蒙脱石基纳米FeOOH/TiO2复合材料的制备与光催化活性研究

以蒙脱石为基底,采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛/蒙脱石(TiO2/Mmt)复合光催化材料,通过Fe(NO3)3-HNO3体系水解生长纳米FeOOH,从而制备出负载型羟基氧化铁/二氧化钛/蒙脱石(FeOOH/TiO3/Mmt)复合光催化材料以改善材料在可见光下的光催化性能.高分辨透射电镜的表征结果显示,FeOOH/TiO2复合薄膜厚度约为10～40 nm,TiO2为晶粒粒径约为5～10nm的锐钛矿,FeOOH为长10～30 nm,宽约4 nm的针铁矿.以甲基橙为目标物,对FeOOH/TiO2/Mmt复合材料的光催化性能进行初探,在甲基橙初始浓度为5 mg/L,催化剂用量为1.875 g/L,H2O2初始浓度为2 mmol/L,pH值为6.5,350 W氙灯照射1 h,甲基橙脱色率达到99%,明显优于相同条件下TiO2/Mint对甲基橙的45%脱色率;同时甲基橙残液的红外光谱图显示FeOOH/TiO2/Mmt/H2O2/UV体系比FeOOH/TiO2/Mint/H2O2/Visible light体系具备更好的光催化氧化苯环的能力,降解更为彻底.     

掺铁二氧化钛薄膜的自组装制备、表征与光催化性能研究

采用自组装方法于低温液相反应体系中成功制备出大尺寸二维纳米二氧化钛薄膜和掺铁二氧化钛薄膜。样品通过荧光发射光谱、拉曼光谱、高分辨透射电镜等方法进行表征,并研究了紫外光和可见光下Fe3+/TiO2纳米薄膜对甲基橙溶液(MO)的光催化降解过程,探讨了Fe3+对TiO2的光催化活性的影响。结果表明,此方法不需要高温煅烧即可得到高催化活性的金红石和锐钛矿混合型二氧化钛薄膜,以金红石为主。Fe3+掺杂明显提高了TiO2对甲基橙溶液的光催化降解效率:掺杂Fe3+浓度为0.5 mmol/L时光催化效果最优,且更利于较低浓度甲基橙溶液的降解,在紫外光和可见光下对初始浓度5 mg/L甲基橙溶液的降解率分别达到98.62%和89.24%。     

自然光下羟基氧化铁处理水溶液中甲基橙的研究

自然界广泛存在羟基氧化铁,研究其在地质中的光催化作用对环境的污染防治有着重要意义。在自然光照下,用针铁矿和四方纤铁矿处理甲基橙溶液,不同反应时间取样经高速离心后,用紫外/可见分光光度计和傅立叶变换显微红外光谱仪(FTIR)进行分析。结果表明,FeOOH/Visible light体系能使甲基橙溶液脱色率达83%,四方纤铁矿比针铁矿有更好的光催化降解效果;FeOOH/Visible light体系能将甲基橙分子中的偶氮键打开,从而使溶液脱色,FeOOH/Visible lihgt/H2O2则能进一步降解甲基橙,使其分子中的苯环部分打开。     

镍酞菁修饰镍铝水滑石的制备及光催化性能研究

通过共沉淀法将水溶性四羧基镍酞菁(Ni Pc)负载到镍-铝碳酸根水滑石(Ni Al-LDHs)上,制备负载型催化剂(Ni Pc/Ni Al-LDHs)。采用XRD、FT-IR、UV-Vis、TG-DTA和SEM等技术对酞菁衍生物和Ni Pc/Ni Al-LDHs的结构进行表征。结果表明Ni Pc没有改变Ni Al-LDHs的晶型结构和热稳定性能。在10 mg/L、25 m L的甲基橙溶液、p H值为3、H2O2用量50μL的条件下,Ni Pc/Ni Al-LDHs协同H2O2光催化氧化降解甲基橙3 h后,甲基橙剩余率为16.33%。溶液p H值在3~7范围内,Ni Pc/Ni Al-LDHs/H2O2都能有效光催化氧化降解甲基橙,且光催化氧化降解过程涉及到羟基自由基反应。     

