铁基水处理材料除砷技术的研究进展

自然环境中的砷污染问题被认为是全球最严重的环境威胁之一,人类长期暴露于含砷饮用水环境中会引起各种疾病的发生,因此,开发经济有效的除砷技术一直是砷污染治理领域的研究热点。铁基水处理材料由于其对砷的良好亲和力、表面反应活性强、价廉易制、便于回收等特点,一直备受关注。本文综述了近年来不同铁基水处理材料如铁(氢)氧化物、纳米零价铁、铁基多金属氧化物复合材料除砷技术的研究进展,论述了铁基水处理材料对水相中砷去除的影响因素及机理;同时,对影响铁基水处理材料砷解吸的因素和毒性评估研究进行了总结;指出了目前铁基水处理材料砷污染去除技术研究中存在的主要问题,并对水相砷污染去除技术研究中值得关注的重要发展方向进行了展望。     

铁基复合材料的制备及其对水中锑的去除

水体中重金属污染物锑因为具有较高的积累毒性和致癌性而受到研究者的广泛关注。近年来由于世界范围内的锑污染问题日益严峻,因此急需发展经济高效的锑污染处理技术。纳米Fe~0、Fe_3O_4以及FeMnO_x等铁基复合材料凭借其吸附能力强,易分离回收以及安全环保等特点而成为国内外锑污染去除领域的研究热点。本文总结了零价铁和铁氧化物复合材料以及铁基双金属氧化物的制备、改性方法及其对水中污染物锑的去除,重点分析了不同铁基复合材料对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附机理,总结了温度、p H、共存离子等外界环境对铁基复合材料吸附性能的影响机制,优选了最佳的吸附条件。最后介绍了现有锑污染去除研究中存在的主要问题,展望了铁基复合材料处理水中锑污染物的重点发展方向。     

载铁复合环境材料的制备及对水体中砷的深度净化

铁及水合氧化铁可通过配位作用实现对砷的高效吸附分离,但因其颗粒板细,难以直接应用于水体砷污染控制中.将铁及水合氧化铁负载于多孔材料内表面制备载铁复合环境材料是解决这一问题的有效途径.目前国内外在载铁复合环境材料的制备与表征、吸附及再生性能、除砷机理、材料稳定性等方面进行了广泛的研究,部分材料已实现工业化生产与应用.本文简要综述了国内外常见载铁复合环境材料的制备方法及其除砷性能.     

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.     

碳基纳米材料对水环境中放射性元素铀的吸附

放射性元素铀既是核燃料的主要成分又是核废料后期处理的关键元素,对环境造成潜在的污染,铀的污染治理研究对治理核污染有着重要的现实意义。本文针对碳纳米管、石墨烯以及其他碳基纳米材料对水体环境中放射性元素铀的吸附研究进行了概述和展望,包括碳基纳米材料的制备方法、去除效果和吸附机理。此外,针对纯碳材料对铀吸附量低等问题,提出并归纳了多种表面改性及复合方法。总之,制备高效低成本的碳基纳米吸附材料,提高碳基纳米材料对复杂条件下放射性元素的高效处理能力,将成为今后重点研究方向。     

表层沉积物(生物膜)非残渣态组分的选择性萃取分离及其吸附铜/锌的特性

采用化学萃取技术对表层沉积物(生物膜)的非残渣态组分(铁、锰氧化物及有机质)进行了分离, 并研究了表层沉积物(生物膜)非残渣态和残渣态组分吸附铜、锌的特性. 结果表明, 0.1 mol/L NH2OH·HCl+0.1 mol/L HNO3, (NH4)2C2O4-H2C2O4缓冲溶液和体积分数为30%的H2O2可选择性地萃取分离表层沉积物(生物膜)非残渣态的锰氧化物、铁锰氧化物和有机质, 萃取率为63.15%～97.59%, 同时对非目的组分影响较小; 表层沉积物(生物膜)及其各组分对铜的吸附能力均大于对锌的吸附能力, 且生物膜及其各组分对铜、锌的吸附能力均高于表层沉积物及其相应组分对铜、锌的吸附能力; 表层沉积物(生物膜)非残渣态组分对铜、锌的吸附能力均大于残渣态组分, 且非残渣态组分中锰氧化物的单位吸附能力最强, 其次是铁氧化物, 而有机质的单位吸附能力较弱, 比锰氧化物低2个数量级, 说明生物膜对水体中痕量重金属的迁移转化作用强于表层沉积物, 而表层沉积物(生物膜)中金属(铁、锰)氧化物对水中痕量重金属起主要控制作用.     

