不同亚铁矿物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的表面吸附特征及机制比较研究

为探明稻田土壤还原条件下不同亚铁矿物对砷的修复潜力,本研究对比研究了磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿三种亚铁矿物在不同 pH 条件下（pH 3.00、5.00、7.00）对 As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附特征,并以电位滴定法探究了导致三种亚铁矿物吸持 As（Ⅲ）、As（Ⅴ）能力差异的表面电荷性质。等温吸附平衡实验结果表明,Langmuir模型能较好描述三种亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附过程。弱酸条件（pH=5.00）下,亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附容量依次为：磁铁矿[As（Ⅲ）：23.38 mg·g^-1,As（Ⅴ）：71.33 mg·g^-1] >菱铁矿[As（Ⅲ）：11.63 mg·g^-1,As（Ⅴ）：21.69 mg·g^-1]>黄铁矿[As（Ⅲ）：10.72 mg·g^-1,As（Ⅴ）：7.75 mg·g^-1],在弱酸性（pH=5.00）条件下三种矿物中磁铁矿对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）吸附容量最高。在中性（pH=7.00）条件下黄铁矿对As（Ⅲ）、菱铁矿对As（Ⅴ）吸附容量相对较高。供试pH条件下磁铁矿、菱铁矿对As（Ⅲ）的吸附强度较高,黄铁矿则对As（Ⅴ）的吸附强度较高。电位滴定实验测得亚铁矿物的电荷零点和总可变电荷量依次为：磁铁矿（pH 9.76;1.025 mol·g^-1）>菱铁矿（pH 7.52;0.240 mol·g^-1）>黄铁矿（pH 4.03;0.084 mol·g^-1）,表面活性位点密度依次为：黄铁矿（90.59 site·nm^-2）>菱铁矿（42.77 site·nm^-2）>磁铁矿（7.94 site·nm^-2）,亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附容量受溶液pH、总可变电荷量及其电荷零点影响。非专性吸附和专性吸附是磁铁矿和菱铁矿吸附As的主要方式,而黄铁矿则以专性吸附为主。研究表明,不同pH条件下不同亚铁矿物对稻田土壤砷的修复潜力不同,酸性条件下磁铁矿对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）有较好修复潜力,中性条件下黄铁矿对As（Ⅲ）、菱铁矿对As（Ⅴ）有较好修复潜力。     

多种藻类对As(Ⅲ)的耐受性及吸附研究

[目的]筛选到在自然条件下能有效去除水体中砷污染的微藻。[方法]以4种微型绿藻(小球藻Chlorella sp.(zfsaia)、Chlorellaminata、Chlorella vulgaris和羊角月牙藻Selenastrum capricormulum)为材料,选取6个不同浓度的As(III)(0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0mg/L)进行培养处理,以生物量、叶绿素a含量等生理指标研究这4种藻类对砷的耐受性及其吸附情况。[结果]小球藻Chlorella sp.(zf-saia)对砷的毒害有敏感性,当砷浓度超过10 mg/L时,其生长受到抑制,EC50值为17.32 mg/L;当砷浓度在0～20 mg/L范围内,羊角月牙藻Selenastrum capricormulum、小球藻Chlorella minata和Chlorella vulgaris生长不受影响,对砷具有较高的耐受性,24 h后,它们对砷的去除率分别达77.02%、72.18%和81.36%。[结论]该研究表明藻类在治理含砷废水和作为砷污染废水的指示性植物等方面具有良好的应用前景。     

多种藻类对As(Ⅲ)的耐受性及吸附研究(英文)

[目的]筛选到在自然条件下能有效去除水体中砷污染的微藻。[方法]以4种微型绿藻 (小球藻Chlorella sp.(zfsaia)、Chlorella minata、Chlorella vulgaris和羊角月牙藻Selenastrum capricormulum)为材料,选取6个不同浓度的As(III)(0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L)进行培养处理,以生物量、叶绿素a含量等生理指标研究这4种藻类对砷的耐受性及其吸附情况。[结果]小球藻Chlorella sp. zfsaia对砷的毒害有敏感性,当砷浓度超过10mg/L时,其生长受到抑制,EC50值分别为17.32 mg/L;当砷浓度在0～20 mg/L范围内,羊角月牙藻Selenastrum capricormulum、小球藻Chlorella minata和Chlorella vulgaris生长不受影响,对砷具有较高的耐受性,24 h后,它们对砷的去除率分别达77.02%、72.18%和81.36%。[结论]该研究表明藻类在治理含砷废水和作为砷污染废水的指示性植物等方面具有良好的应用前景。     

