧化石墨烯的稳定性.本研究为复合污染对肺的潜在毒性效应及肺风险评估提供了一定的理论支撑.     

苯并[a]蒽与肺表面活性剂混合磷脂的相互作用

为探究多环芳烃对肺表面活性物质（PS）膜的影响,选取1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DPPC）和1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（POPC）混合磷脂为PS模型,研究了苯并[a]蒽与DPPC/POPC混合磷脂的界面化学相互作用.结果表明,苯并[a]蒽对DPPC/POPC混合膜的相变影响显著,会削弱膜的抗形变能力、干扰膜分子的致密有序排列,这一不利影响随POPC占比增多更加明显.DPPC/POPC混合磷脂胶束会包裹苯并[a]蒽对其产生增溶作用,当DPPC浓度为200mg/L时,苯并[a]蒽的表观溶解度接近水溶液的3倍且POPC含量增加会促进胶束的分散使增溶更显著.苯并[a]蒽与DPPC/POPC混合磷脂的相互作用既抑制PS的生理功能,又会影响苯并[a]蒽的溶解迁移,进一步增加苯并[a]蒽的暴露风险.同时生理条件变化引起PS组分的改变可能导致苯并[a]蒽潜在毒性的差异,对患有相关肺部疾病的人群造成的肺损伤可能更严重.     

有序介孔材料过滤脱除纳米颗粒物

多孔材料过滤去除环境纳米颗粒物(nanoparticles,NPs)是空气净化治理的重要方法之一.本文采用介孔分子筛(MCM-41、SBA-15)和有序介孔碳(CMK-3)这3种典型介孔材料对2~20 nm的NPs进行过滤脱除研究,旨在探索介孔材料在NPs过滤方面的应用可行性与相关理论基础.基于3种介孔材料的物理化学性质表征结果,通过本实验发现介孔材料孔道的最可几孔径以及一定量的介孔孔容是吸附NPs的关键,而微孔分布对去除NPs贡献不大.进一步对SBA-15在不同流量及不同颗粒床厚度下对NPs的去除进行了分析,发现纳米颗粒物的最易穿透粒径(most penetrating particle size,MPPS)随着流量的增大而减小,同时MPPS颗粒物的去除效率随之降低,且MPPS基本不受颗粒床厚度变化的影响.本研究为介孔材料过滤脱除NPs提供了技术依据.     

PS和ZnONPs颗粒生态冠复合物的赋存状态及形成规律

水环境中的生物大分子会在水中残留的颗粒物表面形成生态冠,从而影响颗粒物的赋存状态和生态行为.本研究测定了纳米氧化锌（ZnONPs）和聚苯乙烯微塑料（PS）与斑马鱼体外生物大分子作用形成的生态冠复合物的形貌、组分、水动力学直径及Zeta电位等,以此探究微、纳米颗粒生态冠复合物的赋存状态与形成规律.结果表明,斑马鱼体外生物大分子主要含有类酪氨酸蛋白、类色氨酸蛋白、类富里酸、可溶解性生物副产物和类腐殖酸.扫描电镜观察发现,PS和ZnONPs表面部分或全部被生物大分子包裹,形成生态冠复合物.三维荧光光谱分析发现,PS和ZnONPs对各类生物大分子亲和力不同.随着作用时间延长（3～24 h）,在PS生态冠组分中类酪氨酸蛋白的占比逐渐增加,类腐殖酸的占比逐渐减少;ZnONPs生态冠中这两类生物大分子组分的变化趋势呈相反的变化趋势;这两种生态冠复合物的组分变化都呈现时间-效应关系.PS-生态冠复合物和ZnONPs-生态冠复合物的水动力学直径都随着作用时间延长而增加.然而这两种生态冠复合物的Zeta电位绝对值却呈现不同的时间-效应关系,PS-生态冠复合物的Zeta电位绝对值随着作用时间延长而增加,Zn...     

不同类型纳米塑料在饱和沙土中的迁移行为研究

纳米塑料(Nanoplastics,NPs)在饱和多孔介质中的迁移已受到了广泛关注.然而,目前的研究大多局限于使用商业化的聚苯乙烯(Polystyrene,PS)纳米微球作为模型纳米塑料进行探索.不同类型的NPs,特别是聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)的迁移行为至今尚未被充分研究.因此,本研究选择与环境相关的条件(包括老化、离子强度和离子种类),探究NPs在饱和沙土介质中的迁移和保留.结果发现,在本研究实验条件下,PVC-NPs的迁移能力小于PS-NPs,extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(XDLVO)的计算结果表明,PVC-NPs与介质颗粒之间的势能能垒要远低于PS-NPs.老化增加了NPs的迁移能力,由紫外或臭氧老化导致的NPs的表面氧化,引入了大量的亲水官能团,从而增加了亲水性和表面电负性.此外,高离子强度下表面电荷负性降低及阻滞系数增加,强烈地抑制了NPs在饱和沙土中的迁移.Ca²⁺会通过压缩双电层及桥联作用降低NPs的迁移能力.本研究结果可为揭示不同类型NPs的环境风险和归趋提供科学...     

