纳米零价铁去除水中污染物的研究进展

纳米零价铁(nano zero valent iron,nZVI)作为一种新型的纳米除污染材料,具有较大的比表面积和较高的反应活性,对水中污染物有很好的去除效果。综述nZVI在污水处理中的应用研究进展,重点讨论其在含重金属污水、有机污染废水、TNT红水等污水处理以及在抑菌方面的性能与反应机理。在除污染方面,nZVI显示出去除容量大、效率高的优势,应用前景极其广阔;如果能寻找到合适的载体或修饰材料来负载与保护nZVI,提高其在有氧环境中的稳定性,nZVI将在水处理中发挥更大的作用。     

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．     

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。     

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。     

膨润土负载木质素分散的纳米零价铁的制备及其在去除铬废水中的应用

通过液相还原制备了一种新型的膨润土负载、有机溶剂木质素分散的纳米零价铁。同时制备了未改性的纳米零价铁和膨润土负载的纳米零价铁。通过SEM、TEM和X射线衍射对三种不同的材料进行了表征和比较。通过一系列单因素实验,确定了各种因素的最佳条件。在最佳条件下,Cr(Ⅵ)的去除率可以达到100%。结果表明,加入木质素后,Cr(Ⅵ)的去除率得到了显著提高。简而言之,BL-nZⅥ是用于处理重金属的有前途的新材料。     

稳定的零价纳米铁去除水中SeO42-的动力学研究

采用液相还原法制备了纤维素稳定的零价纳米铁粒子(ZVI),并对不同浓度和pH条件下稳定的零价纳米铁粒子去除SeO42-的反应动力学进行了研究.纤维素稳定的零价纳米铁粒子去除SeO42-的初始动力学(t≤8h)反应符合准一级动力学方程.实验结果表明:在相同的实验条件下(pH=7.0,T=25℃),Kobs的最大值为0.24h-1.研究结果还表明pH值等于6.0是ZVI与SeO42-发生氧化还原反应的最佳pH值.     

以硫化纳米零价铁为催化剂类芬顿体系降解亚甲基蓝的研究

采用硼氢化钠液相还原法,以Na2S为硫源,FeSO4为铁源,通过一步法制备硫化纳米零价铁(sulfidated zero-valent iron,S-nZVI),利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)对S-nZV...     

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.     

零价铁降解偶氮染料废水的特性研究

利用零价铁体系对双偶氮染料废水(直接蓝15:DB15)进行降解研究。当废水初始浓度为100 mg/L,最佳反应时间为50 min,铁粉最佳投加量为9.0 g/L,铁粉粒径为200目,最佳反应pH为3.0时,DB15的脱色率可达到98.69%;通过测定反应体系中自由基以及铁粉磁化前后的扫描电镜(SEM)谱图、DB15降解前后的UV-vis谱图对零价铁体系的降解特性进行了分析,研究结果表明:该反应体系是一个Fe~0、Fe~(2+)及Fe~(3+)共存体系,其优势自由基是·OH,首先攻击的是DB15结构中的显色基团偶氮键(-N=N-),然后脱色直至降解为小分子物质,而且磁场可有效促进零价铁表面的腐蚀,提升体系的降解效能。     

生物炭负载零价纳米铁对溶液中的 Cr6+ 去除的研究

生物炭(biochar, BC)作为载体,负载纳米零价铁(nano zero valent iron, nZVI)形成复合吸附材料,利用电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征材料的结构特征。研究了不同材料、初始溶液初始p H、不同初始浓度、去除剂的投加量对BC负载nZVI (nZVI-BC)去除含Cr~(6+)废水的影响。结果表明:BC的加入提高了nZVI的分散性和抗氧化性,同时提升稳定性,对于水中Cr~(6+)的去除具有较好的效果;当Cr~(6+)的初始浓度为15 mg/L,去除剂的投加量为2.5 g/L, pH=4的条件下,其去除率达到了98%; nZVI-BC去除含Cr~(6+)废水的过程符合Langmuir吸附等温式和准一级动力学方程,其中最大吸附量为209.93 mg/g。     

以负载零价铁活性炭纤维为阴极电吸附水中2,4,6-三氯酚

采用液相还原法制备零价铁（nZVI）并使其负载到活性炭纤维（ACF）上,将ACF作为阳极、nZVI-ACF作为阴极电吸附去除水中的2,4,6-三氯酚.经物化表征和电化学性能分析,改性后的nZVI-ACF具有更好的导电性、极化能力、比电容和孔隙结构.实验数据表明：nZVI-ACF为阴极电吸附TCP去除率升至98%,且电极重复利用率高.通过电吸附等温线和热力学分析,本实验电吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,是自发进行的放热过程,以物理吸附为主,温度越低吸附效果越好.红外光谱分析结果说明TCP分子以C-Cl键为吸附位点有序排列于电极表面,nZVI在阴极电场的作用下未发生还原反应.     

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.     