载镧生物质炭吸附水体中As(Ⅴ)的过程与机制

将镧氧化物的纳米颗粒通过浸渍、负载、炭化等流程负载到以玉米秸秆为原材料制备的生物质炭(Biochar)表面,得到了对水体中As(Ⅴ)具有高效吸附性能的载镧生物炭(La-biochar).采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线电子能谱(XPS)对制备所得La-biochar进行了表征,研究了吸附剂用量、接触时间、初始pH值和初始As(Ⅴ)浓度等因素对吸附过程的影响,同时探讨了吸附机制.结果表明:La-biochar对As(Ⅴ)的去除效率随着吸附剂量的增加而增加,最优吸附剂投加量为2.0 g·L^-1;La-biochar对As(Ⅴ)的吸附动力学过程数据遵循准二级吸附动力学方程,Langmuir吸附等温模型更适合描述La-biochar对As(Ⅴ)的吸附,并且吸附能力随着初始溶液pH值的增大而减小;La-biochar对As(Ⅴ)的吸附主要归结为复杂的离子交换过程.研究表明,La-biochar是一种高效的除砷吸附剂,具有一定的应用潜力.     

水铁矿对As(Ⅲ)的吸附性能的研究

以人工合成的水铁矿为吸附材料,研究水铁矿对三价砷离子的吸附特征,探索试验过程中吸附剂的添加量、温度、pH值等因素对吸附效果的影响.结果表明,用Langmuir和Freundlich方程都可以很好的拟合吸附量与三价砷初始浓度之间的关系,其相关系数均可达到显著水平;水铁矿对三价砷的去除率最高可达99.5％;35℃下的吸附量均比25℃大;水溶液的pH值对水铁矿吸附三价砷有很重要的影响,pH＜8时吸附量与吸附率随着pH上升而增加,pH=8时达到最大,pH＞8时,其吸附量与吸附率随pH上升而降低.     

微量As(Ⅲ)在粘土矿物上的吸附模拟实验研究

在20℃充氮条件下,模拟无氧的中性水环境,研究了高岭石和蒙脱石两种粘土矿物对微量(≤200μg·L-1)三价砷的吸附动力学和等温吸附特征.结果表明,高岭石对As(Ⅲ)的吸附量大于蒙脱石,反应24 h后达到平衡,吸附动力学模型可用Freundlich方程描述,热力学行为遵循Langmuir和Freundlich吸附等温线,As(Ⅲ)在粘土矿物上的吸附机理可能是亚砷酸与粘土矿物的＞AIOH羟基位发生表面络合反应的化学专性吸附,高岭石的吸附速率、吸附能和最大吸附量均大于蒙脱石.     

锰氧化物对As(Ⅲ)的吸附和氧化研究

以土壤中常见的锰氧化物(水钠锰矿,δ-MnO2)为材料,通过批试验研究了其对溶液中As(Ⅲ)的吸附和氧化机制。研究结果表明:大部分加入的As(Ⅲ)(1.0mg/L)在反应的数分钟内就可被锰氧化物氧化,氧化产物As(Ⅴ)的释放速度相当快,但还原产物Mn(Ⅱ)的释放速度则相对较慢;在反应的90min内,当初始质量浓度为0.5、1.0、5.0、10.0和15.0mg/L时,As(Ⅲ)去除率可分别达到93.59%、92.56%、92.31%、89.15%和87.17%。pH对锰氧化物氧化As(Ⅲ)的影响较为显著,升高pH有利于锰氧化物对还原产物Mn(Ⅱ)的吸附,但不利于As(Ⅲ)的氧化和对氧化产物As(Ⅴ)的吸附。     

不同碳素纳米材料对黄曲霉毒素B1的吸附

黄曲霉毒素B1(AFB1)对人体有较强的毒性,因此脱除食品中的AFB1具有重要意义.为了探究碳素纳米材料对AFB1的吸附机理,研究石墨、石墨烯、氧化石墨烯对AFB1的吸附,建立等温吸附曲线,进行吸附动力学、热力学分析,结合结构表征,探究其吸附过程,并用这3种碳素纳米材料脱除食品(食用醋、花生奶、花生油)中的AFB1.结...     

