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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

功能化磁性纳米颗粒吸附废水中重金属的研究进展

重金属废水对环境造成了严重的污染,而传统的重金属废水处理技术存在着二次污染等问题。磁性纳米颗粒因具有良好的表面效应、稳定性、磁响应性能以及低生物毒性等独特的物理化学性质,在废水治理领域的应用受到广泛关注;但同时其也存在易团聚、分散性差、吸附特性差等缺点。因此,磁性纳米颗粒吸附废水中重金属时常常需要对其表面结构进行功能化修饰,以改进分散性能,提高吸附性能和反应活性。本文介绍了无机材料和有机材料功能化修饰的磁性纳米颗粒对水中重金属离子的吸附研究现状,阐述了功能化磁性纳米颗粒吸附去除重金属的优缺点、回收与重复利用情况,并对磁性纳米材料在重金属污染水体治理中的发展方向进行了展望。     

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。     

磁性Fe3O4纳米颗粒表面功能化改性及在废水处理中的应用进展

经过表面功能化改性的磁性纳米材料在自身稳定性提高的同时可以实现功能多样性,从而拓宽在工业中的应用范围。综述了无机材料、有机小分子和有机高分子材料对磁性Fe_3O_4纳米颗粒的表面功能化改性及其近年来在废水处理中的应用研究进展,总结了各种改性材料的优缺点,对磁性Fe_3O_4纳米吸附材料的应用前景进行了展望。指出以磁性Fe_3O_4纳米颗粒为基体兼顾合成高分子和天然高分子材料性能的绿色复合吸附剂的研究和开发是未来废水处理用磁性纳米吸附材料的研究热点。     

碳热还原法制备的碳载零价铁对水中U(VI)的去除研究

随着核电的发展, 放射性污染物流入环境, 污染水土资源。纳米零价铁(nZVI)材料因还原性强、去除效率高等优势, 被广泛应用于水资源污染修复。本研究以海藻酸钠(SA)为碳源, 采用一步碳热还原法制备碳载零价铁(Fe-CB)材料, 并将其用于水溶液中放射性核素U(Ⅵ)的去除。采用微观光谱和宏观实验研究Fe-CB对U(Ⅵ)的吸附性能和作用机理。研究发现Fe-CB具有丰富的官能团(如-OH和-COOH)及较高的比表面积, 弥补了纳米零价铁(nZVI)分散性差和去除效果低的不足。在298 K时, Fe-CB对U(Ⅵ)的吸附去除在3 h内达到平衡, 最大吸附量为77.3 mg·g ^-1, 是能够自发进行的化学吸附。X射线光电子能谱分析仪(XPS)分析发现Fe-CB对U(Ⅵ)的去除主要是通过吸附和还原的协同作用来实现的, 吸附过程是U(Ⅵ)与Fe-CB发生表面络合, 还原过程是通过零价铁的还原性将U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)。研究结果表明Fe-CB材料可作为优良的吸附剂, 在环境污染治理领域具有良好的应用前景。     

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。     

活性炭的双氧水表面改性及其吸附二氧化硫性能研究

目的 制备武器装备贮存微环境用单组分的二氧化硫吸附材料。方法 采用双氧水对椰壳活性炭进行表面改性,研究改性活性炭孔隙结构、表面化学性质的变化及其对二氧化硫吸附性能的影响。结果 活性炭存在微孔和中孔,改性后活性炭比表面积略有增加,平均孔径减小。双氧水与活性炭反应起到刻蚀作用,在活性炭表面产生了纳米尺度的网孔结构,降低了活性炭表面碳微晶有序程度,同时双氧水与活性炭反应时起到了氧化作用,提升了活性炭表面氧元素和含氧官能团含量。体积分数为20%的双氧水改性活性炭的吸附容量最高,达到154.15 mg/g,约为改性前的5倍。结论 双氧水对活性炭经表面改性后,产生了纳米尺度的孔隙,并提升了活性炭表面含氧官能团,在两者协同作用下显著提升活性炭对SO₂吸附性能,具有良好的装备应用前景。     

氨基化纳米Fe_3O_4的表征及其吸附机理研究

以二价铁盐和三价铁盐为原料,采用化学共沉淀法制备了磁性纳米四氧化三铁(Fe_3O_4),并采用3-氨基丙基-三甲氧基硅烷对其进行氨基化,制备出氨基化纳米Fe_3O_4。对氨基化纳米Fe_3O_4进行了表征及分析。研究结果表明:氨基已成功在纳米Fe_3O_4颗粒表面修饰,制得的氨基化纳米Fe_3O_4不含羟基铁等其他铁氧化物,改性后材料的磁性并没有发生明显变化。同时,研究了氨基化纳米Fe_3O_4吸附水中氟离子(F-)的动力学吸附机理,对F-的平衡吸附容量为4.7393mg/g,吸附符合动力学二级方程。     

