多种铁改性和未改性生物炭对模拟地下水中六价铬的去除

为了研究不同类型的生物炭对模拟地下水中去除Cr（Ⅵ）的影响，选用杨木、柳木、桃木和松木为原料，分别在300℃和600℃热解温度下，制备不同粒径、经氯化铁改性的和未改性的20种生物炭，设计了一系列批实验，探究不同种类的生物炭对模拟地下水中Cr（Ⅵ）的去除效果；并采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线近边吸收光谱（XANES）研究了生物炭去除Cr（Ⅵ）的机理。结果表明：在300℃下热解制成的改性生物炭，对Cr（Ⅵ）去除率均达到了99.0%以上；和粒径2 mm的生物炭相比，粒径<0.5 mm的生物炭对Cr（Ⅵ）有更好的去除效果；拟一级动力学方程较好地描述了300℃热解温度下杨木铁改性生物炭（FeCl3BC300Y）对Cr（Ⅵ）的去除过程。XANES分析结果表明，FeCl3BC300Y中的铬以三价的形态（Cr（Ⅲ））存在，FTIR分析表明羟基和羧基参与了Cr（Ⅵ）的去除。生物炭通过氧化还原和络合作用去除Cr（Ⅵ）。铁改性生物炭有望作为可渗透反应墙的填充材料，成为修复Cr（Ⅵ）污染地下水的新型材料。     

水热炭吸附Cr(Ⅵ)热-动力学行为及水热裂解时间的影响

以花生壳为原材料,通过水热炭化法在200℃下以不同的水热裂解时间(1 h、5 h、10 h)制备出水热炭,开展去除水中Cr(Ⅵ)的实验研究。通过水热炭样品红外光谱FTIR表征、元素含量分析、扫描电镜SEM表征等对比分析,表明水热炭化法可以制备出多孔的碳材料,且随着水热裂解时间的增加,水热炭的产率逐渐降低、芳香性逐渐增强、极性官能团逐渐减少,这些性质的改变会影响其吸附能力。通过批实验进行水热炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附研究,结果表明准二级动力学模型适用于该吸附过程,热力学Freundlich模型可以更好地描述吸附等温线。由热力学参数计算可知,水热炭吸附Cr(Ⅵ)属于优惠吸附(容易进行)和自发性、物理吸附,且为吸热过程。实验结果表明随着花生壳水热裂解时间的增加,水热炭吸附Cr(Ⅵ)的能力逐渐增强。因此,水热炭可以作为经济型吸附剂应用于水污染修复,相关成果对于综合利用农业废弃物具有重要实践价值。     

铬酸根离子在羟基铁离子-蒙脱石体系中的吸附行为研究

采矿、电镀、制革等行业废物排放及含Cr矿物风化可造成一些地区土壤和地下水的Cr污染 .Cr主要以三价和六价形式存在 ,其中Cr(Ⅵ )有强的迁移能力 ,对动植物均有很强的毒害性 .研究了在氧化、酸性条件下 ,土壤及土壤溶液中的蒙脱石和羟基铁离子共存时对铬酸根离子 (主要以HCrO2 - 4和CrO2 - 4等Cr(Ⅵ )形式存在 )的吸附行为 .进行了蒙脱石、羟基铁离子、Cr(Ⅵ )离子添加顺序不同的 3个系列的实验 ,重点研究了Cr的初始质量浓度、溶液 pH值、环境温度、吸附时间、溶液离子强度对 3个系列Cr吸附行为的影响 ,并与羟基铁离子体系进行了对比 .结果表明 ,蒙脱石 -羟基铁离子体系的Cr吸附能力明显强于蒙脱石而低于羟基铁离子 ,其Cr吸附率随Cr初始质量浓度、温度的升高和吸附时间的延长而降低 ,随离子强度的升高而升高 ,而pH值对不同系列的Cr吸附率有不尽相同的影响 .     

