纳米材料对水体中PFCs的去除行为及机制

全氟化合物（Perfluorinated Compounds,PFCs）是一类含有强极性碳氟键的阴离子表面活性剂.由于PFCs的高稳定性、高生物累积性和潜在毒性,其在水环境中的广泛存在已经对人类的生命健康造成了极大的威胁.近年来,研究者不断寻找有效的材料和处理技术去除水体中的PFCs.纳米材料因其特殊的结构和效应,比一般材料有更高的反应活性.总结了如碳纳米管、改性粘土矿物、纳米二氧化钛、氧化铟、氧化镓等新型纳米材料在物理吸附、光化学及电化学法去除PFCs中的应用,并比较了上述各材料去除PFCs的优缺点及各自的去除机制,分析了目前纳米材料去除水体中PFCs存在的主要问题并展望了今后的发展趋势.      

矿物微孔对有机污染物吸附的机理和影响因素

有机污染物对地表和地下水环境的污染是当前环境保护领域的重要问题之一。矿物的微孔结构(2.0nm)对有机污染物在地下水环境中的长期迁移与归宿以及吸附处理污染水体方面具有重要的意义和应用价值。本文在介绍矿物微孔吸附机理的基础上,探讨了矿物孔道的表面化学性质,有机污染物本身的物理化学性质,以及水环境中的共存溶解性有机质和金属离子对有机污染物在矿物微孔中吸附的影响。     

氧化石墨烯对环境污染物的吸附行为及吸附机理

氧化石墨烯具有相对较大的表面积,其表面存在的丰富的含氧官能团使其具有良好的亲水性,能稳定地分散在水溶液中,是一种潜在的优质吸附剂。现有研究表明,氧化石墨烯对重金属及阳离子染料废水的处理效果明显优于广泛应用的传统吸附剂,然而由于其自身结构缺陷的原因,其应用还受到很多局限。介绍了氧化石墨烯的制备和结构,并重点针对氧化石墨烯及其复合材料对重金属离子和有机污染物的吸附行为、吸附机理、吸附模型及吸附影响条件等进行了综述,最后对氧化石墨烯及其复合材料在吸附方向的研究和应用前景进行了展望。     

磁性生物炭基Bi2WO6光催化去除水中四环素和Cr(Ⅵ)的性能与机制

为实现水环境中抗生素和重金属的高效去除,采用水热法构筑了一种集高效吸附性、可见光催化性以及磁回收性于一体的磁性生物炭基钨酸铋光催化剂(BC@ZFO/BWO)。实验结果表明,磁性生物炭(BC@ZFO)掺杂量的质量分数为25%时,BC@ZFO/BWO的吸附性能和光催化活性最佳,在120 min内,对20.00 mg/L四环素(TC)吸附率为58.38%;在光反应60 min内,对20.00 mg/L TC和Cr(Ⅵ)去除率分别为95.36%和98.04%。ESR测试结果表明,在光催化反应过程中·O^-₂和·OH发挥了主要作用。重复利用实验表明,质量分数为25%的(BC@ZFO)/BWO具有良好的稳定性与磁回收性。可见,相比于传统的钨酸铋光催化剂,BC@ZFO/BWO光催化复合材料的构建,提升了光催化剂对水中有机污染物和重金属的氧化还原能力,为水污染修复和粉末催化剂的回收提供了新思路。     

铁矿物催化氧化技术在水处理中的应用

广泛存在于地下水中的各种有机污染物严重影响着水资源的安全利用,常见的水处理工艺对持久性有机污染物去除效果不够理想。近年来,天然含铁矿物作为催化剂,催化过氧化氢的化学治理方法对各种有机污染物去除效果显著。概述近年来主要含铁矿物、负载型矿物和纳米矿物材料催化过氧化氢在地下水有机污染去除中的应用,探讨了该领域的发展现状和存在问题,并对其应用前景进行展望。认为天然矿物材料具有成本低、在地壳中含量高、环境友好等特点,可用于多种有机污染物的去除与降解。但处理过程中,天然有机质的作用、纳米矿物材料的毒性和地球化学归宿问题应该做进一步研究。     

