铁锰氧化物/碳基复合材料的制备及其对水中砷的去除

砷污染问题日益严峻,已威胁到人类的健康,因此,解决水环境中的砷污染问题迫在眉睫。近年来,铁锰氧化物/碳基复合材料因其吸附性能优越和易分离再生等优点而受到广泛的关注。尤其是纳米碳管、石墨烯等新型纳米碳基材料,其比表面积大并具有丰富的官能团,为铁/锰氧化物的负载创造了良好的条件,在其表面可以形成粒径更细的铁/锰氧化物,为砷的吸附提供了更多的吸附点位。本文重点介绍了国内外铁锰氧化物/碳基复合材料的制备方法并比较了各种制备方法的优缺点;讨论了铁锰氧化物/碳基复合材料除砷效果以及其吸附机理;分析了铁锰氧化物/碳基复合材料的再生性能并指出其在实际应用中尚存在的问题,最后展望了该材料处理水体中砷的发展方向。     

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。     

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。     

微生物铁氧化还原作用对水中砷锑去除影响的研究进展

砷锑污染在全球领域广泛存在,与常规的铁氧化物相比,微生物铁氧化生成的含Fe(Ⅲ)矿物对水中砷/锑(As/Sb)具有更强的吸附能力,并因其高效、实用和环境友好而具有广阔的应用前景,但微生物铁还原也可能导致被吸附的As/Sb再次释放。本文综述了微生物铁氧化还原作用对As/Sb去除影响的研究进展,归纳了铁矿物“合成-溶解-转化”的微生物循环过程以及该循环伴随的水中As/Sb固定、溶解与转化机理,整合了微生物合成Fe(Ⅲ)矿物的矿物学性质、对As/Sb固定的热动力学规律和络合机制,总结了微生物合成Fe(Ⅲ)矿物对As/Sb去除的影响因素,基于该研究的现存问题展望了利用微生物铁氧化还原作用去除As/Sb的发展方向。     

耐酸性的磁性纳米复合材料去除水中有机污染物

以纳米级的ZIF-67为前驱体,在惰性氛围中碳化(氩气氛围,800℃,1h)后,再酸洗的方法,合成了一种能在广泛的pH范围内稳定存在的Co/C磁性纳米材料.选择合适的碳化温度,使形成的石墨化碳材料均匀包覆Co纳米粒子,提高磁性Co纳米粒子的耐酸性,使得此复合材料在pH 1 ～13的范围内均能稳定存在.将这种复合材料用于水中有机染料罗丹明B和孔雀石绿的吸附,材料在广泛的pH范围对这两种染料均有着较好的吸附性能.对吸附等温线进行拟合,发现此材料对罗丹明B和孔雀石绿的吸附符合朗格缪尔吸附模型,两种染料最大吸附容量分别为400和562 mg/g.此材料具有很好的重复使用性,可以用乙二醇进行洗脱,循环使用5次以后,吸附容量未明显降低.此材料对实际污水中的有机污染物的去除效率达到97％以上.     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

新型石墨烯磁性复合材料的制备及其对水中亚甲基蓝的吸附去除

采用绿色、温和的方法合成了一种新型的磁性纳米复合材料(Fe3O4@PDA@RGO),并考察了其对水溶液中亚甲基蓝的吸附去除效果。多巴胺通过自聚合作用可以直接吸附到Fe3O4表面,其既是氧化石墨烯(GO)的还原剂,也是Fe3O4和还原态氧化石墨烯(RGO)组装的偶联剂。反应过程中无需热处理或加入其他有机试剂。利用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、X衍射光谱(XRD)和拉曼光谱等技术对制备的磁性纳米复合材料进行了表征。结果表明,Fe3O4@PDA@RGO具有较强的磁性(37.8 emu·g-1),对亚甲基蓝有较高的吸附去除能力(98 mg·g-1)。Fe3O4@PDA@RGO对亚甲基蓝的吸附能力随着p H值的增大而增强,其吸附过程符合拟二级反应动力学方程和Langmuir吸附模型。Fe3O4@PDA@RGO作为吸附剂,其性质稳定,经磁性分离可重复利用10次以上。     

石墨烯基吸附剂的设计及其对水中抗生素的去除

抗生素的大量使用,所带来的环境污染问题受到广泛关注。吸附法因去除效率高、普遍适用性强,呈现出广阔的应用前景,开发新型吸附剂是高效能吸附处理的关键。近年来石墨烯优良的物理和化学性质以及吸附性能,使其成为重要的抗生素吸附剂。由于石墨烯自身的局限性以及对石墨烯吸附剂处理效能和稳定性的要求,基于石墨烯设计开发了多种石墨烯基吸附材料。而目前基于水体中抗生素的石墨烯基复合材料的设计、合成及其吸附作用机制缺乏相关的系统性综述。本文综述了目前水体中抗生素的危害,针对石墨烯基复合吸附材料中,广泛关注的磁性石墨烯吸附剂、聚合物/石墨烯吸附剂、三维石墨烯凝胶和石墨烯/生物炭吸附剂的设计和制备方法进行了总结和概述,并阐述了石墨烯基吸附材料对水体中抗生素的主要吸附作用机制。最后,本文对石墨烯基吸附材料去除水体中抗生素未来的发展方向进行了展望。     