天然铁细菌生物矿化针铁矿吸附铬离子的研究

针铁矿,特别是生物成因的针铁矿,具有较大的比表面积和较强的吸附能力,是一种良好的环境修复材料。铬在环境中常以Cr()和Cr()存在,是一种能持久存在具有氧化还原活性的毒性金属离子。本文以水体中铁细菌矿化形成的针铁矿为材料,研究了Cr()和Cr()在该生物矿化针铁矿上的吸附行为,发现其符合Langmuir与Freundlich等温吸附模型。扫描电镜、透射电镜显微成分分析表明铬在该针铁矿上的吸附存在不均匀性,明显受其显微结构影响。显微球团结构的针铁矿比螺旋状针铁矿具有更强的结合铬离子的能力。X射线光电子能谱结果表明吸附在生物矿化针铁矿表…     

掺铁-TiO2/膨润土复合光催化材料制备及性能

采用酸性溶胶法制备掺铁-TiO₂/膨润土复合光催化剂,利用XRD﹑IR等测试手段对其进行了表征。通过测试甲基橙溶液的脱色率和COD去除率对复合光催化剂的光催化活性进行了评价。结果表明,该催化剂有较高的催化氧化性能,在太阳光照射下,对pH=4﹑质量浓度为20 mg/L的甲基橙溶液进行降解时,其脱色率可达95%以上,COD去除率可达85%以上。该催化剂在经过200℃焙烧活化2.5 h后可多次重复利用。     

铁细菌胞外多聚物对铁矿物的调控形成及其环境意义

环境介质溶液中铁的水解作用和稳定化作用主要受铁细菌及其代谢有机物质的影响。铁细菌普遍存在于自然环境中,可利用低价铁源为自身生长所需能量。铁细菌胞外有机物的主要组分如多糖和蛋白质等可与铁结合,并通过氧化或沉淀作用使铁稳定、沉积而形成铁矿物;此外铁细菌胞外多聚物可催化铁的氧化或促进铁的聚集。这些生物成因铁矿物因具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性,及有效固定环境中的重金属、放射性核素和催化降解有机污染物的良好环境属性,在环境生物矿物材料和环境治理研究领域被日益重视。故本文基于铁细菌及其胞外多聚物对铁矿物矿化形成的重要调控作用,介绍了环境中存在的铁细菌及其生物矿化特征,重点阐述了铁细菌胞外多聚物(组分、结构及特性)及其在铁矿物矿化过程中的作用,同时对铁细菌胞外多聚物及生物成因铁矿物的环境意义进行了概述。     

天然沸石对提高TiO2光催化活性的作用

以天然沸石为载体,研究了其负载TiO2后对甲基橙溶液的光催化降解效果,探讨了TiO2与沸石的结合类型。通过对负载前后反应动力学模式变化的研究,阐释TiO₂/沸石体系的光催化反应进程。从复合前后样品的AFM、IR、发射光谱变化上看,部分TiO₂与沸石载体形成了新的Ti－O－Si或Ti－O－Al的化学键。光催化实验结果和动力学分析显示,在反应的初始阶段,当TiO₂中引入多孔的沸石载体后,催化剂对甲基橙的降解过程由原来纯粹的吸附控制模式向反应控制模式转变,但还没有达到纯粹的反应控制的程度。沸石载体是通过提高吸附过程的速率,来提升初始阶段的光催化反应速率（R₀）的。     

