弱磁场强化零价铁对水中污染物的去除效能及其作用机制

作为一种环境友好、价格低廉的水处理药剂,零价铁（ZVI）的低反应活性已成为基于ZVI水处理技术工程应用的一个重要障碍.如何提高ZVI对污染物的去除已成为目前研究的焦点,作者课题组近年来围绕探究弱磁场（WMF）对ZVI除有毒污染物的正面效应及其作用机制展开了系列研究.该系列工作明确了WMF能够提高ZVI对有毒金属离子的去除速率,探明了WMF强化ZVI除污染的作用机制主要是通过磁场梯度力实现的.为进一步探索磁场对零价铁除污染的正面效应,作者提出通过磁场预磁化来提高ZVI对水中污染物的反应活性,且考察了该方法强化不同来源零价铁去除不同污染物的广谱性.利用WMF强化ZVI对水中污染物的去除具有高效、操作简单、低成本、适用广泛以及无二次污染等优点,因而利用WMF是一种应用前景广阔的提高ZVI活性的水处理技术.     

水中菲的类Fenton氧化降解及动力学研究

采用类Fenton氧化法对水溶液中的菲进行深度处理,研究纳米零价铁(n ZVI)投加量、H2O2投加量、溶液p H值和温度四个主要因素对菲去除效果的影响。结果表明在纳米零价铁(n ZVI)投加量为1.0 g/L、H2O2为10 mmol/L、p H为3.0、温度30℃的优化条件下,菲的初始投加量(浓度)为50 mg/L在60 min内菲的去除率达到100%。此外类Fenton氧化降解菲符合伪一级降解动力学模型,且菲的投加量(浓度)越高,降解速率越快,进一步说明类Fenton氧化技术对菲降解有很好的效果。     

硫化零价铁去除水中污染物的效能及交互机制

如何同步提升零价铁去除水中污染物的反应速率和电子选择性已成为近年研究热点。基于无氧体系下硫化能通过抑制零价铁与水之间的副反应而改善体系还原除污染物效能,系统概括了不同硫化方式、硫化药剂和硫化程度合成的硫化零价铁理化特征,并揭示了其与硫化零价铁在不同水氧环境下去除不同污染物反应活性和电子选择性的交互机制。硫化能够主要通过调控界面亲疏水和导电性能而实现改善零价铁除污染的效能,其提升表现主要依赖于硫化程度,而与硫化方式、硫化药剂相关性较低。最后,展望了基于硫化零价铁的水污染控制技术在地下水修复和工业废水处理的应用前景。     

零价铁技术在废水处理领域的应用研究进展

零价铁(ZVI)技术由于其高效性和经济性已经被应用于水处理中。针对ZVI的研究分为两个方面:一方面是研究ZVI改性,包括粒径、内部结构改变,ZVI与其他金属联用;另一方面则是探究ZVI去除水中不同污染物的机理,包括ZVI本身的还原性、FeOOH的吸附共沉淀性、ZVI促Fenton反应等。本文首先介绍了近年来海绵铁、nZVI、ZVI双金属法(微电解法)、ZVI-Fenton法、强氧化剂促ZVI法等水处理方法的研究进展;接着讨论了上述方法去除重金属、砷、硝酸盐、染料及苯酚的反应机理,指出ZVI对于上述几种污染物有着可观的去除效率;最后对未来ZVI处理废水领域的研究提出了建议。     

基于零价铝的氧化/还原技术在水处理中的应用

利用零价金属(ZVMs)处理环境污染物一直是环境治理领域的研究热点,其中以零价铁(ZVI)的研究最为广泛。近年来,零价铝(ZVAl)因其具有比ZVI更低的氧化还原电位(E⁰(Al³⁺/Al⁰)=-1.662 V, E⁰(Fe²⁺/Fe⁰)=-0.44 V)及其两性性质(反应pH可以拓展到碱性)而开始受到关注。目前环境领域关于ZVAl的研究主要集中于两类:以零价铝/氧/酸(ZVAl/O₂/H⁺)体系为核心的氧化体系和以零价铝/无氧(ZVAl/anaerobic)体系为核心的还原体系,其中前者因原位产生过氧化氢构成类Fenton氧化体系而备受关注。研究已发现,基于ZVAl的氧化/还原技术可有效去除酚类、偶氮染料、有机卤化物等有机污染物和Cr(Ⅵ)、As(Ⅲ)等无机污染物,且超声、微波、外加多金属氧酸盐(POM)、Fe²⁺等辅助手段对该技术有一定辅助效果。本文分别就基于ZVAl的氧化体系和还原体系,对其反应机理及去除水中污染物的国内外最新研究进展进行了综述和展望,以期促进ZVAl水处理技术的发展。铝作为地壳中最丰富的金属元素,ZVAl不存在像ZVI高pH值时产生沉淀的问题,相信随着ZVAl表面氧化膜这一制约因素的逐渐解决,其在水处理领域将有更广泛的应用。     