铁基氮掺杂碳纳米管制备及其电催化性能

利用化学原位聚合法制备聚吡咯包覆碳纳米管, 然后以硫酸亚铁铵盐为铁前驱体, 采用液相沉淀法制备聚吡咯-碳纳米管-铁化合物复合材料(Fe-PPy-CNTs), 通过对复合材料Fe-PPy-CNTs 热处理, 成功制备出铁基氮掺杂碳纳米管催化剂FeNCNTs. X射线衍射分析表明, 热处理使Fe-PPy-CNTs 复合物中Fe₃O₄向Fe₃N和Fe转化, 700 ℃热处理制备的FeNCNT700中铁主要是Fe₃O₄相, 但也有Fe相. 800和900 ℃热处理制备的催化剂FeNCNT800和FeNCNT900则明显有Fe₃N和Fe形成. 随着热处理温度升高, FeNCNTs 催化剂氮含量降低, 其含氮官能团也由吡咯型氮向吡啶型和石墨型氮转化. 电化学分析表明, 含有Fe₃N 的FeNCNT800 和FeNCNT900催化剂具有明显的氧还原催化活性, 其中, FeNCNT800因其具有高的比表面积、高的氮含量和高比例的有利于增强氧吸附能力和弱化O―O键的石墨氮官能团, 而表现出优于FeNCNT900氧还原催化活性及稳定性.     

水中微量锑浓集的研究

核电厂液态排放液中含有一定量的12 4 ,12 5Ｓｂ ,是核电厂排放液中常见的污染放射性核素 ,是核电厂周围环境水质中需监测的主要核素之一。12 4 ,12 5Ｓｂ监测的研究已有许多报道[1,2 ] ,但国内目前还没有建立相应的标准测量方法。由于Ｓｂ有Ｓｂ(Ⅲ )、Ｓｂ(Ⅴ )两种形式 ,且其含量极微 ,难以直接用γ 谱仪测量。为此水样中的12 4 ,12 5Ｓｂ必须先浓集 ,才可能进行准确的测量。如Ｇａｎｄｏｎｄ等[3]报道在ｐＨ =3.5时 ,ＭｎＯ2 可有效地从海水样品中吸附12 5Ｓｂ。随着我国核电事业的发展 ,建立核电站周围水质中12 4 ,12 5Ｓｂ的检测方法…     

铁基纳米粒子改性碳布复合材料的制备及其在微生物燃料电池阳极中的应用

微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFCs)可将废水中的有机物直接转化为电能,提供了可持续电能的潜在解决方案。然而,MFCs在实际应用中存在细菌负载能力低、阳极与电化学活性生物膜之间的胞外电子传递(Extracellular electron transfer, EET)效率相对较差等不足。本研究采用绿色高效的微波辅助方法和高温退火工艺,成功制备了铁基纳米粒子改性碳布(Fe₃C/Fe@CC),此复合材料具有较好的生物相容性和电催化活性,可作为MFCs的阳极材料。实验结果表明,基于Fe₃C/Fe@CC复合材料的MFCs的功率密度高达2209 mW/m²,相比基于纯碳布阳极的MFCs(1933 mW/m²)提高了17%,这主要是因为Fe₃C/Fe@CC能够有效提高微生物与电极之间的EET效率,增大电化学活性表面积,同时促进产电菌地杆菌(Geobacter)的富集。本研究采用微波辅助和高温退火方法快速制备了高导电复合阳极,为MFCs阳极的大规模制备提供了一种...     

改性生物炭对废水中锑的去除研究进展

废水锑排放限值日趋严格,迫切需要高效低成本的废水锑去除技术.本文介绍了含锑废水较为成熟的处理技术和工艺,然后结合生物炭的制备和特点综述了改性生物炭技术应用于废水中锑的去除治理所具有的明显优势和现阶段所取得的研究成果,为改性生物炭技术用于废水中锑的去除应用和推广提供一定的参考.     

多孔NiO的制备及其对水中四环素的吸附

采用水热法及高温灼烧合成了多孔金属氧化物NiO,并用于水样中四环素(TC)的吸附。使用扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)以及X-射线衍射(XRD)方法进行表征。结果表明,产物呈现团簇的花朵状结构,表面多孔。考察了pH值、吸附时间、TC浓度及温度对NiO吸附能力的影响。得到NiO吸附TC的最佳pH值为7.0,吸附120 min即可达到吸附平衡,当TC浓度由10 mg/L增加到100 mg/L时,吸附量由26.49 mg/g增加到134.84 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型,通过Langmuir模型拟合得出NiO对TC的最大吸附容量为144.90 mg/g。NiO具有可重复使用、成本低廉、制备方法简单,对TC吸附容量高等优点,适用于污染水体中TC类污染物的快速去除。     