铁基磁性纳米材料吸附废水中重金属离子研究进展EI北大核心CSCD

磁性纳米材料具有较高的生物相容性、良好的吸附性能、易于固液分离等特点,在水处理方面越来越受到关注。本文主要综述铁基磁性纳米颗粒的分类、常见形态、功能化方法、铁基磁性纳米颗粒和功能化铁基磁性纳米复合材料吸附废水中重金属离子的研究进展,讨论不同铁基磁性纳米粒子的功能化机理及其在重金属离子吸附过程中的吸附机理,分析铁基磁性纳米材料在重金属离子吸附应用中易团聚、氧化、稳定性差等问题,并展望功能化对铁基磁性纳米颗粒吸附废水中重金属离子的发展前景,为重金属废水的吸附提供更加充足的理论依据。     

铁基磁性纳米材料吸附废水中重金属离子研究进展

磁性纳米材料具有较高的生物相容性、良好的吸附性能、易于固液分离等特点,在水处理方面越来越受到关注。本文主要综述铁基磁性纳米颗粒的分类、常见形态、功能化方法、铁基磁性纳米颗粒和功能化铁基磁性纳米复合材料吸附废水中重金属离子的研究进展,讨论不同铁基磁性纳米粒子的功能化机理及其在重金属离子吸附过程中的吸附机理,分析铁基磁性纳米材料在重金属离子吸附应用中易团聚、氧化、稳定性差等问题,并展望功能化对铁基磁性纳米颗粒吸附废水中重金属离子的发展前景,为重金属废水的吸附提供更加充足的理论依据。     

聚合物基杂化纳米材料制备及对水中重金属离子高效净化

近年来,聚合物基杂化纳米复合材料作为典型重金属及典型无机污染物吸附荆备受关注。文章综述了该类纳米复合材料的制备方法和其对水中有毒重金属离子吸附性能及作用机制。此外,就该类纳米材料载体表面化学性质对纳米颗粒尺寸影响及纳米颗粒对复合材料机械强度的作用等方面特殊性能进行了评述。     

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。     

重油残渣基新型碳功能材料的研究进展

综述了以重油残渣为原料,采用化学气相沉积法、共炭化法和微波等离子体法可控制备气相生长碳纤维、碳微球、内包铁洋葱状富勒烯、纳米碳管、内包金属碳微米颗粒及定向碳纳米薄膜等各种高附加值碳材料;采用等离子体氧化法、酸处理法、化学还原法等方法对气相生长碳纤维和碳微球进行表面修饰,在产物表面引入含氧官能团,解决了可溶性碳材料的制备问题;在碳微球表面引入Pt纳米颗粒,使重油残渣基新型碳材料在表面修饰和功能化后可望成为性能优异的吸附和催化材料.     

磁性壳聚糖微球的改性研究进展及其在水处理中的应用

磁性壳聚糖微球(Magnetic chitosan microsphere,MCM)是一种新型吸附材料,具有独特的磁响应特性和良好的吸附性能,以其突出的环保和可控性在生物医学、食品工程和污水处理等许多领域受到高度重视。传统方法制备的MCM存在纳米粒子易溶于酸性溶液、应用范围窄等问题,因此研究者们在其优化改性方面展开了大量工作。本文从磁性纳米粒子改性和壳聚糖改性两个方面详细综述了优化MCM的研究进展,包括磁性纳米粒子的修饰与替换,壳聚糖分子印迹改性、接枝改性、金属螯合改性、烷基化改性等方法。总结了改性后MCM对废水中重金属离子、印染废料中阴阳离子染料的吸附情况和去除效果。最后讨论了改性MCM面临的问题与挑战,展望了其未来发展趋势,提出了进一步提高改性MCM应用效率的方法和设想。     

聚丙烯基纳米TiO2的表面改性

针对纳米二氧化钛(TiO2)颗粒粒径小、表面活性大、易团聚的问题,采用硅烷偶联剂KH-560对TiO2进行表面改性,并与聚丙烯树脂(PP)在双螺杆挤出机上熔融共混得到改性PP;通过FT-IR、TG、SEM等测试手段对改性纳米TiO2颗粒进行了表征,讨论了纳米TiO2的改性程度及其在PP中的分散性。结果表明:硅烷偶联剂已经成功的包覆在纳米TiO2的表面;同时在碱性环境下纳米TiO2表面包覆的有机物含量最多;当在碱性环境下表面改性的纳米TiO2为PP质量的3%时,在聚丙烯树脂中分散较均匀。