基于零价铁的地下水化学还原修复体系中的电子转移有效性和电子竞争机制

近年来,基于零价铁的化学还原技术因其高效性逐渐被应用于受污染地下水的原位修复。但是,该技术在实际应用中仍面临一些亟待解决的问题。零价铁作为一种高活性的电子供体,除了和目标污染物反应外,还可以与地下水中其他的氧化性物质（如O₂、H⁺或NO₃^-等）反应。这些反应所造成的零价铁腐蚀,不仅会降低修复效率还会增加地下水修复成本。此外,同类或多类污染物间也存在对零价铁所释放电子的相互竞争,从而影响各自的去除效率。本文综述了基于零价铁的地下水修复体系中的电子传递过程和氧化物间的电子竞争机制,从零价铁的腐蚀和电子传递、零价铁电子选择性量化指标的提出和量化方法、地下水体中多种共存氧化物间电子竞争作用、电子效率的影响因素以及强化措施等方面进行详细介绍。最后,对该技术今后发展方向作出了展望,以期为其今后实际的地下水修复应用提供参考。     

非均相芬顿体系协同去除复合双污染物:化学转化,pH影响和机理分析

系统研究了ZVI(零价铁粉)-Fenton体系协同去除铜离子和亚甲基蓝(MB)污染物过程中, ZVI微表面发生的化学转化以及目标污染物降解机理. 分别利用扫描电子显微镜(SEM), X射线能谱(EDS), X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术, 对比分析了反应前后以及不同体系之间ZVI表面结构, Fe和Cu化学转移的变化. 结果表明, 在ZVI/H₂O₂体系中反应后ZVI表面腐蚀产物较多, 主要为Fe₃O₄和Fe₂O₃. 在ZVI/H₂O₂-Cu体系中, 虽ZVI腐蚀作用更加剧烈, 但ZVI表面残留的腐蚀产物较少, 且腐蚀产物中Fe₃O₄含量的占比增加. Cu ²⁺主要还原产物为Cu ⁰, 同时还伴随着CuO的生成. pH影响实验表明, ZVI/H₂O₂-Cu体系不仅强化了MB的降解, 有效地去除了总溶解铜离子(TCu), 同时还扩大ZVI-Fenton体系的有效pH范围(pH=2.5~5.5). 叔丁醇捕获自由基实验表明, 羟基自由基是氧化降解MB的主要活性物质. 最后针对ZVI-Fenton体系协同去除复合双目标污染物的机理进行研究分析.     

水环境中ZVI/氧化剂体系及其电子迁移作用机制

利用零价铁(Zero-Valent Iron,ZVI)去除水环境中的污染物成为近年来的研究热点。当O_2、H_2O_2等氧化剂存在时,ZVI、氧化剂与污染物之间的电子迁移机制非常复杂,ZVI和氧化剂之间的相互影响机制尚无定论。传统观点认为,O_2会促进ZVI钝化膜的形成并阻断电子传递从而降低ZVI的还原性能。然而O_2可在ZVI作用下通过双电子传输转化为H_2O_2,构成ZVI/O2类Fenton体系;在此基础上,利用额外加入H_2O_2、HSO_5~-、S_2O_8~(2-)等氧化剂,发展出了基于·OH或SO_4~(·-)的ZVI/氧化剂高级氧化体系(ZVI-AOPs),从而氧化降解有机污染物。有学者认为H_2O_2、KMnO_4、S_2O_8~(2-)等强氧化剂的加入反而可以加快ZVI腐蚀和失电子的速率,从而提高ZVI去除重金属等污染物的还原性能,该研究结论对钝化膜机制提出了挑战。ZVI与氧化剂的联合作用还可以实现同时还原去除重金属和氧化降解有机物,也可以对卤代有机物等抗氧化污染物实现先还原后氧化去除。本文综述了基于ZVI/氧化剂的高级氧化或还原体系及其电子迁移机制,同时对ZVI与氧化剂的联合作用体系作一总结,并就值得深入研究的问题进行了展望。     

