纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展

重金属离子危害严重.本文综述了近几年纳米零价铁去除水中重金属离子的研究,总结了纳米零价铁去除水中重金属离子的机理,主要包括:纳米零价铁的表面吸附-配合、还原、吸附-还原,并对纳米零价铁在这一领域的应用进行了展望.     

纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略

纳米零价铁直接还原降解有机污染物运行长效性差,且不能矿化有机污染物.利用纳米零价铁还原活化分子氧生成活性氧物种可以氧化甚至矿化有机污染物.在最近的研究中,作者提出了纳米零价铁活化分子氧的双途径机理,即铁核电子转移到氧化铁壳表面的双电子还原活化分子氧途径和氧化铁表面结合态亚铁离子的单电子还原活化分子氧途径,阐释了纳米零价铁核壳结构依赖的分子氧活化降解有机污染物性能机制及性能增强策略.证实在纳米零价铁活化分子氧体系添加少量亚铁离子能在零价铁表面形成更多的结合态亚铁,显著增强纳米铁表界面活性氧物种生成量;同时,在纳米零价铁活化分子氧体系中引入少量有机或无机配体亦可提高活性氧物种产生效率,从而增强有机污染物降解性能.最后讨论了典型环境因素如pH值、共存离子、天然有机物等影响纳米零价铁活化分子氧降解有机污染物性能的规律.     

功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展

随着核能的广泛应用和核技术的快速发展,环境中放射性核素铀的污染日益严峻.纳米零价铁（Nanoscale Zero Valent Iron：nZVI）因其具有廉价、制备简便、高表面活性及对铀高效的吸附性能等特性而逐渐成为环境中铀污染处理的良好材料.采用可行的方法制备纳米零价铁复合材料,借助单体材料之间的协同效应可进一步提高材料对铀酰的吸附性能.因此,纳米零价铁复合材料的制备以及应用成为近期环境科学领域的研究热点之一.针对纳米零价铁及其复合材料对环境中铀酰的去除研究进行了概述和展望,包括纳米零价铁及其复合材料的制备方法、去除效果及去除机理,并且简要探讨了纳米零价铁及其复合材料在环境放射性污染治理的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

纳米零价铁与重金属的反应:“核-壳”结构在重金属去除中的作用

重金属是一类毒性较高、处理难度较大的环境污染物.纳米零价铁因为具有高效分离、固定重金属的潜能而受到广泛关注.其独特的纳米级核壳结构和表面性质使纳米零价铁能够通过吸附、还原和沉淀等多种作用高效去除重金属.现代仪器分析手段的进步,特别是高分辨电子显微成像技术的发展,为深入研究纳米零价铁的微观结构以及纳米零价铁与重金属的作用机理开辟了新的视角.本文重点讨论了纳米零价铁的结构、性质及其在重金属去除中的作用.研究借助高分辨率的球差校正扫描透射电镜(Cs-STEM)成像,配合高灵敏度的X射线能谱仪(XEDS)进行化学分析,旨在更好地了解纳米零价铁的精细结构及其与重金属的界面反应过程和机理.在深入理论研究的同时,通过"小试—中试—工程"逐级放大的方法,系统论证了纳米零价铁处理重金属废水的可行性.结果表明,纳米零价铁可有效、同步去除实际废水中铜、砷、铅、锌等多种重金属,并具有较高的去除负荷.     