氢气还原针铁矿紫外光协同催化双氧水氧化气体中甲醛

甲醛作为一种致畸、致癌的高毒性有机污染物,对人体健康构成威胁,如何有效去除气体中的甲醛是关注的热点问题之一。采用粒径0.84～3.35 mm的天然针铁矿矿石于300℃氢还原转化为磁铁矿纳米材料,将纳米磁铁矿固定床非均相Fenton氧化反应器与紫外光催化双氧水氧化反应器串接,对比研究了双氧水、双氧水-紫外光、磁铁矿-双氧水、磁铁矿-双氧水-紫外光4种不同反应体系中双氧水投加量、甲醛初始浓度、载气流量对甲醛净化效率的影响。通过小型质谱仪对甲醛Fenton光催化氧化产物进行在线监测及TOC碳平衡分析,探讨甲醛净化的机理。结果显示制备的磁铁矿作为催化剂去除甲醛气体效果明显,在紫外光-10%双氧水-磁铁矿协同作用下,最高去除率可达98%,且在不同气速下对气体中不同浓度的甲醛都有很好的净化效果。研究结果表明,制备的磁铁矿纳米材料催化剂在去除甲醛气体过程中起着重要作用,经紫外光均相催化的双氧水协同作用可以在常温下很好地把气体中的甲醛氧化为CO₂,是一种低成本的有机废气净化技术方法。     

CTMA-蒙脱石吸附苯分子的分子动力学模拟研究

有机粘土对疏水性有机污染物吸附性能良好,在环境有机污染控制中有广阔的应用前景。明确有机污染物在有机粘土上吸附的微观结构特征是探明其吸附机理,提高其污染控制效率的关键。论文以十六烷基三甲基铵阳离子改性蒙脱石(CTMA-Mont)为有机粘土代表,采用分子动力学模拟技术,模拟研究了水环境条件下CTMA-蒙脱石对典型疏水性有机污染物苯的吸附特征,得到了CTMA-Mont层间域内原子尺度微观结构。研究发现苯分子主要吸附在CTMA烷基链聚集体内,而蒙脱石硅氧烷表面由于受到烷基链的竞争而对苯分子的吸附能力较弱。随着CTMA负载量的增加,层间域内烷基链聚集体的体积增大,因而能为苯分子提供更多的吸附位点,CTMA-Mont吸附性能相应增强。     

Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统还原有机污染物的研究进展

在土壤和沉积物的自然厌氧环境中,铁氧化物可被铁还原茵等微生物异化还原产生Fe(Ⅱ),形成的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统具有还原活性,可使有机污染物还原转化.综述了含卤和含硝基有机污染物的非生物还原转化过程和表面结合铁系统与有机污染物之间的界面反应机理,进而揭示了污染物在环境中的赋存状态和迁移转化规律;重点分析了影响该还原过程的因素,如铁氧化物类型、pH值、Fe(Ⅱ)与铁氧化物接触时间,以及过渡金属、腐殖酸等竞争因子对反应过程的影响.强化自然界中天然的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统在有机污染治理中的作用,在受污染环境修复领域具有广阔的应用前景.     

钛柱撑蒙脱石的制备与光催化性能研究

钛柱撑蒙脱石,通过将聚合羟基钛离子引入蒙脱石层间,焙烧后形成纳米TiO2氧化物柱,从而在蒙脱石层间荷载纳米TiO2,利用蒙脱石大比表面积等特点,能提高复合催化剂对有机污染物的吸附能力,从而有效提高TiO2的光催化活性。     

黏土矿物污染控制材料及其高效利用

黏土矿物具有特殊的纳米片层结构、含可交换性层间阳离子、微观结构及表面物理化学性质易调控;因此,黏土矿物及其改性产物对多种环境污染物有良好的吸附/催化性能,在污染控制领域有良好的应用前景。近年来,课题组以蒙脱石和层状双金属氢氧化物(LDH)为代表,研究了它们在污染控制领域的资源利用:1)研究了蒙脱石、LDH、LDO(LDH煅烧产物)对染料分子的吸附特征,发现它们对染料分子的吸附性能可优于活性炭;通过碳化处理废弃黏土矿物的方法,制备了系列类石墨烯纳米碳材料及多孔碳材料,所得碳材料显示了良好的电催化性能或吸附性能。2)研究了蒙脱石对重金属离子的吸附特征,并通过热处理实现了重金属离子的层间域/片层结构内的原位锁定。3)研究了羟基金属改性蒙脱石对重金属离子和含氧酸根的协同吸附机制,并发现吸附产物(如吸附了磷酸根和Cu2+的羟基铁柱撑蒙脱石)可用于光催化降解有机污染物。4)综合运用实验研究和分子模拟技术,研究了有机改性蒙脱石对疏水性有机污染物的吸附机制,发现表面活性剂堆垛密度是决定有机黏土吸附性能的关键因素,并采用阳离子聚合物来调控层间域表面活性剂堆垛密度,优化了有机黏土吸附性能。5)采用阳离子表面活性剂和羟基金属共同插层的方法,制备了有机-无机复合蒙脱石,发现了其能同时吸附有机物和含氧酸根离子。课题组的研究工作综合运用了实验研究和分子模拟,包括了基础理论研究和应用研究,涉及了黏土矿物及其改性产物的吸附、催化性能,并探讨多种废弃黏土矿物的资源回用技术。研究结果对实现黏土矿物在污染控制领域的高效资源利用提供了新信息。     