铁锰氧化物对苯酚氧化降解的实验研究

为了考察铁锰氧化物对酚类污染物的氧化降解能力,采用天然以及合成的铁锰氧化物对苯酚的氧化降解进行对比实验研究。土壤中铁锰氧化物样品分别为天然针铁矿及氧化锰,合成铁锰氧化物样品分别为合成针铁矿及软锰矿。结果表明：苯酚与铁锰氧化物发生氧化还原作用时,还可能与土壤中杂质发生吸附等作用;铁锰氧化物还原反应强度随着反应介质pH值的升高而迅速下降;可用零级反应动力学方程拟合铁氧化物还原溶解反应,针铁矿溶解反应的强度与介质的pH值呈负相关关系;天然针铁矿对酚类污染物的氧化降解能力明显高于合成针铁矿,pH值对天然针铁矿溶解反应影响较大;可用一级指数衰减方程拟合锰氧化物还原溶解反应,锰氧化物溶解反应的强度与介质的pH值呈指数衰减关系;pH值对软锰矿还原溶解反应的影响大于对土壤中氧化锰的影响,pH值越小,影响越显著;对比pH值对铁和锰还原作用的影响发现,在pH=6.5时,锰氧化物仍有较强的氧化性能。     

铁细菌培养过程中低分子有机酸钠盐对含硫酸根铁矿物形成的影响

普遍存在环境中的低分子有机酸盐对氧化亚铁硫杆菌的矿化产物(施氏矿和黄钾铁矾等铁矿物)会产生影响,从而导致环境中有毒重金属迁移转化发生变化。本文探讨了低分子有机酸钠盐对铁细菌HX3成长过程中代谢产物铁矿物的影响,并利用XRD、FTIR、FESEM和EDS对形成的铁矿物进行了表征与分析。研究结果表明,低浓度低分子有机酸钠盐的加入对细菌氧化Fe~(2+)的影响不明显,但可加速黄钾铁矾的形成;苹果酸钠的加入较柠檬酸钠和草酸钠更利于施氏矿向黄钾铁矾转变。高浓度低分子有机酸钠盐(苹果酸钠、柠檬酸钠和草酸钠依次为20、40和40mmol/L)的加入对细菌培养过程中Fe~(2+)的氧化有抑制作用;抑制影响从大到小的顺序为:苹果酸钠柠檬酸钠草酸钠。该研究结果可为含氧化亚铁硫杆菌等铁细菌的酸性矿山废水中铁矿物的形成转化和生物矿化机理提供理论参考。     

H_2O_2增效TiO_2/凹凸棒石光催化体系降解亚甲基蓝

以钛酸四丁酯为前驱体,天然凹凸棒石为载体,采用溶胶凝胶法制备了TiO_2/凹凸棒石复合光催化剂,并用XRD、TEM对其进行表征.以亚甲基蓝染料为模拟污染物,采用300 W汞灯为紫外光源,以光催化实验来评价该催化剂的活性,并研究了H_2O_2的引入对光催化活性的影响.实验结果表明,H_2O_2能显著提高染料的脱色效率:亚甲基蓝的初始浓度为50 mg/L,催化体系为2 mmol/L H_2O_2+0.5 g/L TiO_2/凹凸棒石+UV(紫外线),光催化10 min后其脱色率为95%,相对于单独的0.5 g/L TiO_2/凹凸棒石+UV催化体系,其脱色率提高了约50%.全波段扫描显示,加入H_2O_2后,亚甲基蓝在290 nm对应的苯环吸收蜂急剧下降,665 nm对应的最大吸收峰则近乎消失,且没有新的吸收峰产生.     

改性有机膨润土对苯酚吸附性能的研究

利用无机试剂H2SO4、H2O2,对钠基膨润土进行预处理,再用溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)进行改性,并利用改性有机膨润土对苯酚进行吸附研究。实验结果表明,最佳改性土是利用φ=2%的H2O2预处理、经30 g/L CTMAB改性的有机膨润土。     

