零价铁降解水中氯代烃的实验室研究

由于氯代有机溶剂的大量使用和使用氯气对饮用水消毒 ,致使四氯化碳 (CT)和四氯乙烯 (PCE)成为地下水和饮用水中常见的污染物 .利用廉价铁屑对CT和PCE进行还原性脱氯 ,对其动力学过程进行初步研究 ,并对影响反应速率的因素进行探讨 .结果表明 ,零价铁对氯代烃有明显的脱氯作用 ,相同氯代程度的烷烃和烯烃 ,烷烃的脱氯速度快 ,反应符合一级反应动力学方程 ,反应是准一级反应 ,反应速率受到传质速率即零价铁比表面积的影响 .     

有机氯农药的零价铁脱氯降解研究进展

结合氯代有机物的零价铁脱氯降解研究进展,综述了国内外在零价铁脱氯降解有机氯农药领域的研究情况,大多研究表明零价铁降解有机氯农药的反应符合准一级反应动力学方程,普遍认同氢解反应机理但尚有争议,研究降解过程需考虑溶液pH值和铁表面活性作用的影响,尤其是铁表面的吸附作用不可忽略。最后提出了该技术存在的一些值得思考的问题,探讨了该研究领域的发展前景。     

与铁相关的几种渗透反应格栅材料性能的比较

挥发性氯代有机化合物为地下水和饮用水中最常见的挥发性有机污染之一。文中对日益引人注意的渗透反应格栅(PRB:permeable reactive barrier)材料进行了研究。主要在实验室条件下,利用中国现有的实用性材料———铸铁的铁屑、实验室合成双金属和纳米双金属作为反应介质,对反应的脱氯效果和机理、还原性脱氯的反应动力学和影响因素进行初步的研究,以寻求一种可以大量得到的廉价而高效的材料,研究它对氯代烃的降解效率。在研究中选择最有代表性的CT和PCE作为目标污染物,讨论粒状铁、双金属以及纳米双金属对氯代有机物的降解速率,确定气相色谱法测定水溶液中的氯代有机物浓度的最佳实验条件,比较3 类反应介质的特点和应用范围。     

纳米镍/铁去除氯代烃影响因素的探讨

氯代烃是地下水中最常检出的有机污染物之一,传统的处理方法去除率很低。近年来随着铁还原技术的发展,纳米铁和纳米双金属也成为一个活跃的研究领域。利用批实验的研究方法以四氯乙烯(PCE)和四氯化碳(CT)为目标污染物,研究纳米镍/铁在去除PCE过程中的影响因素。实验结果表明,在碱性条件下,纳米Ni/Fe对PCE脱氯速率比在酸性和中性条件下脱氯速率更快;纳米Ni/Fe对初始浓度为6·51mg/L的PCE溶液脱氯速率是对初始浓度为20·56mg/L的PCE溶液脱氯速率的1·8倍;对于氯代程度相同的CT和PCE,对CT的脱氯速率明显快于对PCE。     

纳米镍-铁去除四氯乙烯的影响因素

氯代烃是地下水中最常检出的有机污染物之一,传统的处理方法需要很长时间与大量经费。本文利用批实验的研究方法以四氯乙烯(PCE)为目标污染物,研究纳米镍铁在去除PCE过程中的影响因素。实验结果表明,暴露后的纳米镍铁脱氯速率比不暴露时速率降低约4倍;反应温度是影响反应速率的重要因素之一,每升高10℃,反应速率常数kSA提高2～3倍;在一定范围内,镍/铁质量比越高,越利于脱氯反应的快速进行,镍/铁的质量比为8%左右时,对氯代烃脱氯速率最快;反应液中的溶解氧不利于纳米颗粒对氯代烃的降解。     

纳米镍/铁去除四氯乙烯的影响因素

氯代烃是地下水中最常检出的有机污染物之一,传统的处理方法需要很长时间与经费。近年来随着铁还原技术的发展,纳米铁和纳米双金属也是一个活跃的研究领域。本文利用批实验的研究方法以四氯乙烯(PCE)为目标污染物,研究纳米镍/铁在去除PCE过程中的影响因素。实验结果表明,暴露后的纳米Ni/Fe脱氯速率比不暴露时速率降低约4倍;反应温度是影响反应速率的一个重要因素之一,每升高10℃,反应速率常数kSA提高2~3倍;在一定范围内,Ni/Fe质量比越高,越利于脱氯反应的快速进行,当Ni/Fe的质量百分比为8%左右时,对氯代烃脱氯速率最快;反应液中的溶解…     