利用Ostwald熟化作用合成空心碳纳米材料

以淀粉等易获得的生物质为碳前驱物, 亚铁盐为添加剂, 采用水热法制备了碳材料. 实验发现, 在反应过程中, 首先生成了被无定形碳包裹的铁氧化物纳米棒, 形成碳/铁氧化物的核/壳结构. 在进一步的反应中, 铁氧化物核自发溶解, 最终得到了空心的碳纳米棒. 讨论了铁氧化物自发溶解的原因, 认为空心碳纳米棒的形成是由Ostwald熟化现象造成的. 当以葡萄糖或环糊精为碳前驱物时, 得到的是空心碳球, 这可能与各种碳前驱物不同的表面活性剂作用有关.     

树脂基纳米复合材料吸附水中As(Ⅲ)的性能比较研究

分别将水合氧化铁/锆/铈3种纳米颗粒负载到强碱性阴离子交换树脂D201上,制备得到3种树脂基纳米复合材料HFO-201、HZO-201和HCO-201。3种纳米复合材料的比表面积、孔道结构等特征参数通过氮气吸附仪进行测定,并根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)和Barrett-Joyner-Halenda(BJH)模型进行计算。通过静态吸附实验考察了各种材料对水中As(Ⅲ)的吸附性能,结果表明,与HFO-201和HZO-201相比较,载铈复合材料HCO-201除As(Ⅲ)表现出更高的吸附容量、更快的吸附速率及更好的吸附选择性;模拟实际污水除砷工艺,开展固定床动态吸附研究,HCO-201的有效处理体积可达2900BV,高于HFO-201和HZO-201的有效处理体积(300BV、1150BV),吸附饱和后的HCO-201纳米复合材料可以通过NaOH-NaCl混合溶液实现完全再生。通过X射线光电子能谱(XPS)初步分析,HCO-201除砷机理可能是负载的Ce先氧化As(Ⅲ)成As(V),再进行吸附,从而实现As(Ⅲ)的强化去除。     

功能化碳质材料的制备及其对水中重金属的去除

重金属污染是目前最为严峻的环境问题之一,我国的重金属污染问题尤为突出。活性炭、纳米碳管和石墨烯等环境友好型碳质材料由于其比表面积大,吸附能力强等优点而被应用于水中重金属的去除,而进行官能团功能化改性后其吸附效果可以明显提高。本文重点阐述了活性炭、纳米碳管、石墨烯及生物质炭等碳质材料的巯基化(-SH)、氨基化(-NH₂)等功能化改性方法及其应用,考察了功能化碳质复合材料对水中重金属离子的去除效果和影响因素,最后展望了功能化碳质复合材料对水中重金属污染物去除研究的发展方向。     

石墨烯及其聚合物纳米复合材料

石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料,具有优异的机械性能、电性能和热性能等,是聚合物纳米复合材料的理想填料。近年来,石墨烯/聚合物纳米复合材料成为聚合物基纳米复合材料的研究热点。本文对石墨烯及其聚合物纳米复合材料的研究进展进行了综述。首先概述了石墨烯的不同制备方法及石墨烯的共价与非共价改性途径。然后重点总结了石墨烯/聚合物纳米复合材料的常用制备方法及其机械性能、导电性、导热性、耐热性及阻隔性能。最后,对该领域所存在的问题进行了总结,并展望了其发展趋势。     