铬酸根离子在羟基铁离子一蒙脱石体系中的吸附行为研究

采矿，电镀，制革等行业废物排放及含Cr矿物风化可造成一些地区土壤和地下水的Cr污染，Cr主要以三价和六价形式存在，其中Cr(Ⅵ）有强的迁移能力，对动植物均有很强的毒害性。研究了在氧化，酸性条件下，土壤及土壤溶液中的蒙脱石和羟基铁离子共存时对铬酸根离子（主要以HCrO4^2-)和CrO4^2-等Cr(Ⅵ）形式存在）的吸附行为，进行了蒙脱石，羟基铁离子，Cr(Ⅵ）离子添加顺序不同的3个系列的实验，重点研究了Cr的初始质量浓度，溶液pH值，环境温度，吸附时间，溶液离子强度对3个系列Cr吸附行为的影响，并与羟基铁离子体系进行了对比。结果表明，蒙脱石－羟基铁离子体系的Cr吸附能力明显强于蒙脱石而低于羟基铁离子，其Cr吸附率随Cr初始质量浓度，温度的升高和吸附时间的延长而降低，随离子强度的升高而升高，而pH值对不同系列的Cr吸附率有不尽相同的影响。     

原位吸附技术修复六价铬污染土壤

常见六价铬Cr(Ⅵ)污染场地修复技术如客土法、还原法、固化法、生物法等存在成本高、效率低及Cr(Ⅵ)被二次氧化等缺点。理想修复技术应能快速、低成本地将铬元素(Cr)从土壤中彻底去除。本文将聚吡咯(PPy)通过原位聚合的方式负载在凹凸棒土(ATP)表面,制备了以PPy为“壳”和以ATP为“核”的ATP/PPy复合材料,ATP/PPy对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量为185.19mg/g,吸附机理包括静电引力、螯合、还原与离子交换等。将ATP/PPy嵌入土壤中,利用Cr(Ⅵ)在土壤中的纵向迁移及横向浓度差渗透,可实现对土壤中Cr(Ⅵ)的原位吸附。实验考察了模拟降雨量、土壤pH、土壤容重、土壤有机质含量等因素对土壤中Cr(Ⅵ)去除效率的影响。结果表明,当供试土壤中Cr(Ⅵ)浓度为30mg/kg,模拟降雨量为6mL/天,土壤有机质含量为7.6g/kg,土壤容重为1.22g/cm³,土壤p H为5.86时,第35天时土壤滤液中Cr(Ⅵ)去除率为58.51%,土壤中Cr(Ⅵ)含量降低至2.97mg/kg,低于《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600—20...     

Mn-Cr(Ⅵ)在岩溶水系统内的交互作用

采用窄缝槽实验装置, 分别模拟岩溶水系统内单一Mn、Cr(Ⅵ)以及Mn-Cr(Ⅵ)复合体系的动态吸附、物理解吸、化学解吸3个阶段的行为特征, 分析含锰、铬污水对地下水的污染规律及其相互作用.结果表明: 土壤对单一体系Mn的吸附率远大于Cr(Ⅵ), 但两者均以专性吸附为主, 不易活化、迁移; 在复合体系内均出现吸附率降低、解吸率升高, 表现为以物理吸附为主, 易活化、迁移, 从而引起水体重金属污染; 两者表现为显著的协同作用, 但Mn对Cr(Ⅵ)的影响远小于Cr(Ⅵ)对Mn的影响; 在酸性环境下, Mn对Cr(Ⅵ)的化学活性有轻微的抑制作用.      

天然有机质和不同pH环境对纳米黑炭的迁移行为影响及作用机制

作为典型的黑炭,近年来生物炭的应用发展受到人们广泛关注。由于生物炭施加在土壤中,在表生地球化学长期作用下,会有部分逐渐破碎变小,直至微米、纳米级别,在土壤或水体中迁移,因此,对生物炭、特别是活性更强的纳米级生物炭的迁移性研究具有十分重要的意义,而关于纳米级生物炭的迁移性研究目前十分匮乏。通过石英砂柱中纳米生物炭的柱迁移实验,获得天然有机质和不同pH值(4、7、10)条件下的穿透曲线和空间滞留曲线,研究影响作用机制。结果表明：天然有机质(腐殖酸)能增强纳米生物炭的迁移性,中碱性pH环境也有助于其迁移。一方面纳米炭的分散性得到改善,另一方面腐殖酸和碱性环境有助于增加纳米炭和石英砂介质的颗粒表面负电荷,增大Zeta电位值(负值),从而使颗粒间静电排斥力增强,有助于纳米炭的迁移。研究结果对深入理解生物炭在自然界中地球化学迁移行为及其吸附污染物后的潜在迁移风险具有重要意义。     