沸石-纳米零价铁的制备及其对溶液中Cu2+的吸附研究

采用液相还原法制备沸石-纳米零价铁复合材料,并通过添加不同质量的沸石得到不同铁与沸石比例的沸石-纳米零价铁复合材料(Z-nZVI),考查了不同比例复合材料对Cu~(2+)的吸附效果,确定最佳铁与沸石比例为1∶6,并对该比例材料、纳米零价铁与沸石进行了性状表征(包括:TEM、XRD及BET)。该比例复合材料对Cu~(2+)的吸附动力学实验结果表明,其吸附平衡时间约为1 h;动力学方程拟合结果表明,该材料的动力学过程更符合准二级动力学方程,且平衡吸附量达到515.46 mg·g~(-1)Fe0;对等温吸附实验数据进行Langmuir和Freundlich拟合结果表明,Langmuir方程更适用于描述沸石-纳米零价铁对Cu~(2+)的吸附。比较而言,沸石-纳米零价铁(1∶6)对于Cu~(2+)的吸附效果要优于纳米零价铁并远高于沸石。三因素三水平正交试验(溶液温度:25、35、45℃;pH:3、4、5;ZnZVI添加量:0.1、0.14、0.21 g·40 m L~(-1))结果表明,铁沸石比为1∶6的沸石-纳米零价铁对Cu~(2+)的最优吸附条件为:温度45℃,pH 3,Z-nZVI添加量0.21 g·40 m L~(-1)。上述结果表明沸石-纳米零价铁可应用于水体中Cu~(2+)的去除。     

人工纳米材料吸附放射性核素的机理研究

人工纳米材料因其优异的理化性能以及独特的微观结构,被广泛应用于航空航天、放射医疗、建筑、农业等多个领域,尤其在放射性环境污染治理方面有着巨大的应用价值和潜力。通过综述人工纳米材料对废水中的放射性核素[U(Ⅵ)、Eu(Ⅲ)、Co(Ⅱ)等]富集、去除等方面的研究,系统讨论吸附行为和作用机理,借助吸附动力学、吸附热力学、光谱分析技术、表面络合模型和理论计算等方法,对纳米材料吸附放射性核素机理进行了深入分析,表明纳米材料对放射性核素具有强吸附能力而在放射性废水处理领域有着良好的应用前景,认为在科学研究和实际应用过程中,还需开展更多的研究工作,重点应放在低成本、高选择性的功能性纳米材料的绿色环保制备和应用。通过对前期研究结果的总结,期望能对放射性废物处理以及人工纳米材料应用等研究提供一些帮助。     

掺杂稳定固定剂的沉积物样品吸附Cu、Zn的特征

利用掺杂稳定固定剂的沉积物样品进行cu、zn的热力学吸附,考察铁氧化物类、有机质类、黏土矿物类及磷酸盐类等11种物质的掺杂对沉积物样品吸附cu、zn热力学特征的影响。结果表明,所选用的掺杂材料中羟基磷灰石和磷酸氢二铵可同时提高沉积物吸附cu、zn的能力,其中Cu的最大吸附量提高70％～130％,Zn的最大吸附量提高150％以上,说明羟基磷灰石和磷酸氢二铵可望用作污染沉积物中重金属Cu、Zn的稳定固定剂。     

