硫化零价铁的制备、表征及其在环境领域的应用进展

硫化零价铁(S-ZVI)包括纳米级S-ZVI (S-nZVI)和微米级S-ZVI (S-mZVI),作为零价铁(ZVI)的改性材料,具有更强的反应活性和目标污染物选择性,对水体中重金属和有机污染物有更好的去除及固定化效果,因此受到越来越多研究者的关注。综述了近年来S-ZVI的制备方法、硫化对物理化学特征和反应活性的影响。相对于ZVI,S-ZVI的反应速率和去除效率都有所提高,同时减缓了ZVI与水的反应,增加了对目标污染物的选择性并延长了反应时间,对于水及土壤中的污染物修复具有重要意义。     

纳米零价铁去除地下水中亚硒酸盐的动力学及机理

为解决地下水中亚硒酸盐(Se(IV))污染问题,采用纳米零价铁为还原剂,考察溶液的pH、Se(IV)初始浓度以及溶液温度等因素对Se(IV)去除效果的影响．结果表明:纳米零价铁在厌氧条件下能够在短时间内将Se(IV)完全去除,速率常数随pH和初始硒浓度的升高而降低,随温度的升高而升高,利用阿伦尼乌斯方程得到其反应活化能为26.26 kJ·mol-1．X射线吸收近边结构谱(XANES)进一步证明了在不同pH和浓度下,还原产物以Se(0)为主．水中Se(IV)的去除由吸附和还原引起,反应过程是水中Se(IV)先吸附到纳米铁表面,随后被还原为零价硒．纳米零价铁还原是一种有效去除水体中Se(IV)的方法．     

二价铁离子对零价铁还原硝基苯的影响

为了解地下水环境中铁离子对零价铁(zero valention)还原作用的影响,采用批次实验,研究不同质量浓度二价铁离子对ZVI还原硝基苯的影响,利用HPLC和GC-MS作为分析工具,观测反应过程中硝基苯的质量浓度,同时跟踪溶液中Fe2+、pH、ORP的变化.结果表明,有无Fe2+存在,硝基苯均可被ZVI还原为苯胺,Fe2+没有改变还原产物;溶液中投加Fe2+后,ZVI还原硝基苯的反应速率明显加快,溶液中Fe2+对于还原反应起促进作用;溶液中Fe2+对ZVI体系pH起缓冲作用,含有Fe2+的ZVI体系ORP下降明显.反应动力学分析表明,硝基苯的还原反应符合假一级动力学模型,表观速率常数kobs值随Fe2+质量浓度的升高而增加,Fe2+离子的存在有助于ZVI对硝基苯的还原.     

纳米铁类Fenton氧化降解罗丹明B废水

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),制备得到的纳米铁颗粒粒径在20~50nm,并使用纳米零价铁与过氧化氢形成异相Fenton试剂氧化体系对染料罗丹明B进行降解,考察了pH、温度、H_2O_2投加量、纳米铁投加剂量对罗丹明B降解率的影响。结果表明,30℃、pH 2.0、纳米零价铁0.8g/L、过氧化氢1mmol/L、反应10min,罗丹明B降解率达到99%。反应过程符合准一级动力学反应,表观反应速率常数为0.337min-1(30℃)。     

无定形磷酸钙修饰零价铁对胭脂红的吸附性能研究

在氮气保护下利用共沉淀法成功地合成了无定形磷酸钙修饰零价纳米铁,并探索了无定形磷酸钙修饰零价纳米铁对水中的胭脂红的吸附情况.通过探讨反应时间、反应温度、胭脂红的浓度和无定形磷酸钙修饰零价纳米铁的用量对吸附的影响,得到了最佳吸附条件.当在室温条件下,加入30 ml,1 g/L的胭脂红溶液,吸附时间在8 min时吸附效果最好.去除率会随着无定形磷酸钙修饰零价纳米铁的增大而增大,最大吸附值为133.3 mg/g.采用伪一级、伪二级速率方程、颗粒内扩散模型、朗格缪尔吸附等温线对吸附过程进行了分析,该吸附过程符合伪二级动力学速率方程.本研究为处理印染废水奠定了实验基础.     