阴-阳离子有机膨润土制备及其吸附Cr(Ⅵ)的影响因素研究

本文采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)对辽宁黑山膨润土进行不同工艺的阴-阳离子有机膨润土制备,探讨了阴-阳离子有机膨润土对Cr(Ⅵ)的吸附机理,并利用正交实验分析了各实验因子对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响,为污染地下水修复技术PRB提供一种新的反应介质和技术参数。研究结果表明:阴-阳离子有机膨润土(Na-R-ACOMMT)吸附Cr(Ⅵ)是物理吸附和化学吸附联合作用的结果;pH值和投加量是影响Na-R-ACOMMT对Cr(Ⅵ)吸附效果的2个最主要的因素,尤其是pH值;Na-R-ACOMMT吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件是投加10g/l 60~80目的样品,在40℃、pH值等于2、150r/min的环境下振荡60min,Cr(Ⅵ)去除率高达93.55%,且吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程。     

生物纳米FeS强化灰岩去除酸矿废水中砷的研究

通过两种还原型微生物铁还原菌JF-5和硫酸盐还原菌SRB对模拟酸矿废水中Fe~(3+)和SO~(2-)_4的还原作用合成纳米FeS,并将该生物纳米FeS包覆在灰岩表面,以提高灰岩可渗透反应墙(PRBs)对酸矿废水中砷的去除能力。通过批吸附实验研究As(Ⅴ)的静态吸附机理,柱实验研究As(Ⅴ)在包覆灰岩柱中的动态吸附和迁移,结果表明,包覆层生物FeS粒径为纳米级,并呈现一定晶形,能有效提高灰岩表面的比表面积和对As(Ⅴ)的吸附能力,红外光谱分析表明化学吸附为主要吸附机制;生物纳米FeS包覆灰岩静态吸附实验最大吸附量为187.46μg/g,达到纯灰岩吸附量(6.64μg/g)的30倍;JF-5和SRB形成的生物包覆吸附性质优于SRB和Fe(Ⅱ),二者对As(Ⅴ)的吸附能力都远大于纯灰岩对As(Ⅴ)的滞留能力。     

生物炭修复重金属污染土研究进展

随着城市化进程的加快及工业生产的迅速发展,土壤重金属污染日益加剧,对生态环境造成严重的危害。生物炭是缺氧或限氧条件下加热生物质制得的高度芳香化富含碳的固态物质,其在重金属污染土修复方面具有显著效果,受到广泛关注。基于近些年来国内外围绕生物炭修复重金属污染土所取得的研究成果,分别从生物炭的制备及性质、修复效果及其影响因素、修复机理等方面总结了该领域的研究现状及进展,取得如下主要认识:（1）生物炭具有价格低廉,修复效率高,改良土壤、环境友好等优势;（2）生物炭的理化性质主要受原材料和热解温度的影响,采用活化、磁化、氧化和消化等方法能改善生物炭的性质,提高修复效率;（3）生物炭对土壤中重金属迁移性和生物有效性的影响包括两个方面:固定重金属减少生物有效性或者迁移重金属增加生物有效性,后者可通过改性方法来降低重金属的迁移性和生物有效性;（4）生物炭对土体的固化效果一般,但可与其他固化材料共同使用,以改善土体的力学性质;（5）生物炭修复机理固定重金属的效果为:沉淀作用>络合作用>静电作用,离子交换>物理吸附。最后,针对该领域的研究现状,提出了未来的研究重点和方向,主要包括:建立划分生物炭的统一标准;探讨生物炭对多种重金属共同污染的修复效率;阐明生物炭吸附重金属的机理及其贡献率;扩大研究尺度;开展基于生物炭的固化试验及力学性质研究。     

Mg/Al型双金属氧化物对六价铬的吸附作用

研究了水溶液中六价铬Cr(Ⅵ)在Mg/Al型双金属氧化物(Mg/Al-LDOs)上的吸附情况.双金属氧化物(LDOs)能通过吸附环境中的阴离子和水分子来恢复重建水滑石结构.实验表明,Mg/Al-LDOs对Cr(Ⅵ)有很强的吸附能力,其吸附能力和吸附速度都远大于未焙烧的Mg/Al型水滑石,后者的吸附机制主要是离子-离子交换.吸附动力学研究表明,Mg/Al-LDOs对Cr(Ⅵ)的吸附主要发生在0～3h,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程.Mg/Al-LDOs对Cr(Ⅵ)的平均吸附量大约为64.2mg/g,略低于根据Langmuir方程算出的理论吸附量(74.83mg/g),远小于水滑石的最大阴离子交换容量(301.6mg/g),这主要是环境中的CO2-3离子的竞争吸附引起的.     