负载零价铁膨胀石墨的合成及对水中NO3-去除的效果与机制

以网络状孔型结构发达的膨胀石墨（EG）为载体,采用化学沉积法制备了负载零价铁（ZVI）的膨胀石墨（EG-ZVI）.利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪及X射线光电子能谱仪（XPS）等对负载及反应前后的EG-ZVI进行表征,探究了EG-ZVI对硝酸根（NO₃^-）的去除效果并对其反应产物及机理进行了分析.结果表明,亚微米级零价铁已负载到EG石墨表面,且分布均匀;与EG相比,EG-ZVI对NO₃^-的去除能力显著提升,其去除率是EG的2.3倍.得益于铁碳原电池效应,EG-ZVI对pH依赖性比零价铁低,即使在pH=9的条件下,NO₃^-去除率依然能达到65%以上,是单独用零价铁处理时的1.83倍;EG-ZVI去除NO₃^-是吸附和还原过程共同作用的结果,符合三级动力学模型,其还原过程由负载在EG表面的零价铁发生腐蚀提供电子,从而还原NO₃^-产生以NH₄⁺-N为主的含氮化合物;EG-ZVI对NO₃^-具有较强的还原吸附作用,并能解决零价铁在反应过程中生成惰性层或金属氢氧化物导致去除效率低的缺陷,使其在含NO₃^-废水的处理中具有较高的应用潜力.     

钴掺杂的磁性氧化铁纳米粒子的可控合成

通过油酸盐前驱体高温热解法制备出大小均匀的钴掺杂四氧化三铁球形纳米粒子, 其钴/铁摩尔比可以通过调节油酸钴与油酸铁的比例进行调变. 当产物中钴/铁摩尔比从0.024增加到0.156, 所制备的氧化铁纳米粒子的饱和磁矩从39 emu·g^-1逐渐减小到30 emu·g^-1, 而矫顽力从0 Oe升至190 Oe. 在305℃下, 随着反应体系的热解时间由0.5 h 增加到3 h, 所制备出的氧化铁纳米粒子尺寸逐渐由7 nm增加到14 nm. 热解时间较短时, 以高价态的四氧化三铁的晶型为主, 辅之以少量的氧化亚铁; 热解时间增加至2 h, 产物的晶型为四氧化三铁和氧化亚铁的复合物; 而继续增加热解时间至3 h, 除四氧化三铁和氧化亚铁之外, 还出现少量的零价态的CoFe合金, 说明铁(钴)元素经历了由三价到二价, 最后被还原为零价的过程. 随着反应温度的升高, 产物的尺寸逐渐增大, 同时产物中氧化亚铁的含量增多.     

纳米零价铁复合材料制备、稳定方法及其水处理应用

纳米零价铁(nZVI/Fe⁰)因极高的催化活性和经济适用性备受关注,但实际推广中受团聚性和空气不稳定性等限制。为解决这些问题,近年来国内外学者研究开发了系列纳米零价铁的复合材料和稳定方法,在制备方法、基体材料和环境修复方面均有了较大进展。本文对近五年的研究成果进行汇总,从复合载体研究、稳定方法和水环境应用三个方面对纳米零价铁复合材料研究进行较全面的综述和展望。在纳米零价铁负载方面,本文对聚合物载体、黏土矿物、碳材料和金属氧化物载体的相关研究进行了总结;在颗粒稳定性方面着重讨论了复合金属、表面涂层、硫化方面的新成果;在水环境应用方面,本文指出纳米零价铁主要通过吸附、还原、络合、共沉淀、电化学反应、(类)芬顿氧化等过程实现水中的重金属以及有机物的去除,光、热、电、超声、微波的引入可显著增强水体中污染物的处理效果。     

壳聚糖稳定纳米铁的制备及其对地表水中Cr(Ⅵ)的去除性能

以可生物降解材料壳聚糖为稳定剂, 制备了平均粒径为 82.4 nm的纳米零价铁颗粒. 热重分析表明, 经壳聚糖改性后, 纳米铁在340 ℃以下具有很好的热稳定性. 批试验结果表明, 壳聚糖稳定纳米铁对水体中Cr(Ⅵ)有很强的去除能力, 在空气中放置60 d后, 壳聚糖稳定纳米铁仍具有较高的活性. 壳聚糖分子中的氨基和羟基可与Fe(Ⅲ)形成稳定的螯合物, 阻止Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)共沉淀的形成, 从而促进零价铁的腐蚀和Cr(Ⅵ)的还原去除.     