利用扫描电镜技术研究纳米Ni-Fe颗粒对四氯化碳快速脱氯的机理

纳米铁具有高的比表面积和高反应活性,能快速将氯代烯烃还原成无毒氯离子、乙烯和乙烷,但对于氯代烷烃的脱氯仍能产生大量的氯代中间或最终产物,可以通过合成制得纳米双金属提高脱氯速率和减少氯代中间产物。本文利用扫描电镜测得实验室制备的纳米Ni-Fe(2%,质量分数)颗粒直径为20~60 nm,通过批实验方式对纳米Ni-Fe降解四氯化碳的反应动力学性质、产物、持久性能和反应机理进行了探讨。结果表明,纳米Ni-Fe体系主要最终产物为42%CH4和17%CH2Cl2。与铸铁屑和纳米铁相比,纳米Ni-Fe由于催化脱氯加氢,显著提高了氯代烃脱氯速率,同时降低了有毒氯代产物的产量,且Ni作为催化剂不会进入水体引起二次污染。纳米Ni-Fe颗粒在空气中具有很好的稳定性,虽然降解四氯化碳的最终产物CH4与纳米Pd-Fe相比少13%,但由于价格便宜,有望在工程上应用于氯代有机化合物水土污染治理。     

纳米镍／铁对四氯乙烯快速脱氯试验

实验室合成的纳米Ni/Fe(粒径20~60nm,比表面积为52. 61m2 /g),在固液比相对较低条件下(5. 4g/L),对四氯乙烯(PCE)能够快速并完全脱氯,在6h时,脱氯率为99. 70%,反应符合准一级反应动力学方程,标准化反应速率常数kSA为3. 04mL·m-2·h-1。反应过程中水样未检测到其他的氯代中间产物或最终产物,无毒的烃类乙烷(C2H6 )是主要产物,约占加入时PCE总碳质量的94% ~110%。试验结果说明加氢催化剂Ni的存在,通过原电池腐蚀作用提高了脱氯速率并同时增加了良性产物的产量(如CH )。     

基于SEM-EDS及GC-MS技术研究有机氯分子结构对零价铜脱氯机制的影响

零价铜作为一种廉价金属很少应用于促进氯代有机物脱氯研究,其原因是零价铜的催化还原脱氯活性差,且反应机制复杂。本文采用机械球磨技术制备了Cu-Fe和Cu-Ni合金,研究零价铜在不同微观环境下对对氯苯酚(4-CP)的脱氯行为,旨在考察有机氯分子结构对零价铜脱氯机制的影响。应用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)及色相色谱-质谱(GC-MS)分析发现,铜原子的微环境及有机氯分子结构均影响铜的脱氯机制。在Cu-Fe体系中,Cu遵循经典的催化加氢脱氯机制,4-CP的降解产物为苯酚;Cu-Ni体系的还原作用来源于零价铜,其中的镍金属并未起到催化加氢作用,Cu-Ni合金及单独零价铜对4-CP的降解产物是环己酮。零价铜对4-CP的降解率可达70%以上,而Cu-Fe体系的降解率仅为34%,两者对芳香族氯代物的降解效率差距显著。零价铜能够降解化学稳定性高的4-CP和苯酚,但不能降解化学稳定性相对较差的脂肪族氯代有机物(如一氯乙酸和二氯乙酸),因此认为零价铜脱氯机制并非传统的催化加氢机制,而是遵循直接电子传递还原机制,且有机氯分子的苯环结构是零价铜直接电子传递还原的诱因。     

不同基质共代谢降解地下水中四氯乙烯的研究

文中以甲醇、乙醇、甲酸盐、乙酸盐、乳酸盐和葡萄糖作为共代谢基质,利用某污水处理厂厌氧池中的污水(泥)作为接种物,对厌氧微生物进行培养和驯化,降解四氯乙烯(PCE)。实验结果表明,在厌氧污水(泥)和土壤混合环境下培养的微生物,以COD为培养指标,11d可培养成熟。6种基质均能使PCE还原脱氯降解成三氯乙烯(TCE)和1,1-二氯乙烯(1,1-DCE),PCE的降解均符合一级反应动力学方程,反应速率常数大小依次为K乙酸盐>K葡萄糖>K乳酸盐>K乙醇>K甲酸盐>K甲醇,其中乙酸盐是最有效的共代谢基质,其反应速率常数为0·6632d-1。     