含铬方解石向磷灰石转化过程中铬的迁移和固定

为了研究含重金属方解石向磷灰石转化过程中重金属的迁移转化规律,通过共沉淀法制备了分别含Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的方解石,在水热条件下研究其向磷灰石的转化过程,并用XRD、FT-IR、SEM、ICP-OES等手段对产物进行测试和表征。结果表明,含Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的方解石均可在水热条件下转化为碳羟磷灰石,超过97%的铬被固定到磷灰石结构中,仅约0.18%～2.06%的Cr(Ⅲ)、0.10%～0.62%的Cr(Ⅵ)被释放到溶液中。反应温度介于120～200℃范围内,温度越高,释放到溶液中的铬越少。研究结果表明,通过方解石-磷灰石的转化可以将铬固定到磷灰石中,从而降低土壤中铬的生物可利用性。     

高温与冻融循环对水热炭和生物炭吸附污染物的影响

将农林废弃物通过不同碳化方式制备成水热炭或生物炭,用于土壤改良和环境污染修复,是当前研究和应用的热点领域。由于受到不同自然条件的长期影响,如环境温度变化,水热炭和生物炭会发生老化作用,从而影响其对污染物的吸附能力,因此,评估老化作用对碳化材料吸附能力的影响是一个重要的科学问题。采用高温和冻融循环2种加速老化方式模拟自然界中的温度变化,对稻壳和玉米秸秆水热炭、生物炭进行老化培养,通过元素分析仪、傅里叶红外光谱分析仪、扫描电子显微镜等手段对老化前后水热炭、生物炭样品的物化性质进行分析,通过批实验对比研究2种新鲜炭材料对Cd(II)及莠去津的吸附能力及吸附稳定性,并研究了30、60、90次老化循环后生物炭和水热炭吸附能力的变化。结果表明,生物炭对Cd(II)和莠去津有良好的吸附稳定性,而水热炭对莠去津的吸附稳定性较差。2种老化作用均使水热炭、生物炭表面含氧官能团增加,从而增强了水热炭、生物炭对Cd(II)和莠去津的吸附能力。在高温和冻融环境中,随着老化时间的持续,生物炭比水热炭更容易受到环境的影响。研究相关成果对于水热炭和生物炭合理应用于不同环境的污染修复具有试验参考价值。     

陕西省渭河扩建电厂粉煤灰处理场土壤对Cr（Ⅵ）的吸附作用

粉煤灰处理区的环境地质调查表明:由于受地面排放的粉煤灰的影响,地下水中Cr（Ⅵ）浓度高出背景值4⁵倍.野外现场试验对Cr（Ⅵ）监测结果显示:在2m厚的灰体底部,下渗水中的Cr（Ⅵ）浓度已高达0.701ppm,超标14倍.很明显,Cr（Ⅵ）是粉煤灰中的主要污染质之一.老灰场的环境地质调查还发现:土壤对Cr（Ⅵ）的迁移有很大的阻滞作用.作者对此进行一系列野外及室内试验来研究粉煤灰中Cr（Ⅵ）的解吸,迁移及其与土壤之间的相互作用和有关的化学机理,并且评价了渭河扩建电厂新灰场区土壤包气带对粉煤灰中Cr（Ⅵ）的净化能力.     

微生物还原Cr(Ⅵ)过程中的Cr同位素分馏

<正>微生物作用下Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的过程是Cr在生物地球化学循环中最重要的过程之一。研究微生物作用下的Cr(Ⅵ)的还原过程不仅对理解Cr在地表环境中的地球化学行为和Cr的活动性具有重要意义,而且,由于Cr(Ⅵ)的毒性远高于Cr(Ⅲ),利用微生物对环境中Cr(Ⅵ)污染进行原位修复是高效、廉价且不易产生次一级污染物的方法。Cr(Ⅵ)的还原过程会引起显著的Cr同位素分馏,该分馏不受稀释、吸附、解附、     

溶解性有机质协同针铁矿光催化还原Cr(Ⅵ)的行为与机理研究

在上覆水体中，太阳光驱动下溶解性有机质与矿物之间的相互作用对污染物迁移转化行为的影响及其机制尚未引起足够的重视。本文以富里酸和针铁矿分别作为溶解性有机质和半导体矿物的代表，建立实验室光催化体系，系统探究了富里酸影响针铁矿光催化还原六价铬[Cr(Ⅵ)]的行为和机理。结果表明，与光照-针铁矿体系相比，光照-针铁矿-富里酸体系对Cr(Ⅵ)的去除率由19.8%提高至68.7%,故富里酸显著提高了针铁矿光催化还原Cr(Ⅵ)的能力，增强机制主要归结于富里酸提高了针铁矿产生光生电子的能力。此外，被还原的部分Cr(Ⅲ)与针铁矿表面羟基结合形成稳定的CrO(OH),并固定在针铁矿表面。这一成果可为半导体矿物在酸性矿山废水治理中的应用提供理论依据。     