零价铁技术在废水处理领域的应用研究进展

零价铁（ZVI）由于其高效性和经济性已经被应用于水处理中。针对ZVI的研究分为两个方面：一方面是研究ZVI改性,包括粒径、内部结构改变、ZVI与其余金属联用;另一方面则是探究ZVI去除水中不同污染物的机理,包括ZVI本身的还原性,FeOOH的吸附共沉淀性,ZVI促Fenton反应。本文首先介绍了近年来ZVI最新研究进展：a. 海绵铁,b. nZVI,c. ZVI双金属法（微电解法）d. ZVI-Fenton法,e.强氧化剂促ZVI法;接着探究了上述方法去除：（1）重金属,（2）砷,（3）硝酸盐,（4）染料,（5）苯酚的反应机理且发现ZVI对于上述几种污染物有着可观的去除效率;最后对未来ZVI处理废水领域的研究提出了建议     

纳米零价铁去除水体中砷的效能与机理

全球超过一亿人受到高毒性、难处理的砷污染引发的饮用水安全的威胁,解决砷污染问题迫在眉睫而又任重道远。纳米零价铁(nZVI)能高效去除重(类)金属、硝酸盐、磷酸盐、高氯酸盐、卤代物、多环芳烃、偶氮染料和苯酚等污染物,成为广泛应用的工程纳米材料之一,在全球已有近60例的环境原位修复和废水处理工程案例。其独特的纳米级核壳结构和表面性质使其能够通过吸附、还原和沉淀等多种作用高效去砷。本文综述了近年来nZVI及其改性材料去除水中砷的研究进展,探讨了nZVI去除水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的反应机理,归纳了不同反应条件(初始pH值、反应时间、nZVI投加量、砷初始浓度、共存离子和有机质)对去除效果的影响,总结了nZVI改性材料(多孔材料负载改性nZVI、金属掺杂改性nZVI、表面稳定剂改性nZVI和绿色合成nZVI)对砷的去除效率,展望了纳米零价铁去除砷的发展方向和所面临的挑战。     

OH(3) (-) and O(2)H(5) (-) double Rydberg anions: predictions and comparisons with NH(4) (-) and N(2)H(7) (-)

A low barrier in the reaction pathway between the double Rydberg isomer of OH(3) (-) and a hydride-water complex indicates that the former species is more difficult to isolate and characterize through anion photoelectron spectroscopy than the well known double Rydberg anion (DRA), tetrahedral NH(4) (-). Electron propagator calculations of vertical electron detachment energies (VEDEs) and isosurface plots of the electron localization function disclose that the transition state's electronic structure more closely resembles that of the DRA than that of the hydride-water complex. Possible stabilization of the OH(3) (-) DRA through hydrogen bonding or ion-dipole interactions is examined through calculations on O(2)H(5) (-) species. Three O(2)H(5) (-) minima with H(-)(H(2)O)(2), hydrogen-bridged, and DRA-molecule structures resemble previously discovered N(2)H(7) (-) species and have well separated VEDEs that may be observable in anion photoelectron spectra.     

Syntheses and structures of the infinite chain compounds Cs(4)Ti(3)Se(13), Rb(4)Ti(3)S(14), Cs(4)Ti(3)S(14), Rb(4)Hf(3)S(14), Rb(4)Zr(3)Se(14), Cs(4)Zr(3)Se(14), and Cs(4)Hf(3)Se(14)