添加外源耐砷菌与零价铁对土壤砷有效性和形态的影响

采用室内土壤培养试验,探讨了外源添加耐砷真菌棘孢木霉（Trichoderma asperellum L.）和零价铁对土壤砷的有效性和形态转化的影响。结果表明：向污染土壤中添加耐砷真菌棘孢木霉后,随着培养时间的延长,土壤中水溶态砷和NaHCO3提取态砷含量均呈稳定增加趋势,耐砷真菌促进了土壤中砷的溶出和释放; 培养30 d时,耐砷菌处理土壤有效砷含量比同期对照增幅达3.9%~10.7%,水溶态砷以As（Ⅴ）为主,未检测到As（Ⅲ）、一甲基胂（MMA）、二甲基胂（DMA）等其他形态的砷;随着外源零价铁的加入,土壤中砷的活性大大降低,其有效砷含量降幅为76.5%~90.4%;在耐砷菌与零价铁联合作用下,相比于单纯的零价铁处理,土壤有效砷含量显著增加（P<0.05）,因耐砷真菌棘孢木霉的加入导致零价铁对土壤砷的固定效率下降7.0%~11.1%。耐砷菌导致土壤砷活化可能主要与残渣态向非专性吸附态砷的转化等过程有关,外源零价铁对土壤砷的固定作用可能与非专性吸附态向无定形及弱晶质氧化物结合态、残渣态砷等转化过程相关;耐砷菌的加入抵消了零价铁对土壤砷的部分固定效果,但短期内（<30 d）不会构成大的影响。     

氧化石墨烯对泰乐菌素的吸附特性

通过改良Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),通过批量平衡试验考察了其对泰乐菌素的吸附特性和机制。研究结果表明:GO对泰乐菌素的吸附在24 h可达到动态吸附平衡,吸附动力学可用拉格朗日二级动力学模型较好地拟合;吸附等温线用线性吸附模型可以较好地拟合;吸附随着p H值的升高而降低,随着离子强度的增大而减弱。     

GO/TiO2复合纳米材料对四环素的吸附作用及其再生效果研究

采用Hummers法制备的氧化石墨烯利用水热法获得氧化石墨烯（graphene oxide, GO）负载二氧化钛（titanium dioxide, TiO₂）复合材料（GO-TiO₂）, 采用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）、扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）、氮气吸附-脱附、Zeta电位等方法对材料进行表征。研究接触时间、温度、溶液pH值、初始TC浓度和离子强度等条件对GO-TiO₂吸附四环素（Tetracycline,TC）性能的影响,并考察 DBD等离子降解处理后吸附剂的再生效率。结果表明,GO-TiO₂复合材料对TC具有良好的吸附性能,并且该吸附过程受溶液pH和离子强度影响显著。此外,该吸附过程是一种单层的化学吸附和自发吸热过程。DBD等离子体对GO-TiO₂和GO 表面的TC处理后,由于TiO₂的催化作用使得GO-TiO₂再生效果比GO更好,并且再生后的GO-TiO₂在溶液中对TC仍有很高的吸附能力。     

纳米零价铁添加对猪粪好氧堆肥碳循环影响机制

旨在探究猪粪堆肥过程中添加纳米零价铁（NZVI）对堆肥碳循环的影响。将NZVI以干质量比0（T1）、2.5%（T2）、5%（T3）和7.5%（T4）与猪粪和枸杞枝条混合后,进行为期50 d的好氧堆肥。结果表明,在好氧堆肥过程中,堆肥有机质降解率随着NZVI添加比例增加而增加,但NZVI添加比例越高,富里酸和胡敏素降解速率越低。同时,NZVI添加增加CO₂和CH_{4排放量,分别增加50.82%~1.04倍和1.28倍~1.51倍。进一步分析表明,NZVI的添加提高了Sphaerobacter 和 Luteimonas相对丰度,促进难降解有机物的降解率。此外,NZVI添加能促进堆肥的脱毒,降低堆肥产品的生物毒性。在堆肥过程中,添加NZVI没有观察到腐殖物质的显著增加,但促进了有机质降解和产品脱毒,因此可用于有机物料的快速堆肥化处理。}     

负载型纳米零价铁对硝基苯的还原及铁形态变化

以短孔道有序介孔氧化硅材料Zr-Ce-SBA-15为载体,采用等体积浸渍-气相还原法制备铁硅摩尔比为0.15的纳米零价铁复合材料NZVI/Zr-Ce-SBA-15。以硝基苯(NB)为目标污染物考察复合材料对环状硝基化合物的还原性能,并对复合材料中铁粒子的存在形态进行分析。结果表明,复合材料比未负载纳米零价铁对NB具有更好的还原性能。NB溶液初始浓度为20 mg/L,复合材料投加量为1 g/L,反应12 h时溶液中NB的去除率可达93.6%,苯胺为最终还原产物。反应前材料中的铁以α-Fe0的形式存在,反应后大部分以非晶态铁氧化物的形式附着在材料的铁颗粒表面。     