硫化纳米零价铁活化过二硫酸盐降解废水中四环素

硫化零价铁(S-nZVI)因其电子传递效率高、选择性好,近年来在水处理领域应用广泛。将硫化零价铁与高级氧化技术结合,可发挥材料优异的催化性能,实现对污染物的高效降解。论文以硫脲为硫源制备高活性硫化纳米零价铁,构建S-nZVI活化过二硫酸盐(PDS)高级氧化体系实现对四环素的高效降解。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征方法对S-nZVI的组成结构和表面形貌进行分析,考察硫铁摩尔比(S/Fe)、硫化时间、S-nZVI投加量、PDS浓度、溶液初始pH和共存离子对TC降解的影响作用,通过活性物种淬灭实验和电子顺磁共振实验（EPR）探究自由基和非自由基活性物质对TC的降解作用,利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析TC降解的可能路径。试验结果表明：纳米零价铁(nZVI)经硫化改性后,比表面积增大,铁(Fe)和硫(S)均匀地分布在材料表面;S/Fe对TC降解的影响作用较小,TC降解率与S-nZVI投加量和PDS浓度呈正相关,但随着硫化时间升高呈现降低趋势;S-nZVI/PDS体系在较宽pH范围内(pH=5~9)均具有较优的TC降解效果;反应溶液中存在不同阴离子时,TC降解率受到不同程度抑制作用,其中HCO3-抑制作用最为显著;当S/Fe为0.028、硫化时间为2 h、S-nZVI投加量为1 g/L、PDS浓度为2 mmol/L,不调节初始溶液pH时,反应120 min后TC降解率可达94.6%;S-nZVI/PDS体系的活性物种除常见自由基(SO4?-和HO?)外,还包括非自由基活性物质Fe(IV),但Fe(IV)对TC的降解作用较小;TC降解的可能路径主要是通过特定官能团裂解和开环反应进行,最终氧化降解成CO2和H2O。     

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.     

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．     

零价铁联合微生物去除水中高氯酸盐的研究

本研究通过监测一系列续批实验中高氯酸根(ClO-4)质量浓度随时间的变化情况,研究了Fe0投加量、微生物加入量、ClO-4负荷、初始pH等因素对微生物利用零价铁(Fe0)做电子供体去除水中ClO-4的影响。结果表明与以前的研究不同,Fe0投加量并非越多越好,当初始ClO-4质量浓度为10000μg／L时,Fe0投加量(质量浓度)选择40g／L较为合适,既可以保证充足的电子供应又不会因为大量铁腐蚀引起体系pH过快升高;自行驯化的高氯酸盐降解微生物(perchlorate reducing microbes, PRMs)对ClO-4的去除负荷为603μg／(L?hr?gPRMs),完全可以取代纯种微生物应用于环境水体中ClO-4的去除;所用PRMs 的最适pH条件为7.0,其对初始pH更为敏感而对反应进行中pH的变化有较大承受范围;另外通过建立微生物种群的系统发育树发现PRMs 的种群结构在实验过程中发生了部分变化。本研究在一定程度上为Fe0联合微生物去除ClO-4技术的推广应用提供了理论支撑。     

纳米双金属铁对阻燃剂四溴双酚A的降解效果的研究

研究了纳米双金属铁对阻燃剂四溴双酚A(TBBPA)的降解效果,对不同负载金属、溶液pH、TBBPA初始浓度、负载量以及投加量等影响因素进行了研究。结果表明:纳米双金属铁相对于纳米铁具有更高的活性,能够更加有效地降解TBBPA,通过不同负载金属Ni、Cu以及Ag的降解TBBPA表明,nZVI/Ag降解体系效果最佳。在25?C、pH=7的条件下,1 g/L的负载率w=0.5%的nZVI/Ag对初始浓度为5 mg/L的TBBPA的降解效果最佳。nZVI/Ag降解TBBPA的反应符合假一级动力学方程。TBBPA的降解速率常数随着pH和TBBPA初始浓度的增加而降低,随着nZVI/Ag投加量以及Ag负载率的增加而升高。     

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。     

零价铁/阳离子表面活性剂/生物炭对水体Cr(VI)的吸附研究

以常见柳条为生物炭原料,通过十六烷基三甲基氯化铵（CTMAC）进行阳离子表面活化,与零价铁、海藻酸钠混合制备了零价铁/阳离子表面活性剂/生物炭（Fe⁰?MBC）凝胶微球,探讨了其对水体Cr（VI）的吸附能力。借助XRF、FTIR、XRD以及Zeta电位等分析手段,对Fe⁰?MBC凝胶微球的结构与性能进行研究。通过分析反应时间、环境温度及pH对吸附的影响,在吸附动力学、等温线模型的基础上,初步探讨了吸附机制。通过吸附?解析循环实验,研究了Fe⁰?MBC凝胶微球的再生性能。结果表明,Fe⁰?MBC凝胶微球对Cr(VI)的吸附与准一级动力学和Langmuir等温吸附模型拟合度较高;Cr初始质量浓度100 mg/L、负载质量分数分别为5%和10%的零价铁的CTMAC活化生物炭对Cr（VI）的去除率在2 h时分别为89%、97%,最大饱和吸附量分别为33.777 9、42.562 0 mg/g;Fe⁰?MBC凝胶微球作为一种成本低、效率高的环境功能材料,对去除废水中的Cr(VI)具有良好的应用前景。     

盐酸恩诺沙星对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的致毒效应研究

为探讨水产养殖中氟喹诺酮类药物残留对水生生物的毒性效应,研究了盐酸恩诺沙星对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的急性毒性。结果显示,各药物质量浓度组对蛋白核小球藻的生长均有抑制作用,并且随药物处理质量浓度的增大,藻细胞的生长逐渐降低,显示出明显的剂量—效应关系。盐酸恩诺沙星对蛋白核小球藻的24,48,72,96h的EC50值分别为184.83,341.07,457.84,171.38μg/mL,叶绿素a和b的含量随着盐酸恩诺沙星处理质量浓度的增大呈现相同的变化趋势。