掺铂有机-钛柱撑膨润土复合材料的吸附和光催化性能研究

采用阳离子表面活性剂十六烷基二甲基溴化铵对临安膨润上进行改性修饰，以钛酸丁酯和K2P1Cl6为前驱体，利用掺有小同量铂的TiO2溶胶对改性膨润土进行反应，制得一系列掺铂有机-钛柱撑膨润土复合材料。测定了复合材料的BET比表面积，利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量分散光谱（EDS）等手段对其微观结构进行了表征。以甲基橙染料为目标污染物，考察了复合材料的吸附能力和光催化活性。实验结果表明，掺铂的有机-钛柱撑膨润土复合材料比未掺铂的复合材料具有较好的层状结构，且对甲基橙的吸附能力较佳。由于铂能够充当捕获载流子的陷阱，能够有效抑制TiO2光生电子-空穴的复合，所以掺铂有机-钛柱撑膨润土复合材料具有更好的光催化性能，其中掺铂量为0．2％的复合材料的光催化活性最佳，对甲基橙的降解效果最好。     

Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统还原有机污染物的研究进展

在土壤和沉积物的自然厌氧环境中,铁氧化物可被铁还原菌等微生物异化还原产生Fe(Ⅱ),形成的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统具有还原活性,可使有机污染物还原转化。综述了含卤和含硝基有机污染物的非生物还原转化过程和表面结合铁系统与有机污染物之间的界面反应机理,进而揭示了污染物在环境中的赋存状态和迁移转化规律;重点分析了影响该还原过程的因素,如铁氧化物类型、pH值、Fe(Ⅱ)与铁氧化物接触时间,以及过渡金属、腐殖酸等竞争因子对反应过程的影响。强化自然界中天然的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统在有机污染治理中的作用,在受污染环境修复领域具有广阔的应用前景。 [HT5H]关 键 词:[HT5K]     

乙醇对过硫酸盐氧化地下水中苯系物的影响

过硫酸盐已经被广泛用于土壤和地下水有机污染物的原位化学氧化修复。随着乙醇汽油的推广,乙醇汽油引起的地下水污染问题越来越严重,因此有必要去除该类污染物。前人研究乙醇汽油污染修复多数停留在自然修复技术,为了进一步探究去除地下水中乙醇汽油更为有效的技术手段,深入了解乙醇对降解苯系物（BTEX）存在的潜在风险,需要研究使用新的修复方法。文章通过批实验探索了过硫酸盐氧化法对乙醇汽油污染地下水的修复效果,以及Fe2+活化和过硫酸盐添加方式变化对乙醇汽油中苯系物（BTEX）和乙醇的去除影响。结果表明:活化后的过硫酸盐能够有效去除地下水中的BTEX,但会抑制BTEX的生物降解作用;当有乙醇存在时,过硫酸盐能够优先氧化BTEX,其去除速率明显高于乙醇,这与单纯生物降解作用相反。在过硫酸盐投注总量一定时,分批添加更有利于BTEX的去除,但对乙醇去除没有明显促进作用。该研究为过硫酸盐原位化学氧化技术在地下水乙醇汽油污染修复中的应用提供了重要参考。     

矿物材料在纳米科技中的应用

纳米材料由于其独特的性能和广阔的应用前景被称为21世纪的新材料、其制备技术是纳米科技的核心和研究基础。具层状结构和微孔空间的矿物材料可用于制备纳米微粒，为纳米科技提供了新的思路和生长点，也为矿物材料在高新技术领域的应用开辟新的途径。本文综述了蒙脱石、高岭石和文石珍珠层在纳米科技中的应用，粘土／有机物纳米复合材料、无机介孔材料和仿生纳米材料的制备和应用前景。     

纤蛇纹石/酸浸二氧化硅负载TiO_2复合材料的结构性能及其降解罗丹明B的实验研究

以天然纳米矿物纤蛇纹石和酸浸二氧化硅为载体,钛酸四丁酯为钛源,在室温条件下采用溶胶-凝胶法,制备了负载TiO_2的复合光催化材料。采用气体吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法对载体和不同温度煅烧得到的样品进行微观形貌和结构分析,并在紫外光照射下,以10 mg/L罗丹明B为目标污染物评价不同样品的光催化活性。结果表明,750℃煅烧的酸浸二氧化硅负载TiO_2复合材料的光催化性能最好,光照40 min对罗丹明B的去除率达到91.57%,载体良好的吸附能力能够促进污染物的降解。     