水中微/纳塑料电化学检测及去除的研究进展

微/纳塑料（M/NPs）因颗粒小、易吸附和迁移性强等特点,广泛地分散在土壤、大气与水环境中,近年来在各大水体中均有检出.M/NPs作为一类新兴污染物,其生理毒性对人类健康产生很大的影响.目前该研究领域遇到的瓶颈在于对M/NPs的精准检测和高效去除.电化学技术因其在M/NPs的检测上表现出简携、灵敏和低成本等优势,对M/NPs的去除具有环保绿色、反应可控和效率高等优点,展现出巨大的应用潜力.以M/NPs的污染现状为出发点,对电化学技术应用于水环境中M/NPs的检测和去除进行了阐述和总结,分析了M/NPs的电化学传感方法以及传感器识别M/NPs的原理和特点,讨论了电絮凝、电吸附、电氧化和电还原技术对水体中M/NPs的去除效果及影响因素.结果表明,基于电化学传感方法检测M/NPs颗粒表现出良好的表征性能,通过电化学技术（电絮凝、电吸附、电氧化和电还原）,M/NPs可被高效去除.电化学技术对M/NPs检测和去除的影响因素主要与传感器装置、电极材料、材料界面调控、参数条件和反应器体系有关.研究者未来应从传感器的设计、电极材料的开发和反应过程的优化这三方面聚焦,有望实现M/NPs从实验室的检测和去除转化到实际水体当中的应用.     

CTAB作用下绿色合成纳米铁的制备及降解孔雀绿

化学合成纳米铁存在成本高和二次污染等问题,探寻低成本、环境友好的合成方法是纳米技术在环境修复中的研究热点之一.本课题组前期采用绿茶提取液(GTE)还原Fe2+合成纳米铁颗粒(Fe NPs),发现GTE合成的Fe NPs易被氧化和团聚.本文采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对绿色合成纳米铁形貌和粒径进行改善,提高了纳米铁颗粒的分散性和抗氧化性.通过SEM、XRD、FT-IR、UV-vis等表征手段对GTE合成的Fe NPs和CTAB作用下合成的Fe NPs的微观结构表征以及对孔雀绿降解效果对比表明:CTAB作用下合成的Fe NPs分散均匀,CTAB的包覆提高了Fe NPs的稳定性,从而提高了Fe NPs的反应活性.GTE合成的Fe NPs对孔雀绿的去除率为75.66%,而CTAB作用下绿色合成的Fe NPs的去除率高达91.06%.最后,提出了CTAB作用下GTE合成Fe NPs的可能机理.     

上海大气超细颗粒物和工业纳米颗粒的表征及细胞毒性的比较研究

采集了上海市石洞口地区2010年春季不同粒径大气颗粒物样品,使用ICP-AES和FESEM技术分析了颗粒物的化学组成和微观特征,比较了不同粒径的大气颗粒物与3种工业纳米颗粒物的生物活性.结果表明,在染毒剂量为25、50、100和200μg.mL-1时,大气颗粒物水溶组分和不溶组分及工业纳米颗粒均可以抑制A549细胞生长活性并能诱导细胞产生活性氧(ROS),且大气细颗粒水溶组分生物活性最强,在上述染毒剂量下对细胞生长活性的抑制率分别达到13.31%、18.15%、20.43%和23.78%.在纳米尺度的颗粒物染毒组分中,纳米NiO的生物活性最强,在上述染毒剂量下对细胞生长活性的抑制率分别达到11.81%、15.12%、17.62%和19.44%.因此,大气细颗粒物水溶组分是最主要的毒性成分.     

QCM-D与AFM联用解析EfOM在SiO2改性PVDF超滤膜表面的吸附机制

为了进一步从微观角度上研究不同过滤阶段出水有机物(Ef OM)在纳米Si O2改性超滤膜表面的具体吸附机制,通过调节Si O2添加比例从而获得不同改性程度的实际膜.借用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)与原子力显微镜(AFM)联用技术分别测定Ef OM在膜表面的吸附情况和Ef OM与膜之间的相互作用力.QCM-D实验结果与分析表明,膜表面的亲水性越好,膜表面Ef OM吸附量就越少,以及Ef OM在膜表面的吸附速率明显减缓.实验结果还发现,Ef OM的吸附经历了两个阶段:在初始阶段(15 min内),有机物快速吸附到膜表面并堆积;当Ef OM的吸附频率达到平衡时,耗散却处于非平衡状态,该现象说明虽然Ef OM在膜表面的吸附量达到稳定,但其吸附层的构象却仍在发生变化.AFM测定结果证明,随着亲水性的不断改善,Ef OM-膜、Ef OM-Ef OM之间的作用力均有所减小,该结果揭露了膜面Ef OM吸附量减少吸附速率下降的本质原因.QCM-D与AFM的联用有效地解释了膜改性对Ef OM吸附机制的影响.     