纳米零价铁在水相反应中的表面化学和晶相转化

纳米零价铁在水相中的表面化学特性和晶相等性质变化,将影响其反应活性及环境归趋等.总结近期课题组关于纳米零价铁在水相中表面化学和晶相转化的研究进展,为纳米零价铁污染控制化学提供基础理论.重点探讨水中有无溶解氧、不同水力学条件复氧（静态和扰动）、重金属共存、无机阴离子共存对纳米零价铁颗粒表面化学特性和晶相转变的影响.同时也研究高分子电解质表面修饰后,颗粒在水相中表面及晶相的演变及对重金属去除性能的影响.研究表明,纳米零价铁与水相中的水分子、溶解氧、重金属离子及无机阴离子反应,零价铁失去电子演变为氧化铁、羟基氧化铁等;环境条件对颗粒结构性能产生影响,从而影响污染物去除效率及其在环境中的归趋.未来研究将重点探讨结构性能动态变化与不同污染物之间反应性能的影响,建立纳米颗粒的结构与性能之间关系模型,为纳米零价铁材料的环境应用提供理论依据.     

改性凹凸棒石黏土负载纳米铁/钯双金属对4,4′-二溴联苯醚的去除研究

通过分步还原法制备了改性凹凸棒石黏土负载纳米零价铁/钯双金属复合材料(OA-Fe/Pd),并通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)对其进行表征.以改性凹凸棒石黏土(OA)和改性凹凸棒石黏土负载纳米零价铁材料(OA-Fe)为对照,探讨了OA-Fe/Pd对溶液中4,4′-二溴联苯醚(BDE15)的去除性能,并考察了Pd负载量、材料投加量、BDE15初始浓度、溶剂条件和溶液初始pH对去除BDE15的影响.XRD和TEM表征结果表明纳米零价Fe/Pd双金属颗粒较均匀地分散在OA表面,双金属颗粒粒径小于100 nm.去除动力学实验结果表明OA-Fe/Pd对溶液中BDE15的去除性能显著高于OA和OA-Fe.OA-Fe/Pd对BDE15的去除速率随着Pd负载量和材料投加量的增大而增大,而随着BDE15初始浓度、溶剂中四氢呋喃的比例、溶液初始pH的增大而减小.OA-Fe/Pd对BDE15的去除动力学过程符合准一级动力学方程.OA-Fe/Pd对BDE15的去除机制主要为还原脱溴降解.在适宜的条件下,BDE15可被OA-Fe/Pd完全还原脱溴为联苯醚(DE).     

纳米Fe3O4磁性液体稳定性的研究

The effect of interaction（attraction effect and repulsion effect）between magnetic particles on the stability of nanometer magnetic fluids was analyzed theoretically. It was pointed that the size and concentration of magnetic particles and the coating of surfactant were important factors affecting the stability of magnetic fluids. Nanosized Fe3O4 magnetic fluids were prepared by the chemical co-precipitation method. Characterized by means of TEM,zeta potential and so on,the magnetic fluids had the mean size of 10 nm and exellent stability. The stability of magnetic fluids was researched experimentally as to the factors such as the method of adding starting materials,the speed of stirring,dispersion effect,surfactants coating occasion,coating time and adding amount,and pH. The affecting mechanism of these factors was analyzed further.     

磁性纳米材料的制备及其吸附重铬酸根离子的性能

采用沉降法合成的Fe3O4,通过二氧化硅的包裹和3-氯丙基三甲基硅烷处理后键合聚乙烯亚胺(PEI)、季铵盐化等步骤合成功能化的磁性纳米材料。 二氧化硅的包裹增加了Fe3O4纳米颗粒的分散性和稳定性。 使用FT-IR、SEM、TG和振动样品磁强计对其进行了表征,结果表明,成功的改性了磁性纳米材料。 采用静态法研究了磁性纳米材料对重铬酸根的吸附性能及各种因素对吸附性能的影响。 分离富集环境中重铬酸根的适宜条件为：酸性介质,温度25 ℃,重铬酸钾的浓度0.8 g/L,吸附量120 mg/g,接枝量越大,吸附量增加。     