生物炭-锰氧化物复合材料吸附砷(Ⅲ)的性能研究

以生物炭为对照,采用吸附试验,考察了炭-锰复合材料和生物炭对砷(Ⅲ)的吸附性能,应用Langmuir、Freundlich方程和吸附动力学方程分析了其对砷(Ⅲ)的吸附特征,并结合不同时间、吸附剂加入量及p H条件下对砷的吸附效果来探讨其吸附性能。结果表明,生物炭与炭-锰复合材料对砷(Ⅲ)的吸附均较迅速,在30 min内对砷(Ⅲ)的吸附即可达到最大,且吸附过程较符合准二级动力学方程(R2>0.99)。利用粒子分散模型进行拟合,发现炭-锰复合材料和生物炭吸附过程符合多过程吸附模型,炭-锰复合材料对砷的吸附能力明显提高,最大吸附容量从11.41 mg·g-1(生物炭)增加到20.08 mg·g-1(炭-锰复合材料),其吸附机制可能是炭-锰复合材料中的锰氧化物增加了复合材料表面的吸附位点;p H在3~7的范围内对复合材料吸附砷的影响作用不大。实验结果表明,炭-锰复合材料是一种很有发展前景的功能吸附材料。     

功能化氧化石墨烯对含Cr6+废水的吸附

对氧化石墨烯进行功能化,制得β-环糊精-磁性氧化石墨烯(β-CD-MGO),探究吸附剂用量、吸附时间、初始pH值、吸附温度等对吸附效果的影响。结果表明,在实验条件下,β-CD-MGO的最佳投加量为0.1 g·L^-1。随着吸附时间延长,β-CD-MGO对Cr⁶⁺的吸附量逐渐增大,吸附平衡时间为24 h。在30~50 ℃,温度越高,β-CD-MGO对Cr⁶⁺的吸附效果越差。在初始pH值1~3,随着pH值增大,β-CD-MGO的吸附效果显著下降;在初始pH值3~10,随着pH值增大,β-CD-MGO的吸附效果变化不明显。     

三价砷氧化细菌Acidovorax sp.GW2中As(Ⅲ)氧化酶基因和调控序列的克隆鉴定

通过反向PCR和细菌Fosmid文库筛选,克隆得到1株二三价砷[As(Ⅲ)]氧化细菌Acidovorax sp.GW2的As(Ⅲ)氧化酶Aox基因簇,包括aoxRSXABCD 7个基因,分别预测编码双组分信号传导系统转录调控子AoxR(同源性68%),周质感应组氨酸激酶AoxS(同源性55%),周质结合蛋白AoxX(同源性55%),砷氧化酶AoxAB(同源性分别为74%和71%),硝基还原酶AoxC(同源性46%),细胞色素C AoxD(同源性63%).反转录PCR结果显示,编码双组分系统的aoxRS基因共转录,而与之转录方向相反的结构基因aoxABCD处于同一操纵子中,aoxX基因和aoxRS基因不在同一操纵子中.通过对aoxS、aoxX、aoxD的基因敲除功能研究发现aoxS和aoxX基因为GW2三价砷氧化的必需基因,aoxD的功能丧失减慢了三价砷的氧化速率,但非关键基因.     

nZVI/PMS去除污染物机制及应用过程中控制参数对去除效果的影响

通过液相还原法制备纳米尺寸零价铁,并对其作SEM和XPS表征,分析纳米零价铁与过氧一硫酸盐反应前后结构和元素价态变化,纳米零价铁表面被氧化;以阿特拉津为目标污染物,过氧一硫酸盐为氧化剂,甲醇和叔丁醇作为自由基淬灭剂,结合反应过程中过氧一硫酸盐浓度变化和反应后溶液中铁含量推测纳米零价铁活化过硫酸盐降解阿特拉津反应机理,·...