水辐射分解促进铀矿床围岩赤铁矿化蚀变的实验研究

本文根据人工辐照含二价铁的水溶液实验结果,讨论水的辐射分解对铀矿床围岩红化蚀变的意义。铀矿床围岩中各种形式的水,当遭受辐射线长期辐照后,将发生辐射分解作用,析出许多自由基及其反应产物(H,H_3O~+,OH,HO_2,H_2,O_2,H_2O_2等),其最终结果是明显地增强周围介质的氧化性,这无论在氧化或弱还原条件下,都将使铀矿床围岩中广泛分布的二价铁氧化成三价铁,产生红化(赤铁矿化)围岩蚀变,利用这一原理可解释某些地质现象。     

电气石/H_2O_2体系降解Cu(Ⅱ)-EDTA废水的研究

Cu(Ⅱ)-EDTA废水由于其螯合性难以处理.采用电气石/H_2O_2体系进行降解,结果显示废水处理达到较好的效果.COD和Cu~(2+)的去除率与电气石投加量、H_2O_2用量和温度呈正相关性.溶液pH=3时,两者去除率最大.紫外-可见吸收光谱显示,处理后的Cu(Ⅱ)-EDTA被降解为小分子有机物.通过对比电气石反应前后的XRD图谱和红外光谱发现,电气石与EDTA降解中间产物发生络合.反应动力学研究结果表明,电气石/H_2O_2体系降解废水的反应为拟一级反应.     

利用黄钾铁矾类矿物形成过程预处理高浓度含硫废水

利用黄钾铁矾类矿物形成过程对某高浓度工业含硫废水进行预处理,除去一定量的SO42-,使溶液中低价态的硫继续转化成SO42-,再进行氧化处理。采取二次沉淀除去溶液中更多的SO42-,大大降低了该水样的COD值。通过实验得出沉淀的最佳工艺条件为pH值为2.50～3.20,氯化铁晶体(FeCl3.6H2O)最佳投入量为50g/L。经过两次黄钾铁矾类矿物沉淀过程,该废水COD的去除率达到85.29%,结合H2O2的氧化处理,COD去除率可达96%。为高浓度含硫废水进入生化处理前的预处理提供了实验依据。     

锌精矿氧压酸浸液中铟的提取研究

对锌精矿氧压酸浸液中铟的提取进行了研究,在1.0m o l/L的H2SO4介质中,铟可被P204定量萃取,当萃取相比为O/A=1/4,进行三级萃取,平衡时间为3m in时,In萃取率达97%以上;对负载有机相用3m o l/L的HC l进行三级反萃,O/A=5/1,平衡时间为3m in,In反萃率为99.62%。     

含钒金红石可见光下催化降解亚甲基蓝实验研究

利用含有钒等杂质的金红石可部分吸收可见光的特性,以500 W卤素灯作为光源,实验研究了其对亚甲基蓝的可见光催化降解,结果表明,该金红石具有催化活性,7 h后亚甲基蓝可降解71 2%。经过加热、粉碎改性方法处理后的金红石光催化活性明显提高,加热1 100 ℃的金红石样品7 h后可使亚甲基蓝的降解率达到90 4%。增加光照强度、加入适当的H2O2 都可提高降解效果。实验为充分开发利用天然金红石提出了新的途径,为环境污染治理提出了新方法。     

氧化铁矿物催化分解苯酚的动力学速率及其产物特征

本文研究了针铁矿、纤铁矿、赤铁矿和磁铁矿在过氧化氢参与下催化分解苯酚的动力学速率与溶液pH值的关系,并用紫外吸收谱测定了反应产物的谱学特征。结果表明,纤铁矿反应体系催化分解苯酚的速率常数(k)最大,其余依次为磁铁矿、针铁矿和赤铁矿。在纤铁矿反应体系中又以pH=3.8时反应速率常数最大。除赤铁矿反应体系外,当溶液pH=3~4时苯酚被完全分解,并有50%~65%的有机碳(TOC)被矿化。在pH=3.25的赤铁矿反应体系中,苯酚大多仅被转化为多酚,小部分苯环被打开形成己烯酸。当溶液pH=4~5时,苯酚一般仅被转化为多酚类化合物,但TOC基本不变。当溶液pH>5时,苯酚没有发生明显的转化和矿化现象。     