The alkali metal/group 4 metal/polychalcogenides Cs(4)Ti(3)Se(13), Rb(4)Ti(3)S(14), Cs(4)Ti(3)S(14), Rb(4)Hf(3)S(14), Rb(4)Zr(3)Se(14), Cs(4)Zr(3)Se(14), and Cs(4)Hf(3)Se(14) have been synthesized by means of the reactive flux method at 823 or 873 K. Cs(4)Ti(3)Se(13) crystallizes in a new structure type in space group C(2)(2)-P2(1) with eight formula units in a monoclinic cell at T = 153 K of dimensions a = 10.2524(6) A, b = 32.468(2) A, c = 14.6747(8) A, beta = 100.008(1) degrees. Cs(4)Ti(3)Se(13) is composed of four independent one-dimensional [Ti(3)Se(13)(4-)] chains separated by Cs(+) cations. These chains adopt hexagonal closest packing along the [100] direction. The [Ti(3)Se(13)(4-)] chains are built from the face- and edge-sharing of pentagonal pyramids and pentagonal bipyramids. Formal oxidation states cannot be assigned in Cs(4)Ti(3)Se(13). The compounds Rb(4)Ti(3)S(14), Cs(4)Ti(3)S(14), Rb(4)Hf(3)S(14), Rb(4)Zr(3)Se(14), Cs(4)Zr(3)Se(14), and Cs(4)Hf(3)Se(14) crystallize in the K(4)Ti(3)S(14) structure type with four formula units in space group C(2)(h)()(6)-C2/c of the monoclinic system at T = 153 K in cells of dimensions a = 21.085(1) A, b = 8.1169(5) A, c = 13.1992(8) A, beta = 112.835(1) degrees for Rb(4)Ti(3)S(14);a = 21.329(3) A, b = 8.415(1) A, c = 13.678(2) A, beta = 113.801(2) degrees for Cs(4)Ti(3)S(14); a = 21.643(2) A, b = 8.1848(8) A, c = 13.331(1) A, beta = 111.762(2) degrees for Rb(4)Hf(3)S(14); a = 22.605(7) A, b = 8.552(3) A, c = 13.880(4) A, beta = 110.919(9) degrees for Rb(4)Zr(3)Se(14); a = 22.826(5) A, b = 8.841(2) A, c = 14.278(3) A, beta = 111.456(4) degrees for Cs(4)Zr(3)Se(14); and a = 22.758(5) A, b = 8.844(2) A, c = 14.276(3) A, beta = 111.88(3) degrees for Cs(4)Hf(3)Se(14). These A(4)M(3)Q(14) compounds (A = alkali metal; M = group 4 metal; Q = chalcogen) contain hexagonally closest-packed [M(3)Q(14)(4-)] chains that run in the [101] direction and are separated by A(+) cations. Each [M(3)Q(14)(4-)] chain is built from a [M(3)Q(14)] unit that consists of two MQ(7) pentagonal bipyramids or one distorted MQ(8) bicapped octahedron bonded together by edge- or face-sharing. Each [M(3)Q(14)] unit contains six Q(2)(2-) dimers, with Q-Q distances in the normal single-bond range 2.0616(9)-2.095(2) A for S-S and 2.367(1)-2.391(2) A for Se-Se. The A(4)M(3)Q(14) compounds can be formulated as (A(+))(4)(M(4+))(3)(Q(2)(2-))(6)(Q(2-))(2).     

Bis(trifluoroacetyl) peroxide, CF(3)C(O)OOC(O)CF(3)

Pure, highly explosive CF(3)C(O)OOC(O)CF(3) is prepared for the first time by low-temperature reaction between CF(3)C(O)Cl and Na(2)O(2). At room temperature CF(3)C(O)OOC(O)CF(3) is stable for days in the liquid or gaseous state. The melting point is -37.5 degrees C, and the boiling point is extrapolated to 44 degrees C from the vapor pressure curve log p = -1875/T + 8.92 (p/mbar, T/K). Above room temperature the first-order unimolecular decay into C(2)F(6) + CO(2) occurs with an activation energy of 129 kJ mol(-1). CF(3)C(O)OOC(O)CF(3) is a clean source for CF(3) radicals as demonstrated by matrix-isolation experiments. The pure compound is characterized by NMR, vibrational, and UV spectroscopy. The geometric structure is determined by gas electron diffraction and quantum chemical calculations (HF, B3PW91, B3LYP, and MP2 with 6-31G basis sets). The molecule possesses syn-syn conformation (both C=O bonds synperiplanar to the O-O bond) with O-O = 1.426(10) A and dihedral angle phi(C-O-O-C) = 86.5(32) degrees. The density functional calculations reproduce the experimental structure very well.     

Mixed ligand titanium(IV) complexes. Chlorobis(dithiocarbamato)bis(methylsalicylato)titanium(IV) andbis(dithiocarbamato)bis(methylsalicylato)titanium(IV)

Summary Dichlorobis(methylsalicylato)titanium(IV) reacts with potassium or amine salts of dialkyl or diaryl dithiocarbamates in 11 and 12 molar ratios in anhydrous benzene (room temperature) or in boiling CH₂Cl₂ to yield mixed ligand complexes: (AcOC₆H₄O)₂ Ti(S₂CNR₂)Cl (1) and (AcOC₆H₄O)₂ Ti(S₂CNR₂)₂ (2), R=Et, n-Pr, n-Bu, cyclo-C₄H₈ and cyclo-C₅H₁₀. These compounds are moisture sensitive and highly soluble in polar solvents. Molecular weight measurement in conjunction with i.r.,¹H and¹³C n.m.r. spectral studies suggest coordination number 7 and 8 around titanium(IV) in (1) and (2) respectively.