不同尺寸纳米针铁矿表面性质及其对Cr(Ⅵ)吸附量的比较

为增进对纳米矿物在控制污染物环境行为方面的认识,通过控制Fe(Ⅲ)/OH-摩尔浓度比、老化温度,合成了尺寸大小依次为10.1、24.5、36.4 nm的针铁矿,利用XRD、HRTEM、ζ-电位和ATR-FTIR等表面分析技术研究了它们晶体结构和表面性质的差异,并比较了它们对Cr(Ⅵ)吸附量的大小.XRD分析发现10.1 nm针铁矿结晶度较低,某些晶面发育不完整.在结晶过程中,所有样品均出现某些相互平行晶面彼此粘连的晶筹现象.针铁矿体相羟基(υ_OH)伸缩振动、(001)晶面上羟基(δ_OH)面内和面外弯曲、Fe-O对称伸缩振动频率分别在3140、892、795、630 cm^-1左右.10.1 nm样品表面ζ-电位和等电点(PZC)均比其他2个样品的高,说明其表面正电荷数量最多,并表现为对Cr(Ⅵ)吸附量最大.针铁矿吸附Cr(Ⅵ)后,表面ζ-电位显著降低.同时,表面吸附态Cr(Ⅵ)红外振动频率与溶液离子态有明显不同,反映针铁矿对Cr(Ⅵ)吸附方式以专性吸附为主.     

零价铁粉对水稻土中六价铬的还原作用及其影响因素研究

【目的】研究雷州半岛水稻土吸附 Cr（Ⅵ）反应特征以及零价铁粉对水稻土中 Cr(VI) 的还原作用, 分析相关因素对上述过程的影响。【方法】通过批处理等温吸附和动力学实验,考察反应物浓度、时间、pH、 离子强度和陪伴离子等因素对 Cr（Ⅵ）吸附量和还原比例的影响,并用相关反应模型对数据进行拟合分析。【结果】 在所研究的 0.1~2.0 mmol/L 初始浓度范围内,水稻土对 Cr（Ⅵ）吸附未达到饱和,吸附等温线可用 Langmuir 方 程拟合（R2=0.9963）。提高 pH 和离子强度将抑制 C（Ⅵ）吸附,且吸附动力学曲线可用假一级反应动力学方程 拟合（R2=0.9935）。在所研究的反应条件下（初始溶液 pH4.0、0.20 mmol/L Cr（Ⅵ）、0.01 mmol/L NaCl、5.0 g 土 +0.25 g 零价铁粉、体系总体积 250 mL）,Cr（Ⅵ）还原比例可达 100%。溶液中 Cr 质量衡算表明,所生成的 Cr（Ⅲ）可部分被吸附到固体表面。磷酸根和邻菲罗啉的存在均可降低 Cr（Ⅵ）还原比例,提高反应体系 pH 不利于 Cr（VI）还原,其比例可从 pH4.34 时的 100% 下降至 pH6.87 时的 56.3%。【结论】水稻土吸附 Cr（Ⅵ） 反应机理包含静电吸附,高 pH 条件所导致的土壤表面对 Cr(VI) 的静电斥力增加以及背景电解质中阴离子的竞争 吸附均可减少水稻土对 Cr（Ⅵ）的吸附量;零价铁粉对水稻土中 Cr（Ⅵ）的还原比例随 pH 升高逐渐减少,且 磷酸根的存在有抑制作用。     

改性沸石对Cr(Ⅵ)与F~-的竞争吸附性能研究

利用粉煤灰合成改性沸石吸附Cr(Ⅵ)与F-,考察沸石投加量、初始pH、吸附时间对其竞争吸附效果的影响,研究沸石吸附Cr(Ⅵ)与F-的吸附等温线和吸附动力学模型。结果表明,沸石投加量、初始pH与吸附时间均对沸石吸附Cr(Ⅵ)与F-的效果影响显著。沸石对Cr(Ⅵ)与F-吸附去除率随着沸石投加量的增加而提高,而单位质量的沸石吸附剂对Cr(Ⅵ)与F-的吸附容量均不断下降。沸石对Cr(Ⅵ)的吸附去除率随初始pH升高而降低,而对F-的吸附去除率随初始pH升高先下降再上升。沸石对两种离子的吸附去除率随着吸附时间的延长而不断提高,且竞争吸附主要集中在90 min以内完成。在整个吸附过程中,Cr(Ⅵ)在竞争吸附过程中占优势,两种离子的吸附顺序始终为Cr(Ⅵ)F-。沸石对Cr(Ⅵ)与F-的吸附过程均更符合Freundlich吸附等温模型,且准二级动力学方程能够较好的描述沸石对两种离子的吸附行为。     