颗粒尺寸对纳米氧化物环境行为的影响

随着纳米技术迅猛发展,纳米颗粒的环境行为和生态效应越来越受到关注.纳米氧化物作为环境中的重要组成,广泛存在于水体、大气、土壤以及沉积物中,其大比表面积和高表面活性,控制和影响着环境中一些污染物和营养元素的形态、迁移、转化和生物有效性.纳米尺寸是纳米颗粒特有属性,颗粒尺寸大小调控和决定纳米氧化物的结构及物理化学特性,从而在较大程度上影响其与相关元素的界面反应性和环境地球化学行为.综述了纳米氧化物的尺寸对吸附、(还原)溶解、(催化)氧化、聚集和迁移等环境行为的影响,讨论了尺寸效应的作用机制,最后展望了环境中纳米金属氧化物尺寸效应有关的研究热点和方向.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

反应气氛对绿色合成纳米铁的组分及其活性的影响

成本低廉和无二次污染的"绿色"合成纳米材料是发展原位纳米环境修复技术的前沿研究课题之一.本文以绿茶提取液为还原剂和稳定剂进行"绿色"合成纳米铁,探讨在不同的气氛下"绿色"合成的纳米铁颗粒的主要成分,以期为调控合成纳米铁系材料提供基础研究.首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对不同反应气氛下合成的纳米铁颗粒的表面微观形貌、尺寸和价态结构进行分析.结果发现,在通入N2情况下,合成的纳米铁颗粒粒径为(84.7±11.5)nm,其主要成分以纳米零价铁为主;在通入空气情况下,合成的纳米铁粒径为(117.8±26.2)nm,其主要成分是纳米零价铁、氧化铁和四氧化三铁的混合物;通入O2时,合成的纳米铁粒径为(141.2±26.3)nm,其主要成分以四氧化三铁为主.其次,评价在不同气氛条件下合成纳米铁颗粒对去除亚甲基蓝(MB)的反应活性.结果表明,在反应温度313 K下降解初始浓度为50 mg·L-1的MB溶液,反应5 min时已达到平衡,通入N2合成的纳米铁降解MB,去除率高达98.7%,而通入O2合成的纳米铁反应效率低,对MB的去除率仅为65.3%.最后,从以上发现提出不同气氛下可以调控"绿色"合成的铁系纳米材料成分,从而导致不同的纳米修复环境中污染物的能力.     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

Co-adsorption of gaseous benzene, toluene, ethylbenzene, m-xylene (BTEX) and SO2 on recyclable Fe3O4 nanoparticles at 0-101% relative humidities

We herein used Fe3O4 nanoparticles(NPs) as an adsorption interface for the concurrent removal of gaseous benzene, toluene, ethylbenzene and m-xylene(BTEX) and sulfur dioxide(SO2), at different relative humidities(RH). X-ray diffraction, Brunauer–Emmett–Teller, and transmission electron microscopy were deployed for nanoparticle surface characterization.Mono-dispersed Fe3O4(Fe2O3·Fe O) NPs synthesized with oleic acid(OA) as surfactant, and uncoated poly-dispersed Fe3O4 NPs demonstrated comparable removal efficiencies.Adsorption experiments of BTEX on NPs were measured using gas chromatography equipped with flame ionization detection, which indicated high removal efficiencies(up to(95 ± 2)%) under dry conditions. The humidity effect and competitive adsorption were investigated using toluene as a model compound. It was observed that the removal efficiencies decreased as a function of the increase in RH, yet, under our experimental conditions, we observed(40 ± 4)% toluene removal at supersaturation for Fe3O4 NPs, and toluene removal of(83 ± 4)% to(59 ± 6)%, for OA-Fe3O4 NPs. In the presence of SO2, the toluene uptake was reduced under dry conditions to(89 ± 2)% and(75 ± 1)% for the uncoated and coated NPs, respectively, depicting competitive adsorption. At RH 100%,competitive adsorption reduced the removal efficiency to(27 ± 1)% for uncoated NPs whereas OA-Fe3O4 NPs exhibited moderate efficiency loss of(55 ± 2)% at supersaturation.Results point to heterogeneous water coverage on the NP surface. The magnetic property of magnetite facilitated the recovery of both types of NPs, without the loss in efficiency when recycled and reused.