制备沸石基纳米非晶软磁材料的新方法及其磁性

首次以分步水热合成封装法于孔径分别为0.56,0.73和0.78nm的沸石ZSM-5,Naβ和NaY的孔道中成功地封装了强磁性材料SmCo₅和铁氧体Fe₃O₄,并测得其磁滞回线及饱和磁化强度M_s,剩余磁化强度M_r和矫顽力H_c.实验结果表明,体相Fe₃O的矫顽力为8117A/m.封装后减小至1114A/m;体相SmCo₅的矫顽力为55863A/m,封装后减小至5491A/m,即由体相强磁性材料变为纳米非晶软磁材料,这是纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应所致.并由XRD,IR和磁滞回线对该材料进行了表征.     

Nanometer SiO2 modified with 5-sulfosalicylic acid as selective solid-phase extractant for Fe(III) determination by ICP-AES from biological and natural water samples

A new modified nanometer SiO₂ using 5-sulfosalicylic acid (SSA) as a solid-phase extractant was used for separation, preconcentration and determination of Fe(III) in aqueous solutions by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). Its adsorption and preconcentration behaviour for Fe(III) in aqueous solutions was investigated using static procedures in detail. The optimum pH value for the separation of Fe(III) on the newly designed sorbent was 3.5. Complete elution of the adsorbed Fe(III) from the nanometer SiO₂-SSA was carried out using 2.0 mL of 0.01 mol L^− 1 of HCl. The time of 90% sorption was less than 2 min for Fe(III) at pH 3.5. Common coexisting ions did not interfere with the separation and determination of Fe(III) at pH 3.5. The maximum static adsorption capacity of the sorbent at optimum conditions was found to be 44.01 mg of Fe(III) per gram of sorbent. The relative standard deviation (RSD) of the method under optimum conditions was 3% (n = 5). The procedure was validated by analyzing three certified reference materials (GBW 08301, GBW 08504, GBW 08511), the results obtained were in good agreement with standard values. The nanometer SiO₂-SSA was successfully employed in the separation and preconcentration of the investigated Fe(III) from the biological and natural water samples yielding 100-folds concentration factor.     

制备温度对Fe-B纳米金属玻璃组成及性质的影响

通过调变反应温度,制得了B含量变化范围较大的Fe100-xBx(x=23～40)系列纳米金属玻璃。用Mossbauer,ICP,XRD,TEM,DSC等实验手段,研究了制备条件对B含量的影响及其原因,样品的结构、晶化温度/微粒的聚集状态和表观粒度等物性与反应温度(B含量)的关系,揭示了Fe-B纳米金属玻璃的化学制备研究中反应温度的重要作用。     

新型磁性Fe3O4/EDTA复合纳米粒子的制备及性能研究

采用氨羧络合剂EDTA对纳米磁性Fe3O4粒子进行表面改性,制备出能够螯合金属离子和放射性核素离子的磁性Fe3O4/EDTA复合纳米粒子.用X射线衍射、红外光谱、透射电子显微镜、光电子能谱、振动样品磁强计和原子吸收光谱对复合粒子进行了表观形貌、结构、磁学及螯合性能表征.结果表明,纳米磁性Fe3O4和EDTA之间能够有效地以化学键合方式进行复合.改性后,Fe3O4/EDTA纳米复合粒子可以对包括放射性金属离子在内的多种金属离子具有良好的络合效果.     