土壤中铬的化学行为研究——Ⅰ.几种矿物对六价铬的吸附作用

本文研究了三水铝石、针铁矿、高岭石、二氧化锰对Cr(Ⅵ)的吸附作用,结果表明:四种矿物对Cr(Ⅵ)吸附等温线符合Langmuir和Freundlich公式,吸附动力学曲线可以用Elovich公式、双常数速率公式和抛物线扩散公式来描述。溶液中离子强度的增加,四种矿物对Cr(Ⅵ)吸附量都有不同程度的减少。三种阴离子对Cr(Ⅵ)吸附量的影响为:H_2PO_4-和HPO_4~(2-)>SO_4~(2-)>>Cl-.二氧化锰对Cr(Ⅵ)的吸附量随pH升高而降低,高岭石、针铁矿和三水铝石对Cr(Ⅵ)吸附量在pH 6～7之间出现吸附最大值。     

溶液化学环境对Cr（Ⅵ）和As（Ⅴ）在农田土壤中吸附和垂向迁移的影响

选择工业固体废物附近的农田土壤,研究共存金属离子、无机盐、有机质、pH值及温度对土壤吸附Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的影响.结果表明,在众多影响因素中,pH值和KH2PO4是对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)吸附影响最明显的两个因素,pH值的升高(2.0～8.0)和KH2PO4(0.01～1.0 mol·L-1)的存在不利于Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附.利用土柱淋溶实验考察pH值和KH2PO4对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)在土壤中迁移、转化的影响发现,较高的pH值(7.0)和KH2PO4(0.1 mol·L-1)的存在有利于Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的迁移.低pH(4.0)下的淋溶增加了土壤中交换态Cr和As的相对和绝对含量,提高了重金属的生物可利用性.高pH(7.0)及KH2>PO4>存在时的淋溶减小了交换态Cr和As的含量,降低了重金属的生物可利用性.淋溶实验后,土壤中分别平均有95%的Cr(Ⅵ)和11%As(Ⅵ)发生了还原反应生成了Cr(Ⅲ)和As(Ⅲ).从而在一定程度上降低了Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的迁移性.     

粉煤灰合成A型沸石及对电镀废水中Cr(Ⅵ)的吸附研究

以粉煤灰为基本原料,成功合成了NaA型沸石。通过XRD对合成物的物相和形貌进行了分析,并将合成的NaA型沸石应用于含Cr(Ⅵ)电镀废水的吸附处理研究。结果表明,用1.67 mol/L NaOH溶液溶解过滤粉煤灰后添加铝源制备溶胶,在100℃条件下,晶化350min后可制备出单相的NaA型沸石。NaA沸石对Cr(Ⅵ)离子有快速吸附作用,NaA沸石的加入量、溶液的初始pH值、吸附时间和吸附温度对Cr(Ⅵ)离子去除率有较大影响。     

BS-12+DTAB复配修饰膨润土吸附Cr(Ⅵ)和Cd2+的研究

为了探究和比较两性+阳离子复配修饰膨润土对不同类型重金属离子[Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)]的吸附效应及影响机制,采用阳离子型表面修饰剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB或DT)复配修饰两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12或BS)修饰膨润土,批处理法研究各复配修饰土样对Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)的等温吸附的异同,并对比温度、pH值和离子强度对吸附的影响。结果表明:各复配修饰膨润土对Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型。供试土样对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量呈现BS+150DT(150%CEC的DTAB复配修饰膨润土)BS+100DTBS+50DTBS+25DTBSCK(膨润土)的趋势,且最大吸附量(qm)为205.67 mmol·kg-1(BS+150DT)。土样对Cd~(2+)的平衡吸附量表现为BSCKBS+25DTBS+50DTBS+100DTBS+150DT,其qm值为232.38 mmol·kg-1(100BS)。10~40℃范围内,CK、BS修饰土对Cr(Ⅵ)吸附量为增温正效应,而BS+DT复配修饰土对Cr(Ⅵ)吸附呈现自发、焓减和熵增的特征;各供试土样对Cd~(2+)的吸附均表现为自发、焓增和熵增的特征。随着pH值的升高,各修饰土样对Cr(Ⅵ)的吸附量均逐渐降低,而对Cd~(2+)的吸附量逐渐增加。离子强度增加不利于供试土样对Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)的吸附。BS+DT复配修饰膨润土表面的电荷类型、电荷数量是决定Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)吸附差异的主要因素。     