纳米氧化铁的制备及其对砷的吸附作用

用均匀沉淀法、溶胶-凝胶相转移法和溶胶-凝胶蒸发干燥法制备了纳米氧化铁,研究了制备条件,并对产品进行了表征。扫描电镜和X射线衍射分析结果表明,以上3种方法制备的氧化铁,颗粒均在100~300 nm之间。用溶胶-凝胶蒸发干燥法制备的样品C和样品D具备典型α型Fe2O3的物相特征。吸附实验表明,合成的纳米氧化铁对砷(Ⅴ)均有较强的吸附性能,在初始砷质量浓度为2 mg/L,pH值在4.0~6.0的范围内,能使溶液中的砷含量降到0.01 mg/L以下,且吸附速度快,平衡时间短。溶胶-凝胶蒸发干燥法制备的纳米氧化铁在pH值为3.0、7.0和10.0时的最大砷吸附容量分别为30.96、30.58和17.06 mg/g,与其他纳米氧化物相比,用此方法制备的纳米氧化铁对As(V)有较大的吸附能力,较普通块体氧化铁的吸附除砷性能更优。其吸附等温线能用Langmuir方程进行拟合,确定系数R2>0.95。     

吸附—光催化联用去除室内挥发性有机物*

多孔吸附剂吸附和纳米TiO₂光催化是目前室内挥发性有机物（VOCs）去除所采用的主要手段。但存在吸附剂容量有限、饱和失效、TiO₂光催化剂活性低、失活和负载困难等问题。多孔吸附剂与纳米TiO₂联用,通过TiO₂光催化作用可实现吸附剂的原位再生,增加吸附剂的吸附容量;通过多孔吸附剂的吸附作用可为TiO₂光催化提供高浓度污染环境,提高催化剂活性,抑制催化剂失活,消除水蒸气分子对TiO₂表面活性吸附位的竞争吸附,解决催化剂分离难题;从而实现对室内VOCs污染的高效深度净化。本文对近年来多孔吸附剂与纳米TiO₂光催化联用去除室内VOCs进行了综合评述。介绍了吸附—光催化联用去除室内VOCs的多孔吸附剂类型,吸附/光催化复合材料的制备方法及常用反应器,分析了吸附—光催化联用去除室内VOCs过程中水蒸气、催化剂失活对光催化的影响等问题。     

碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用

碳纳米多孔宏观体是指由碳纳米材料自组装形成的宏观多孔材料。该材料保持了碳纳米材料大的比表面积及化学、热稳定性,对水体中的污染物,如油污、染料分子及重金属离子等具有良好的吸附性能。此外,该类材料具有宏观结构及稳定的机械性能,方便操作,且易实现所吸附物的回收及吸附材料的再生。因此,碳纳米多孔宏观体成为碳纳米材料研究和应用的热点。本文梳理了碳纳米多孔宏观体的制备及其在水处理中的应用,包括碳纳米多孔宏观体的制备、污染物吸附及材料再生等。首先对碳纳米多孔宏观体用于水体净化的背景进行了介绍,之后,按照组成单元不同,将碳纳米多孔宏观体按照碳纳米管多孔宏观体,石墨烯多孔宏观体,碳纳米纤维多孔宏观体及碳纳米粒子多孔宏观体进行了分类。第三部分,详细介绍了制备碳纳米多孔宏观体的三种常见方法并分别讨论了各种方法的优缺点及所制备产物的性质。第四部分,按照不同污染物种类讲述了碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用。最后,针对碳纳米多孔宏观体在水体吸附应用中存在的问题进行了分析及展望。     

壳聚糖-铝氧化物复合材料的制备、表征及吸附性能

以壳聚糖和异丙醇铝为原料通过化学键合法制备了壳聚糖-铝氧化物复合材料,通过FTIR、SEM、TG等方法对其进行了表征,考察了其对水溶液中Cu3+的吸附性能.结果表明,在制备的复合材料中,铝与壳聚糖发生了键合作用,无机铝氧化物均匀分散在壳聚糖中,复合材料的热稳定性得到显著提高;与壳聚糖及壳聚糖和Al2O3的混合材料相比,复合材料对Cu2+的吸附性能明显改善,其中吸附率比壳聚糖提高了13%,吸附量可达146mg/g.     