溶解氧对零价铁去除水中六价铬的影响

六价铬Cr(Ⅵ)有巨毒性,对人类及生态环境有极大危害,运用纳米零价铁(nZVI)去除水中六价铬是一种快速高效的环境修复手段。前人的研究更多报道了pH值、温度、初始浓度等因素的影响,溶解氧(DO)的存在对于nZVI去除水体中Cr(Ⅵ)的作用却少有研究。在对比普通铁粉和纳米铁对六价铬去除的基础上,着重探讨了溶解氧(DO)对水中六价铬去除效果的影响及作用机制。批实验短期结果表明:由于纳米铁有较大的比表面积和更高的反应活性,导致nZVI的除Cr(Ⅵ)效率明显高于普通铁粉;溶解氧的存在促进了nZVI对Cr(Ⅵ)的去除,这是因为氧化作用产生较多的Fe2+,有利于Cr(Ⅵ)的去除,随着nZVI进一步氧化,产生的针铁矿、磁铁矿等铁氧化物能够进一步吸附Cr(Ⅵ),使得在有氧环境下Cr(Ⅵ)的去除效果好于无氧环境。     

β-FeOOH的水热法合成及其去除Cr(Ⅵ)实验研究

采用水热法成功合成四方纤铁矿(β-FeOOH),并结合XRD、SEM、zeta电位分析等对合成物进行系列表征。重点考察Cr(Ⅵ)初始浓度、pH值以及不同光照条件等因素下,β-FeOOH对Cr(Ⅵ)去除效果的影响。实验结果表明:合成得到的β-FeOOH为纺锤形晶体,长径200nm~250nm,端面直径30nm~50nm。Cr(Ⅵ)初始浓度、pH值以及光照条件对β-FeOOH去除Cr(Ⅵ)均存在重要影响。随着Cr(Ⅵ)初始浓度的升高,β-FeOOH吸附Cr(Ⅵ)量呈先递增后降低的趋势,当Cr(Ⅵ)初始浓度为50.07 mg/L时,β-FeOOH吸附Cr(Ⅵ)量达到最大值12.05mg/g,且吸附特征符合Langmuir方程吸附模型,饱和吸附量为16.35mg/g;β-FeOOH宜在弱酸性环境下去除Cr(Ⅵ),随着污染液pH的升高,β-FeOOH对Cr(Ⅵ)去除率呈现先增加后减小的趋势,在pH为6.24时去除率达到最大,为96.67%;光照条件会影响β-FeOOH对Cr(Ⅵ)的去除,β-FeOOH对Cr(Ⅵ)的去除效率呈现出黑暗环境自然环境紫外光照射。     

北盘江三叠系飞仙关组紫色砂岩风化土壤保水性改良研究

为厘清保水剂和生物炭对紫色土保水性的影响,通过室内土柱实验,设置添加保水剂和生物炭处理,研究不同处理对土壤吸水倍数、土壤水分蒸发率及保水性能的影响。结果显示不同改良措施均可提高紫色土的吸水倍数,保水剂对紫色土吸水倍数的提升比生物炭更加显著。施用保水剂可适当延缓紫色土的水分蒸发速率,然而施用生物炭则会促进紫色土水分的蒸发。绝大多数处理与空白对照(control check,CK)相比都能够不同程度改善紫色土的保水能力,而且高含量配比处理的改良效果明显优于低含量配比的处理,其中P2B2(03%的保水剂和30%的生物炭)处理可以使紫色土的保水性能达到最高。保水剂与生物炭利于低热河谷区紫色土的水分改良。本研究可为低热河谷区紫色土的水分管理提供参考。     

羟基氧化铁改性硅藻土对六价铬的吸附性能

利用羟基氧化铁对硅藻土进行改性制备复合吸附剂,然后用一次平衡法研究了复合吸附剂对水体中铬酸根的吸附性能。实验结果表明:pH值为1.0,废水中Cr(VI)质量浓度不大于100 mg/L,吸附剂用量为0.5 g,吸附平衡时间为30min左右时,对六价铬的去除率达85%。动力学研究结果表明,Cr(Ⅵ)在复合吸附剂上的吸附动力学可以利用拟二级动力学方程较好的描述。吸附平衡研究结果表明,Cr(Ⅵ)在复合吸附剂上的吸附既可以利用Langmuir模型又可以利用Freundlich模型加以描述,这可能是由于复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附既有单层吸附又有多层吸附。