Speciation analysis of selenoproteins in human serum by microbore affinity-HPLC hyphenated to ICP-Sector field-MS using a high efficiency sample introduction system

Silica gel and nanometer SiO₂ modified with 4-(2-aminoethylamino)-N-(2-(2-aminoethyl amino)ethyl)butanamide (SG-AAEB and nanometer SiO₂-AAEB), which were prepared based on chemical immobilization, were used as sorbents for the solid phase extraction of Cu(II), Fe(III), and Pb(II) prior to their determination by inductively coupled plasma optical emission spectrometry. Adsorption efficiencies of the two sorbents towards metal ions were investigated by batch and column procedures. For both sorbents the preconcentration conditions of analytes including effects of pH, shaking time, sample flow rate and adsorption capacity, were investigated and compared. The differences of silica gel and nanometer SiO₂ in sizes and surface structures resulted in distinct chemical activity and selectivity toward metals. At pH 4, the adsorption capacity of SG-AAEB was found to be 12.2, 14.5 and 9.8 mg g^?1 for Cu(II), Fe(III), and Pb(II), respectively. In comparison, nanometer SiO₂-AAEB showed a high selectivity toward Pb(II) and has a much larger adsorption capacity (22.3 mg g^?1). Furthermore, the application of SG-AAEB and nanometer SiO₂-AAEB for simultaneous preconcentration of trace Cu(II), Fe(III), and Pb(II) from natural samples was performed with satisfactory results.     

铁、铈共掺杂纳米TiO2溶胶的制备及抗菌性能

采用微波辅助胶溶工艺,在常压条件下,制备了可用于室内杀菌的铁、铈共掺杂纳米TiO₂水溶胶,通过X-射线衍射(XRD)、等离子体发射光谱(ICP)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对产物结构进行了表征,并选用白色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌为受试菌种,分别在无光照、自然光照条件下,采用菌落计数法对水溶胶抗菌性能进行了检测。结果表明,用微波辅助胶溶工艺制备的Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂为锐钛矿型,其平均粒径为10 nm。Fe/Ce的掺杂改性能有效提高纳米TiO₂水溶胶的抗菌性能,尤其是在自然光照条件下,Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂溶胶在6 h内对各测试菌种的杀菌率均为95%以上,表明Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂水溶胶具有很高的广谱杀菌性。采用透射电镜(TEM)对杀菌过程中的大肠杆菌菌体形态进行观测,探讨了Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂水溶胶的抗菌机理。     

Magnetic manipulation and optical imaging of an active plasmonic single-particle Fe-Au nanorod

Superparamagnetic microbeads play an important role in a number of scientific and biotechnology applications including single-molecule force measurements, affinity separation, and in vivo and in vitro diagnostics. Magneto-optically active nanorods composed of single-crystalline Au and polycrystalline Fe segments were synthesized with diameters of 60 or 295 nm using templated electrodeposition. The Fe section was magnetically soft and had a saturation magnetization of approximately 200 emu/g, resulting in a 10-fold increase in magnetization relative to that iron oxide nanoparticles. The strong plasmonic response of the Au segment of the rod in both the longitudinal and transverse directions made it possible to detect the orientation of a single rod in a polarized light microscope with nanometer resolution. These nanorods provide significantly improved physical properties over iron oxide superparamagnetic beads, making it possible to simultaneously manipulate and monitor the orientation of biomolecules with well-defined forces at the nanometer scale.     

普宁市60例危重住院儿童铁磷镁锌的测定及临床分析

为探讨危重症住院儿童体内微量元素含量与健康的关系 ,用电感耦合高频等离子体发射光谱法 ,对住院的 60例危重症儿童进行了全血铁磷镁锌测定 ,并分性别与正常值和对治疗前后健康情况进行了比较。结果表明 ,与正常值比较危重儿童的铁锌明显缺乏 (P <0 0 1 ) ,镁磷缺乏不显著 (P >0 0 5 ) ,与性别关系不大 (P >0 0 5 ) ,药物及膳食治疗前后有显著性差异 (P <0 0 1 ) ,与健康有明显关系。提示危重症住院儿童铁锌普通缺乏 ,与健康有明显关系 ,合理营养及药物治疗 ,能缩短疗程提高治愈率。