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。     

超声波-零价铁协同处理水中直接湖蓝5B的研究

应用超声波一零价铁(US-Fe0)协同降解水中有机染料直接湖蓝5B,考察了超声波-零价铁的协同效应,研究了溶液初始pH值、超声功率,零价铁投加量等因素对直接湖蓝5B降解效果的影响.结果表明降低反应溶液的pH值有利于提高降解率;在实验的投加范围内,零价铁投加量越多,降解率越高;而超声波功率对降解率的影响不很明显.     

零价铁去除饮用水中ＢＣＡＮ的研究

为降低氯消毒过程中产生的饮用水消毒副产物（ＤＢＰｓ）带来的危害,采用零价铁去除饮用水 中含氮消毒副产物ＢＣＡＮ,考察了不同反应条件下ＢＣＡＮ的去除效果及其影响因素,探讨了其去 除机理及动力学规律．结果表明：零价铁对ＢＣＡＮ去除效果较好,当ＢＣＡＮ的初始质量浓度为２０ μｇ／Ｌ时,零价铁投加量为１５ｇ／Ｌ,经过１８０ｍｉｎ反应后,去除率达到７１．８％．随着零价铁投加量的 增加,ＢＣＡＮ去除率明显提高;ＢＣＡＮ去除效率随着温度的升高逐渐提高;初始浓度对零价铁去除 ＢＣＡＮ效果影响不大．零价铁去除ＢＣＡＮ的反应与一级反应动力学规律相符合．     

零价纳米铁还原Tc(Ⅶ)的动力学研究

以元素铼替代放射性元素锝,对核废物中Tc(Ⅶ)的还原固定进行了理论推导和实验研究,通过热力学和动力学理论计算研究了零价纳米铁还原固定土壤中TcO-4的价态以及反应的难易和反应程度.采用尝试法和MATLAB拟合等不同方法对纳米铁还原固定锝的动力学进行了分析.研究结果表明:实验结果与理论计算结果一致,该反应为准一级反应,产物形态为TcO2,可以有效固定TcO-4.纳米铁参与反应时,适当的粒径对反应的影响是显著的.     

锂电池塑料及负极构建零价铁-铜/石墨-碳材料去除水中对氯苯酚

以废弃锂电池负极和塑料为原料, 与氧化铁通过碳热反应制备零价铁-铜/石墨-碳材料(ZVI-Cu/GP), 采用 XRD、SEM、EDS、FTIR、氮吸附/脱附等对材料的结构和组分进行表征, 并考察了其去除水中对氯苯酚(4-CP) 的效 率。实验结果表明：ZVI 在ZVI-Cu/GP 中有较好的分散性; 当过氧化氢浓度为1 mmol/L, 溶液pH = 3.0, ZVI-Cu/GP 投加量为0.4 g/L, 温度为25 ℃, 4-CP 浓度10 mg/L 时, 4-CP 的去除率在10 min 内达到99%; 4-CP 去除率随着pH 的 降低而升高, 随着ZVI-Cu/GP 投加量的增加而升高, 随着过氧化氢浓度的升高而升高。     

硫化纳米零价铁去除水中三氯乙烯的研究

通过硫化对纳米零价铁 (nZVI) 进行改性, 制备了硫化纳米零价铁 (S-nZVI), 而后对三氯乙烯 (TCE) 进行降 解实验研究。利用 SEM、XRD 对 S-nZVI 进行材料的结构表征, 进而研究不同材料、不同 S/Fe 摩尔比、不同初始 TCE 浓度、不同初始 pH 条件下, S-nZVI 对 TCE 的降解效果。结果表明, S-nZVI 主要成分为 Fe⁰ 并含有少量的 FeS, 制得的 S-nZVI 为球状结构, 表面有片层状的 FeS 生成；当 S/Fe 摩尔比为 0.6, 初始浓度为 20 mg/L 时, TCE 的降解 率为 87.2%, 远高于 nZVI (降解率为 56.4%)。经动力学分析后, S-nZVI 去除 TCE 符合伪二级动力学过程, 表明其降 解过程以化学还原为主。nZVI 经过硫化后提高了材料的电子选择性, 使其成为修复受污染土壤和地下水的有前途 的功能材料。     