零价铁去除Cr（Ⅵ）的批实验研究

零价铁去除Cr(Ⅵ)的一系列批实验结果表明：水溶液中发生的氧化还原反应符合准一级反应；对于相同粒度的铁屑(比表面积2．89m^2／g)，固液比由05g／100mL增加到2．0g／100mL，Cr(Ⅵ)质量浓度达到排放标准所需反应时间从26．7min降为3．6min；在固液比相同、原水中Cr(Ⅵ)质量浓度不超过30mg／L时，原水质量浓度增大，达到饮用水标准的反应时间增加；其他条件相同，升高温度可提高零价铁与Cr(Ⅵ)的反应速率。     

基于砂槽电化学-水动力学循环系统氯代烃反应迁移实验与模拟研究

在室内砂槽实验尺度,建立了潜水-微承压含水层中电化学-水动力循环系统下混合氯代烃生物降解的反应迁移模型,求取了混合氯代烃体系中各组分的反应动力学参数,并基于模型探究了含水层性质及工艺参数对该修复过程的影响机制.研究结果表明:（1）增大抽水流量可加快反应速率常数大的污染物降解,同时也会抑制反应速率常数较小的污染物去除.（2）增大电流强度和井内电极对氯代烃的好氧降解和厌氧脱氯过程分别具有促进和抑制作用.（3）含水层非均质性越强,氯代烃降解速率越小,这尤其体现在低渗区,且含水层非均质性对易降解污染物修复效果的影响较小.      

Fe2+在零价铁还原去除NO3-中的作用效应

零价铁（Fe0） 被广泛用于地下水中硝酸盐原位与异位修复,但二价铁（Fe2+） 的存在对具有氧化膜的Fe0还原硝酸盐的作用效应仍有待研究。以100 目的未经酸化的颗粒状零价铁作为还原剂,采用室内批试验方法,研究了Fe2+在零价铁还原去除NO3-系统中的作用效应。实验结果表明,Fe2+可显著提高Fe0对于NO3-的去除速率与去除效率,且Fe2+浓度越高,去除速率与效率越高;由于未经酸化的Fe0具有氧化膜,反应初期的NO3-还原速率较慢。Fe2+将零价铁表面的Fe2O3氧化膜转化为Fe3O4,加速电子由Fe0向NO3-的转移,促进NO3-还原。此外,在反应系统中加入Fe3O4,可进一步提高Fe0对于硝酸盐的去除能力,若Fe2+不存在,仅添加Fe3O4,NO3-的去除效率没有提高。     

动态光散射技术原位表征天然有机质存在下纳米零价铁的团聚效应

纳米零价铁原位修复地下水污染是近年发展起来的新技术,通过改性合成不同种类纳米零价铁可以克服其易团聚易氧化的问题,水体中存在的天然有机质也会对纳米铁的分散性和反应活性产生影响,因此开展原位测试并研究不同种类纳米铁在水中的团聚效应具有重要意义。本文对实验合成的纳米零价铁、羧甲基纤维素包覆纳米零价铁、膨润土负载纳米零价铁以及商用纳米零价铁,基于动态光散射技术(DLS),运用纳米粒度/Zeta电位分析仪,结合透射电子显微镜(TEM)和沉降光谱曲线等手段,对比研究了天然有机质(腐植酸HA)对纳米铁团聚效应的影响。结果表明,羧甲基纤维素包覆或膨润土负载改性提高了纳米零价铁颗粒的分散稳定性,有效抑制了团聚沉降,团聚体粒径分布在1000 nm以下。HA会吸附在纳米铁颗粒表面,从而增加静电排斥力,进一步减缓了团聚效应,尤其是对膨润土负载纳米零价铁的影响最为显著,其团聚体粒径能降至100 nm以下,沉降速率也极大减缓,分散稳定性表现最佳。本研究表明DLS结合TEM表征纳米颗粒是获得更加丰富的微观粒子信息的一种非常重要的手段。     

四氯乙烯的生物吸附和厌氧生物降解研究

四氯乙烯(PCE)的广泛使用和不合理的处置已经使其成为地下水中普遍存在的有毒有害的有机污染物。PCE在厌氧条件下通过还原脱氯发生生物降解,按照非水溶性生物降解模型,有机物先吸附到厌氧活性污泥中,解吸后再进行生物降解。利用间歇试验进行厌养污泥对PCE的吸附降解实验研究。试验结果表明：厌氧污泥对PCE的吸附在0.5 h达到吸附平衡,在1.0 h达到解吸平衡。对实验结果的回归分析表明：PCE的吸附和解吸均符合Freundlich等温吸附方程。厌氧污泥在微生物的作用下将PCE还原脱氯为TCE和DCEs。     