玉米芯粉体吸附去除水溶液中铬离子的研究

以玉米芯粉体作为吸附剂,吸附处理含Cr(Ⅵ)模拟废水,研究了温度、接触时间、吸附剂用量、吸附剂粒径和废水初始p H值对玉米芯粉体吸附处理含Cr(Ⅵ)模拟废水的影响。结果表明:玉米芯粉体的吸附能力随着温度的增大而增大。吸附反应的前80 min反应较为迅速。玉米芯用量为0.5 g时去除率最大。随着玉米芯粉体粒径的减小,Cr(Ⅵ)离子去除率先增大后减小,粒径为0.097~0.105 mm时单位吸附量达到最大。低的初始p H值有利于提高玉米芯吸附去除率,p H值为0.5时玉米芯粉体对Cr(Ⅵ)离子的去除率达到了99.725%。     

蔬菜地土壤对Cr（Ⅵ）的吸附——解吸特征研究

以韶关某蔬菜地土壤为研究对象,研究了反应时间、反应物浓度、pH值、共存离子等因素对Cr(Ⅵ)吸附反应的影响,并在此基础上研究了Cr(Ⅵ)的解吸特征,区分了有机质和氧化铁等组分对Cr(Ⅵ)吸附的贡献。结果表明：在pH值为4.0～6.0的范围内,Cr(Ⅵ)吸附反应48 h可达到平衡。Cr(Ⅵ)吸附百分比随着pH值的上升而下降,且pH值越低,静电吸附方式所占比例越高,这是因为pH值越高,土壤表面负电荷量越多,对Cr(Ⅵ)的静电斥力越强。Cu²⁺的存在可降低土壤表面负电荷量,由此促进Cr(Ⅵ)吸附和提高静电吸附方式所占比例;加入H₂PO₄^-后,土壤表面负电荷量增加,Cr(Ⅵ)吸附受到抑制,但专性吸附方式所占比例有所提高。在所研究的初始浓度范围内,去除有机质、非晶质氧化铁和游离氧化铁后,Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别下降24.63、6.40和9.89个百分点。本结论将有助于了解Cr(Ⅵ)在该土壤固、液两相的分配平衡、生物有效性和迁移性,对其污染风险控制可提供一定的理论支撑。     

Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）在改性秸秆吸附剂上的同步快速解吸方法及应用

新型低成本吸附剂(改性玉米秸秆)去除重金属阴离子Cr(Ⅵ)的机理复杂,涉及吸附和还原转化两部分。本文通过建立铬在改性玉米秸秆上的解吸方法,将吸附的Cr(Ⅵ)与Cr(Ⅲ)同时转移至液相进行定量分析,从而应用于Cr(Ⅵ)去除过程中吸附与形态变化机理的定量描述。通过考察不同解吸液(HCl、H_3PO_4、NaCl)以及解吸液浓度、解吸时间、解吸温度等因素对总铬解吸效果的影响,确定了对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)均具有良好解吸效果的解吸方法,即:采用2mol·L~(-1)H_3PO_4为解吸液,在解吸液体积20mL、25℃条件下,振荡10min,总铬回收率达95%。并以此为基础,通过系列Cr(Ⅵ)吸附-解吸实验,对吸附平衡后固-液两相中铬的形态分布进行定量分析并探讨Cr(Ⅵ)的吸附和形态变化机理。结果表明,改性秸秆吸附Cr(Ⅵ)符合Langmuir等温方程,最大吸附去除容量达35.9mg·g~(-1);吸附过程中Cr(Ⅲ)生成量随Cr(Ⅵ)吸附去除量的增加而增加,两者呈正相关(R~2=0.986);当达到饱和吸附后Cr(Ⅲ)的生成量趋于稳定,约3.7mg·g~(-1)。     

晶面依赖Fe2O3电催化降解有机污染物性能研究

采用溶剂热法和水热法分别调控合成2种不同晶面暴露的α-Fe_2O_3,通过X-射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜等表征手段证实2种α-Fe_2O_3分别为{001}晶面暴露的纳米片和{110}晶面暴露的纳米棒结构。将2种α-Fe_2O_3应用于电-Fenton去除有机污染物,电催化降解测试表明,将2种α-Fe_2O_3分别负载在碳纤维(CF)上作为阴极材料降解罗丹明B、甲基蓝和阿特拉津等有机污染物时,均表现出稳定的去除能力,且{110}晶面暴露的α-Fe_2O_3纳米棒活性远高于{001}晶面暴露的α-Fe_2O_3纳米片。电化学分析结果表明,{110}晶面暴露的Fe_2O_3相比于{001}晶面暴露的α-Fe_2O_3,具有更强的电子传递能力,在通电条件下其表面的Fe(Ⅲ)更容易被还原成Fe(Ⅱ);而生成的Fe(Ⅱ)会进一步促进·OH和·O_2~-等含氧活性物质的生成,进而提高有机污染物的降解效率。     