蒙脱石负载型零价铁纳米颗粒吸附水体中Cr(Ⅵ)污染物实验研究

零价铁纳米颗粒具有许多异于本体物质的独特性质,在废水处理方面应用潜力巨大。以蒙脱石为载体和分散剂,通过硼氢化钠液相还原法制备了零价铁纳米颗粒。采用电镜及多种谱学技术手段对所得铁纳米颗粒进行了表征。结果表明,铁纳米颗粒大致呈球状形貌,平均粒径约为55 nm,在蒙脱石表面分散良好,具有零价铁内核-铁氧化物外壳结构,提高了纳米铁在空气氛中的稳定性。通过批次实验考察了负载型铁纳米颗粒净化Cr(Ⅵ)的效率、过程及机理。净化效果受p H值影响显著,在最优p H值为1.0条件下,零价铁内核因其表面氧化膜酸溶而出露,可作为有效成分快速高效去除水体中Cr(Ⅵ)污染物,机理为零价铁将吸附至其表面的Cr(Ⅵ)异相还原为Cr(Ⅲ)而去除。属自发放热吸附过程,动力学行为符合准二级模型,吸附等温线可用Langmuir方程较好拟合。研究成果为新型纳米零价铁材料的制备及其铬污染治理提供了理论支撑。     

天然矿物材料的多孔结构、结构组装和光催化性能

自然界存在丰富的多孔矿物资源,其孔隙结构使其具有良好的吸附性能,能够吸附聚集水体中的污染物(特别是有机污染物)。在分析天然多孔矿物的孔结构基础上,文中提出了结构组装的概念,即在多孔矿物中进行功能粒子组装,对多孔矿物进行表面修饰、微结构组装(如层状结构矿物的插层)。通过结构组装,在多孔矿物中引进功能粒子(如有光催化性能的TiO2 颗粒)。组装在天然矿物中的功能粒子能够降解聚集在其中的污染物,大幅度提高功能粒子的效果,提高光催化降解的功效,获得性能优异、成本低廉的天然矿物型有机污染物降解材料。此外,在同一矿物材料中复合小孔、中孔、大孔不同大小的孔结构,实现不同大小的孔径组装,也能够扩大光催化剂TiO2 的承载面积,提高吸附性能。经过结构组装的天然多孔矿物材料复合了吸附、光催化等性能,在环境治理特别是有机物污染降解方面有很好的应用价值。     

高岭石有机插层机理及其复合物的应用

综述了近几十年来国内外高岭石有机插层纳米复合材料领域中有机插层理论的研究进展，主要对插层剂在纳米层问的形态及结构、插层过程中水的作用、吸附与插层、脱嵌过程等方面以及纳米复合材料的应用进行了详细的阐述，并在此基础上提出了该领域研究的重点及热点。     

油气田地区土壤-水环境中有机污染的数值模拟及模型预测

针对油气田地区的地下水污染日益突出问题，文章综合考虑石油类有机污染物在包气带中扩散、吸附解吸、分配和生物降解等环境行为，建立了土壤－水环境体系有机污染物迁移转化的非平衡动力学模型，并编制了RBCA有限元程序，预测污染物在土壤－水环境中浓度分布变化趋势，探讨了模拟参数κd、κ变化对有机污染物迁移的影响。模拟结果表明：吸附解吸速率参数的变化对污染物达到平衡状态起着决定性作用，其结果可为定量研究有机污染物在土壤－水环境中的归宿提供可靠的理论根据，同时为油气田勘探开发过程中的污染控制与治理措施提供依据和理论指导。     

静电自组装制备斜发沸石负载纳米TiO2吸附及光催化降解甲基橙染料研究

为了实现纳米TiO2的固定化负载,提高材料对污染物的光催化效率,采用静电自组装方法制备了天然斜发沸石负载纳米TiO2光催化材料。采用硅烷偶联剂(OCH3)3Si(CH2)3SH干法改性斜发沸石,采用30%H2O2/HOAc氧化剂将偶联剂巯基基团(—SH)氧化为易电离的磺酸基基团(—SO3H),带负电荷的沸石与钛聚合阳离子在静电引力的作用下自发地组装在一起,经一定温度的焙烧得到斜发沸石负载纳米TiO2光催化材料。采用XRD和SEM对材料进行分析和表征,采用甲基橙染料评价材料的吸附和光催化性能,结果表明:沸石负载纳米TiO2对甲基橙染料具有吸附与光催化的协同作用,静电自组装方法制备的材料的光催化性能较传统方法有所提高。