黄原胶对微米铁修复地下水氯代脂肪烃污染的影响机制

利用微米零价铁材料构建地下水原位反应带是一项具有广泛应用前景的地下水修复技术。目前,该技术应用的主要瓶颈是铁颗粒在地下迁移过程中的重力沉降和活性降低问题。选取3种不同粒径的市售微米零价铁,通过批次试验筛选出对地下水中典型氯代脂肪烃(CAHs)去除效能最优的微米铁。用黄原胶对筛选出的微米铁进行稳定化改性,依托去除动力学实验,对比改性前后反应体系还原脱氯量/吸附量、pH、Eh、Fe²⁺质量浓度的动态变化过程。实验结果表明,黄原胶的稳定化改性虽抑制了微米铁对CAHs的吸附,但其缓冲了反应体系的pH的变化,抑制了微米铁的表面钝化,从而促进了对CAHs的还原过程,整体上提高了微米铁对CAHs的去除效能。     

Fe@SiO_2对水质中锌离子的吸附性能研究

用零价纳米铁(Fe@SiO2)对水质中的金属锌离子进行了回收,采用原子吸收分光光度计法和络合滴定法对吸附率进行检测.通过调节反应温度、溶液pH和控制金属离子的浓度,探索了二氧化硅包被纳米铁对水中金属锌离子的最佳吸附条件,在pH值为6,金属Zn离子的浓度为200 mg/L时,随着反应温度的升高吸附量逐渐增加,90℃达到最佳.     

合成黄铁矿去除水中砷(Ⅴ)的研究

采用改进的水热法合成黄铁矿(FeS_2),并用于水中五价砷(As(Ⅴ))的吸附固定.利用XRD、 SEM对合成的黄铁矿进行了表征,利用XPS对与As(Ⅴ)反应后的黄铁矿表面进行了价态和成分分析,并研究了pH变化和腐殖酸(HA)添加对As(Ⅴ)去除的影响.结果显示,合成的黄铁矿具有较小的粒径(1.6±0.2μm)和较高的比表面积(7.42 m~2/g). FeS_2粒子对水中As(Ⅴ)的吸附过程符合准二级动力学. XPS分析结果显示,反应后的黄铁矿表面As(Ⅴ)和As(Ⅲ)产物共存.在pH为6.0时,黄铁矿对As(Ⅴ)的去除效果最好,去除率达到了99%以上;碱性条件下去除效果较差, pH值为10.0时, As(Ⅴ)的去除率只有48.8%.加入HA后,在pH为10.0时,黄铁矿对As(Ⅴ)的去除效果显著提高,在pH为6.0时, HA添加对As(Ⅴ)去除有轻微抑制作用.     

非均相Fenton试剂降解BPA的动力学分析

文章研究运用超声波浸渍法制备活性炭载铁催化剂作为非均相Fenton体系的催化剂.采用电镜扫描、比表面积分析及XRD分析对催化剂进行了表征.以双酚A作为降解目标物,考察催化剂用量、H_2O_2用量、pH值、温度对双酚A氧化降解效果的影响.并运用Langmuir动力学模型对实验结果进行了拟合,模型值与实验值吻合良好.研究结果表明:初始pH=4,催化剂用量=4 g/L,H_2O_2用量=0.05 mol/L,铁离子负载量=10%是实验用催化剂氧化降解双酚A的最佳操作条件,在此条件下反应60 min后,双酚的去除率达到90%以上;所采用的动力学模型能较好的预测双酚A的氧化降解效果,为有效去除水中双酚A开阔了新的思路.     