Biodegradation of forest floor organic matter bound to minerals via different binding mechanisms

Mineral-associated organic matter (OM) represents a large reservoir of organic carbon (OC) in natural environments. The factors controlling the extent of the mineral-mediated OC stabilization, however, are poorly understood. The protection of OM against biodegradation upon sorption to mineral phases is assumed to result from the formation of strong bonds that limit desorption. To test this, we studied the biodegradation of OM bound to goethite (α-FeOOH), pyrophyllite, and vermiculite via specific mechanisms as estimated from OC uptake in different background electrolytes and operationally defined as ‘ligand exchange’, ‘Ca²⁺ bridging’, and ‘van der Waals forces’. Organic matter extracted from an Oa forest floor horizon under Norway spruce (Picea abies (L.) Karst) was reacted with minerals at dissolved OC concentrations of ∼5-130 mg/L at pH 4. Goethite retained up to 30.1 mg OC/g predominantly by ‘ligand exchange’; pyrophyllite sorbed maximally 12.5 mg OC/g, largely via ‘van der Waals forces’ and ‘Ca²⁺ bridging’, while sorption of OM to vermiculite was 7.3 mg OC/g, mainly due to the formation of ‘Ca²⁺ bridges’. Aromatic OM components were selectively sorbed by all minerals (goethite ? phyllosilicates). The sorption of OM was strongly hysteretic with the desorption into 0.01 M NaCl being larger for OM held by ‘Ca²⁺ bridges’ and ‘van der Waals forces’ than by ‘ligand exchange’. Incubation experiments under aerobic conditions (initial pH 4; 90 days) revealed that OM mainly bound to minerals by ‘ligand exchange’ was more resistant against mineralization than OM held by non-columbic interactions (‘van der Waals forces’). Calcium bridges enhanced the stability of sorbed OM, especially for vermiculite, but less than the binding via ‘ligand exchange’. Combined evidence suggests that the extent and rate of mineralization of mineral-associated OM are governed by desorption. The intrinsic stability of sorbed OM as related to the presence of resistant, lignin-derived aromatic components appears less decisive for the sorptive stabilization of OM than the involved binding mechanisms. In a given environment, the type of minerals present and the solution chemistry determine the operating binding mechanisms, thereby the extent of OM sorption and desorption, and thus ultimately the bioavailability of mineral-associated OM.     

共存重金属离子对针铁矿活化过硫酸盐去除水中磺胺吡啶的影响

基于硫酸根自由基的高级氧化技术能有效降解水中磺胺类药物残留。由于在自然环境中共存重金属会对环境修复效果产生一定影响,文中重点研究了不同pH环境条件下不同重金属离子对针铁矿活化过硫酸盐(PS)去除水中磺胺吡啶(SPY)的影响。不同类型重金属离子(Cu^2+、Pb^2+、Cd^2+,0.2mmol/L)在反应体系(初始条件:针铁矿,1.0g/L;PS,4mmol/L;SPY,10mg/L;pH=8.2)中对SPY的降解对比研究发现:在无重金属共存的条件下,针铁矿/PS体系降解SPY的去除率为25.2%;Pb^2+和Cd^2+对针铁矿/PS体系的影响较弱,去除率分别为30.8%和34.8%;Cu^2+的促进作用很大,可以使SPY被完全降解(100%)。机理分析认为,在针铁矿/PS体系中Pb^2+和Cd^2+主要通过影响吸附作用导致磺胺吡啶被去除,而Cu^2+主要通过自身活化PS的作用。不同pH条件(3.0,8.0,12.0)实验证实弱碱性条件下,Cu^2+/针铁矿/PS能够发挥较高的活性从而降解SPY。本文结果为采用针铁矿活化过硫酸盐技术修复类似复合污染地下水环境提供了实验依据。