膨润土改性及对水中Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

【目的】提高膨润土对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。【方法】采用氢氧化钠和壳聚糖对膨润土进行改性,分别得到碱改性膨润土(B-NaOH)、壳化膨润土(B-CS)和壳化碱改性膨润土(B-NaOH-CS)。以钠基膨润土(B)为对照,利用红外光谱仪、扫描电镜和比表面积分析仪表征3种改性膨润土的理化性质,研究其对Cr(Ⅵ)的吸附性能。【结果】B-NaOH-CS中出现了强N—H吸收峰以及增强的C—H对称弯曲峰,同时B-NaOH-CS表面片状结构卷曲分散,层间孔隙增多,比表面积是其他膨润土的1.2倍以上。当Cr(Ⅵ)质量浓度为50 mg·L~(-1)时,B-NaOHCS对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量为1.03 mg·g~(-1),分别是B-CS、B-NaOH的1.26、1.84倍。描述膨润土吸附Cr(Ⅵ)的动力学过程,准二级动力学模型优于准一级动力学模型;描述膨润土吸附Cr(Ⅵ)的热力学过程,Langmuir等温模型优于Freundlich等温模型。热力学参数△H0、△G0、△S0,表明膨润土吸附Cr(Ⅵ)为吸热、自发、无序反应。B-NaOH在pH=7.0时对Cr(Ⅵ)的吸附量最大,B-CS、B-NaOH-CS在pH=3.0时对Cr(Ⅵ)的吸附量最大。【结论】B-NaOH-CS对Cr(Ⅵ)的吸附效果最好,改性膨润土对去除Cr(Ⅵ)污染有重要作用。     

ZrAl_3晶体的附着能与生长形态

本文应用n-m势能参数,对金属间化合物ZrAl_3晶体各晶面的附着能进行了计算。计算结果表明,由于ZrAl_3晶体的结构特点──四个伪晶胞沿纵向排列形成长条形的生长基元,某些台阶面的附着能甚至比某些平坦面还要低些。根据计算结果所得出的ZrAl_3晶体的理论生长形态为{001}片状习性加上由 {101}及{112}所组成的侧面。然而,由于 <110> 周期键链的锯齿形特征,{112}不可能与{101}共存且不稳定,故理论生长形态应仅由大平面{001} 与小棱面{101}所组成,与实验观测结果相符。     

玉米芯活性炭的制备及其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

利用硫酸作脱水剂制备玉米芯活性炭,并应用于废水中Cr(Ⅵ)的吸附。试验考察了pH对吸附效果的影响、吸附平衡时间的确定、吸附剂的用量和Cr(Ⅵ)的初始浓度对吸附的影响,进而确定用玉米芯制备出的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的最优条件。通过动力学吸附模型的考察,玉米芯活性炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型。与FTIR谱图相结合,推断玉米芯经过硫酸碳化后,含氧功能团增加,加强了活性炭将Cr(Ⅵ)还原Cr(Ⅲ)的能力,导致吸附容量增加。玉米芯的低温炭化,对农业废弃物的再利用提供了一个切实可行的思路,对寻找废水中重金属离子的吸附剂具有潜在的现实意义。     

Cr（Ⅵ）还原菌Microbacterium sp. QH-2对铝氧化物吸附铬影响的研究

氧化铝是土壤中最丰富和最活泼的矿物质之一,能对土壤中铬元素的迁移和转化产生影响。而土壤Cr(Ⅵ)还原菌能将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。本研究探讨了Cr(Ⅵ)还原菌对铝氧化物吸附铬的影响。结果表明,在pH为4时,γ-氧化铝对Cr(Ⅵ)吸附能力明显强于α-氧化铝。α-氧化铝和γ-氧化铝与Cr(Ⅵ)还原菌株Microbacterium sp. QH-2混合培养后,二者的晶体结构并未受影响,但菌株QH-2的存在增加了α-氧化铝和γ-氧化铝对总铬的吸附量。     