维生素B12协同纳米Fe/Cu双金属对2,4-二氯苯酚的催化还原

针对因地下水中低氯代芳香族有机物碳氯键键能高,零价铁技术对其还原能力不足的问题,制备纳米Fe/Cu双金属颗粒,并引入维生素B12,构建Fe/Cu-B12催化还原体系,旨在通过添加零价铜和维生素B12强化零价铁的还原能力,选用2,4-二氯苯酚作为低氯代芳香族有机物的代表物,主要用反应动力学方法考察Fe/Cu-B12体系对...     

零价锌还原水中痕量亚硝基二甲胺的效能

为去除水中亚硝基二甲胺(NDMA)污染,研究采用零价锌还原降解水中痕量亚硝基二甲胺(NDMA)的效能,考察反应体系中锌粉投量、NDMA初始质量浓度、溶解氧、pH值、反应温度等对处理效果的影响.结果表明:零价锌可以有效还原降解NDMA,锌粉初始投量为10 g.L-1时,反应14 h后去除率可达99%以上;水中溶解氧和NDMA初始质量浓度对去除率的影响不大;pH值和温度对零价锌还原降解NDMA的影响显著,pH值越小,温度越高,反应进行得越快.     

负载铁锰氧化物的活性炭除砷酸盐的性能研究

为了提高活性炭对水中的砷酸盐的去除能力,采用共沉淀法制备了2种负载铁锰氧化物的改性活性炭(FM-GAC-1,FM-GAC-2).测定了2种改性活性炭表面的零点电荷、酸碱官能团以及金属溶出量.研究2种改性活性炭去除五价砷的吸附等温线和反应动力学,考察pH值、水中共存离子对其去除五价砷的影响.结果表明,FM-GAC-1和FM-GAC-2表面的零点电荷分别为6.7、6.0;酸性官能团的含量分别为2mmol·g-1、1.667mmol·g-1,碱性官能团的含量分别为1.3mmol·g-1、2.06mmol·g-1;pH值在近中性时金属溶出率最低.在25℃时,FM-GAC-1和FM-GAC-2对五价砷的吸附容量分别为28.87mg·g-1和30.32mg·g-1,随着温度的升高,吸附容量略有下降.吸附速率采用拟二级反应动力学拟合效果最好,化学反应步骤是改性活性炭除砷的限速步骤.pH值偏酸性有利于吸附的进行,水体中SiO32-、PO43-对两者吸附砷酸盐有显著影响.     

不同碳源对ZVI-SRB-SO_4~(2-)体系中生物活性的影响

选取不同有机物作为碳源,考察碳源对于高硫酸盐(SO42-)环境中硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria,SRB)生物活性的影响;通过零价铁(Zero-valent iron,ZVI)的添加考察ZVI对于SRB生物活性的促进作用.结果表明:碳源会对SRB的生物活性产生很大影响,导致产生不同的SO42-还原效率;在SRB分别以柠檬酸钠、乳酸钠和可溶性淀粉为碳源时,通过添加ZVI可以明显提高SRB的生物活性;乳酸钠最适合作为SRB处理高SO42-浓度废水的碳源,当乳酸钠作为碳源时,SRB-ZVI体系对于SO42-初始质量浓度低于8 500 mg/L的废水具有良好的处理效果,即使废水中SO42-初始质量浓度达到11 000 mg/L时,SRB-ZVI体系对于SO42-的还原效率依然可以达到81.8%.     

响应面法优化空气氛围下制备S-nZVI对水中Cr(Ⅵ)的去除

在空气氛围下制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),通过SEM、XRD等进行表征,并对其去除水中Cr(VI)进行研究。以Cr(VI)去除率为响应值建立了4因素5水平的响应面模型。SEM和XRD结果显示S-nZVI具有片状结构,主要成分为Fe~0并含有少量的FeS和铁氧化物。响应面法分析结果表明模型可信度高,适用于模拟4种因素对S-nZVI去除Cr(VI)的影响。以伪一级、伪二级动力学模型拟合S-nZVI去除Cr(VI),结果显示伪二级动力学模型R~2为0.999,拟合度更好,说明S-nZVI对Cr(VI)的去除主要以化学吸附为主,平衡吸附量达到156.3 mg/g。