铁基纳米材料功能化及对水中汞离子的去除

在水体重金属污染中,汞污染问题日益严峻,已成为全球性环境问题之一。近年来,纳米FeS_x、Fe₃O₄、Fe等铁基材料凭借优越的吸附性能以及比表面积优势,受到研究者的广泛关注。对铁基纳米材料进行稳定化、官能团改性之后可以增强纳米粒子的分散度,为汞离子提供更多的吸附点位,进一步加强对水中汞离子的去除效果。本文重点阐述了纳米FeS_x的稳定化、Fe₃O₄等铁基材料的巯基化（-SH）、氨基化（-NH₂）等功能化改性方法及对Hg的去除;总结了功能化铁基纳米材料对水中Hg的去除效果和影响因素;探究了功能化铁基纳米材料去除水中汞的机理;最后展望了铁基功能化纳米材料处理水体汞离子的发展方向。     

用于地下水中砷去除的铈铁复合材料的制备和作用机制

对所研制的几种复合型稀土金属铁氧化物吸附剂对饮用水中砷(V)(As(V))的吸附性能进行比较实验, 结果表明铈复合吸附剂(CFA)的吸附性能较好. 利用X射线衍射(XRD)、表面电荷、红外光谱(IR)和X射线光电子能谱(XPS)等测定手段对CFA的性质和吸附机理进行了初步探讨. 材料的XRD表征表明, 稀土铁氧化物材料制备过程中稀土嵌入晶格起到了对铁氧化物规则晶体的破碎作用;通过酸碱滴定计算出来的CFA的零电荷点(pHzpc)为5.8, 结合IR表征揭示了由于材料的金属氧化物表面羟基作用引起的特性吸附对砷的去除起到的重要作用; XPS则表明少量稀土铈在铁基材料中的复合掺杂嵌入可以提高载体铁氧化物的活性, 从而增强了对砷的去除效果.     

磁性铁氧化物纳米粒子制备及其体内应用研究

磁性铁氧化物纳米粒子由于其生物相容性和低毒性而广泛的应用于生物医学领域。本文总结了近年来制备各种磁性铁氧化物纳米粒子的方法,比较了它们在粒径、结晶度以及制备条件等方面的优缺点,概括了对其进行表面修饰改性材料的种类,阐述近年来磁性铁氧化物纳米粒子在体内应用中药物运输、磁共振成像、磁热疗方面的进展,并指出当前应用中的主要方向和亟待解决的问题。     

铈铁复合氧化物阴离子吸附剂的表面酸碱特性研究

研究了用于水体砷等有害阴离子去除的稀土铈铁复合氧化物吸附剂的表面酸碱特性。利用电位滴定实验求定了铈铁复合氧化物吸附剂、铁氧化物和铈氧化物的表面质子电荷密度s0、零电荷点pHzpc (分别为5.8,6.2和6.8),表明特性吸附在砷等的去除中起主要的作用,铈铁复合氧化物吸附剂的表面总吸附位NS为4.1×10-3mol/L,运用表面络合恒定容量模式求算此复合氧化物吸附剂的表面固有酸度常数pKa1和pKa2,为进一步研究有害阴离子与去除材料的表面络合作用机制提供了重要参数。     

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。     

改性凹凸棒的制备及对砷离子的吸附研究

针对日益严重的砷离子污染问题，本文采用灵敏简便的原子荧光分析法，探究了凹凸棒石粘土吸附剂对砷离子的吸附性能，测定了pH、吸附时间、砷离子的初始浓度等因素对凹凸棒石粘土负载铁氧化物对砷离子吸附能力的影响，并通过SEM、EDX、FTIR对所制得的吸附剂进行了表征研究，同时进行了吸附动力学和吸附等温模型的分析。研究结果表明，改性后的凹凸棒对砷离子的吸附性能有了显著提升，在较低浓度时吸附效率可达98%，该吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学方程。