HDTMA-沸石的制法及其去除水中磷酸盐的研究

用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)对浙江某地天然沸石进行改性,探讨了制备HDTMA-沸石的最佳条件、影响除去水中磷酸盐的因素和除磷机理。试验表明:改性前,天然沸石要用去离子水洗涤3次,在102℃下干燥进行预处理。改性时,改性剂HDTMA的浓度为3 g/L,沸石和HDTMA的质量比为400:3,HDTMA和沸石的反应时间为12 h,制得的有机沸石自然晾干。碱性条件下,振荡时间为1 h,随着改性沸石的用量增加,磷酸盐的去除率升高。     

磁性石墨烯@聚多巴胺纳米复合材料分离去除水中双酚A

本文通过水热法和多巴胺的自我团聚反应合成了磁性石墨烯@聚多巴胺(PDA@MG)纳米复合材料,该材料具有表面积大,含有丰富的π电子共轭体系、很好的水溶液分散性,易分离及可重复使用等特点。以PDA@MG为吸附剂材料,研究了其对水溶液中双酚A(BPA)的吸附性能。考察了吸附时间、温度、溶液的pH、吸附剂的用量等因素对该材料吸附性能的影响。结果表明在优化实验条件下,PDA@MG对BPA的最大吸附容量为151.3mg/g。PDA@MG具有优异的循环吸附性能,经过10次循环使用后其吸附能力没有明显减弱。     

ZIF-8/改性聚丙烯腈电纺纳米纤维的制备及其高效去除水中孔雀石绿

通过原位生长方法,将最常见的金属有机骨架(MOFs)——沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)固定到羧甲基化聚丙烯腈静电纺丝纳米纤维(PAN-COOH NFs)表面,得到ZIF-8/PAN-COOH NFs。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对合成的ZIF-8/PAN-COOH NFs形貌和结构进行表征,并深入研究ZIF-8/PAN-COOHNFs从废水中去除孔雀石绿(MG)的性能。研究发现： ZIF-8/PAN-COOH NFs对MG的吸附符合拟二级动力学方程,吸附过程可采用Langmuir等温线模型拟合,其对MG的最大吸附容量可达3 604 mg·g^-1。此外,ZIF-8/PAN-COOH NFs在染料吸附实验中表现出良好的分离功能和重复利用性。     

ZIF-8/改性聚丙烯腈电纺纳米纤维的制备及其高效去除水中孔雀石绿

通过原位生长方法，将最常见的金属有机骨架（MOFs）——沸石咪唑酯骨架材料（ZIF‐8）固定到羧甲基化聚丙烯腈静电纺丝纳米纤维（PAN‐COOH NFs）表面，得到ZIF‐8/PAN‐COOH NFs。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、X射线粉末衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对合成的ZIF‐8/PAN‐COOH NFs形貌和结构进行表征，并深入研究ZIF‐8/PAN‐COOHNFs从废水中去除孔雀石绿（MG）的性能。研究发现： ZIF‐8/PAN‐COOH NFs对MG的吸附符合拟二级动力学方程，吸附过程可采用Langmuir等温线模型拟合，其对MG的最大吸附容量可达3 604 mg·g^-1。此外，ZIF‐8/PAN‐COOH NFs在染料吸附实验中表现出良好的分离功能和重复利用性。     

阳离子混凝剂PDA对水中苯酚的去除研究

采用强化混凝法去除水中持久性有机污染物苯酚。对自制聚丙烯酰胺进行红外光谱(IR)和电镜扫描(SEM)表征。以苯酚为目标物,自制PDA为混凝剂,对含酚模拟废水进行混凝处理。研究了混凝剂投加量、搅拌强度、静置时间以及pH值对去除效果的影响。红外结果表明产物确为丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵的共聚物(PDA);SEM显示其表面粗糙、多孔,表明其具有良好的吸附架桥能力。当苯酚初始浓度为0.75mg·L~(-1)时,PDA投加量为0.06mg·L~(-1),pH值控制在6~7,270r·min~(-1)快搅2min,50r·min~(-1)慢搅12min,沉降时间为30min时,苯酚去除率可达82.1%。     

磁性4A沸石制备及其对水中氯乙酸吸附

以工业级水玻璃、NaAlO2、NaOH和去离子水为原料,采用水热法先合成4A分子筛,然后在二价和三价铁离子混合溶液中用氨水调节负载铁的氧化物及真空干燥等步骤,制得了一系列磁化率不同的磁性分子筛,并对其进行了XRD、SEM、IR及TG等表征分析.结果表明,合成磁性4A沸石晶形完整,表面负载的四氧化三铁分布均匀,磁化率随所负载四氧化三铁量的增加而增大,粒度比纯4A沸石大.磁性4A沸石对钙、镁、铅和氯乙酸的吸附性能与纯4A沸石相当,利用磁性4A沸石可以方便地用磁场分离的特性,其粉末状产品不用成型就可以直接在溶剂或溶液中使用.