黄壤对铬(Ⅵ)吸附特性的研究

用振荡平衡法研究了西南地区不同母质发育的4种黄壤对Cr(Ⅵ)的吸附行为。结果表明,黄壤对Cr(Ⅵ)有明显的吸附作用,等温吸附曲线可以用Freundlich方程、Langmuir方程和Temkin方程描述。最大吸附量(M)为冰碛黄壤>玄武岩黄壤>再积黄壤>老风化壳黄壤。酸度和温度对黄壤吸附Cr(Ⅵ)均有影响。随pH值升高,吸附量下降,当pH值升高到一定时,吸附量不再有所变化;随温度升高,吸附量增大,其相关性达显著或极显著水准。     

硫掺杂零价铁去除Cr(Ⅵ)的机理及环境影响因素

为提高对六价铬[Cr_2O_7~(2-),Cr(Ⅵ)]的去除能力,采用硫代硫酸钠对零价铁(ZVI)进行改性。采用吸附实验研究所制备的硫化零价铁(S-ZVI)在不同环境条件下对溶液中Cr(Ⅵ)的去除能力,结合对材料的表征分析,探讨了S-ZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:硫掺杂后形成FeSx并覆盖在ZVI表层,所得S-ZVI的表面积约为ZVI的2倍。硫化改性有效地提高了材料对水体中Cr(Ⅵ)的吸附和还原能力。在pH为3时的吸附数据更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,其中S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除量约为ZVI的3倍。反应后材料的解吸实验和XPS分析显示Cr(Ⅵ)大部分被还原为Cr(Ⅲ),并进一步被吸附沉淀。硫化改性提高了ZVI的导电能力,从而提高了ZVI在Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递速率。低pH值和高温更有利于两种吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除,而腐植酸(HA)抑制Cr(Ⅵ)的去除。因此,S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除包括还原、吸附和共沉淀机制,S-ZVI较好的性能可能与其良好的电化学特性和较大的表面积有关。     

土壤、矿物对Cr(Ⅵ)吸附机制的研究

本文研究了土壤、矿物对Cr(Ⅵ)的吸附机制,结果表明:土壤中铝对Cr(Ⅵ)的吸附起着主要作用,土壤、矿物对Cr(Ⅵ)的吸附机制和磷酸根相似,以专性吸附为主,吸附过程中伴随着羟基的释放,溶液中磷酸根、氟离子和硫酸根等阴离子的存在,强烈抑制了土壤、矿物对Cr(Ⅵ)的吸附,而C1~-和NO_3~-的影响较小。     

动态条件下壳聚糖稳定纳米铁去除水体中Cr（Ⅵ）的研究

以重金属Cr(Ⅵ)为目标污染物,在两种实验条件下(实验柱Ⅰ为模拟污染水样,实验柱Ⅱ为实际污染水样)考察了壳聚糖稳定纳米铁对Cr(Ⅵ)的去除能力。实验柱Ⅰ和实验柱Ⅱ分别在第160PV和127PV时发生了击穿效应。与实验柱Ⅰ相比,实验柱Ⅱ中壳聚糖稳定纳米铁对Cr(Ⅵ)的去除能力降低了25%。SEM表征显示,实验柱Ⅱ中壳聚糖稳定纳米铁的表面形成了许多葡萄状晶体,它们的存在导致实验柱Ⅱ中纳米铁的去除能力明显低于实验柱Ⅰ。XPS表征显示,由于Ca和Mg的氢氧化物替代了部分铁氢氧化物,导致实验柱Ⅱ中壳聚糖稳定纳米铁表面Fe原子的相对含量低于实验柱I。Cr元素高分辨率XPS能谱分析显示,在实验柱Ⅰ的条件下Cr(Ⅵ)被还原得更充分,而且在两种实验条件下都有部分Cr(Ⅵ)被吸附在纳米铁表面最终没有被零价铁所还原。     

高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ)对有机酸还原Cr(Ⅵ)的影响

通过批式试验研究了高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的影响.结果表明,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对3种有机酸还原Cr(Ⅵ) 均有良好的催化作用,其效果大小依次为:草酸、柠檬酸、酒石酸.酒石酸为还原剂,当其初始浓度≤2.0 mmol·L-1时,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的催化作用小显著,但其催化作用随酒石酸初始浓度的增加而明显提高.温度和pH对高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 催化草酸和柠檬酸还原Cr(Ⅵ) 有显著影响,温度越高,反应速率越快;当pH在3.5～4.5范围内,草酸对Cr(Ⅵ) 的还原反应速率随pH的降低而显著升高;然而,柠檬酸对Cr(Ⅵ) 的还原速牢却在pH=4.0时为最快.