不同共代谢基质下三氯乙烯的厌氧生物降解研究

使用已驯化的厌氧活性污泥,分别以纯牛奶、玉米汁和甲苯作为共代谢基质,对三氯乙烯（ TCE）的降解性能进行对比研究。结果表明：TCE是通过还原脱氯发生降解的;同质量浓度下,甲苯是最佳共代谢基质,纯牛奶和玉米汁相对较差;且在一定范围内,共代谢基质浓度越大,TCE降解效果越好;实验数据的回归结果表明,反应均符合一级动力学。     

Ni/Fe双金属对PCE脱氯影响因素研究

以四氯乙烯(PCE)为目标污染物, 利用批试验研究Ni/Fe双金属对氯代烃脱氯的影响因素.结果表明: (1)当参加反应的Ni/Fe双金属分别为10 g和20 g时, 反应速率常数k_obs分别为0.047 7 h-1和0.097 0 h-1, 说明增加参加反应的Ni/Fe双金属的质量可提高脱氯速率; (2)当粒度分别为20~ 40目、40~ 65目和80~ 100目时, k_obs分别为0.047 7 h-1, 0.059‥ 8 h-1和0.088 6 h-1, 说明选用Ni/Fe双金属颗粒越小脱氯速率越快; (3)当Ni/Fe质量比分别为0.024%, 0.048%和0.072%时, 所得k_obs分别为0.047 7 h-1, 0.066 2 h-1和0.073 4 h-1, 说明Ni/Fe双金属系统中Ni/Fe质量比越高脱氯效果越好, 但最优Ni/Fe质量比还有待于进一步研究.      

四氯乙烯在不同地下水环境的生物共代谢降解

四氯乙烯是地下水中常见的污染物,采用生物方法进行处理的优点是可以实现无害化、无二次污染、处理成本低。四氯乙烯只能在厌氧条件下发生还原脱氯,目前对产甲烷环境下四氯乙烯的降解研究较多,而对较弱还原环境,如反硝化、铁锰还原和硫酸盐还原环境下四氯乙烯的脱氯行为研究甚少。本文采用批实验,研究了在不同地下水环境,包括反硝化、铁还原、硫酸盐还原、混合电子受体和天然地下水环境下四氯乙烯的脱氯性能。结果表明,铁还原环境的四氯乙烯脱氯效果最好,天然地下水环境次之,四氯乙烯的去除率分别达到91.34%和84.71%,四氯乙烯很快转化为三氯乙烯,并可以进一步转化为二氯乙烯,四氯乙烯的降解符合准一级反应动力学方程。在反硝化、硫酸盐还原、混合电子受体环境,四氯乙烯的去除以挥发为主,降解只占很小的比例,且最终的降解产物只有三氯乙烯。地下水中三价铁的存在,对于四氯乙烯脱氯起促进作用;而当地下水中硝酸盐和硫酸盐的浓度较高时,四氯乙烯脱氯受到抑制。     

纳米铁还原脱氮动力学及其影响因素

饮用水中硝酸盐(NO3-)对人体健康有危害。为了去除水溶液中NO3-,在实验室制得纳米铁颗粒。它的粒径为20～40 nm,比表面积(BET)为49.16 m2/g。本研究通过批实验考察了纳米铁对NO3-还原脱氮动力学性质和影响NO3-脱氮快慢的主要因素,如反应pH、纳米铁投加量和NO3-起始浓度。实验结果表明,pH越低越有利于NO 3-还原。在一定范围内,NO 3-还原速率随纳米铁投加量增加而增大,而随NO 3-起始浓度升高而降低,反应遵循准一级反应动力学方程,表面吸附和氧化还原反应是纳米铁对NO3-脱氮的主要去除机理。纳米铁对NO3-还原过程中可能反应的途径进行了讨论,NO3-还原产物取决于反应条件。在本研究条件下,纳米铁对NO3-脱氮的最终产物主要为NH4+-N而不是N2,必须进行更多的研究来解决这一问题。     

天然有机质对纳米零价铁去除水中六价铬的影响

应用纳米零价铁进行地下水污染治理是近年迅速发展的环境修复新技术,但在实际应用中,纳米零价铁的反应活性受到环境条件的影响,其中自然界中广泛存在的天然有机质就是重要影响因素。通过批实验研究腐殖酸(天然有机质代表物)对纳米零价铁去除水中六价铬的影响,结果表明,腐殖酸的存在能够极大地抑制纳米铁去除六价铬的反应速度和去除效率,原因在于纳米铁对腐殖酸具有一定的吸附作用,从而减少了纳米铁表面的有效活性位点,降低了对六价铬的作用。此外发现,水体中溶解氧的存在有利于纳米铁对六价铬的去除。关于腐殖酸-纳米零价铁-六价铬的相互作用研究,对于进一步揭示修复体系作用机制具有重要的理论和应用价值。