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。     

膨润土负载纳米铁镍同步修复地下水中三氯乙烯和六价铬复合污染

纳米零价铁原位注射修复地下水污染是近年发展的新技术,以往研究多侧重于单一目标污染物的去除效果及作用机理,但是地下水多种污染物共存问题不容忽视。本文针对典型污染物三氯乙烯TCE和六价铬Cr(Ⅵ),运用合成的活性高、稳定性强的膨润土负载纳米铁镍(B-Fe/Ni)开展修复实验,研究B-Fe/Ni对TCE和Cr(Ⅵ)共存复合污染的修复效果及其作用机制。通过一步法合成B-Fe/Ni,对TCE和不同浓度Cr(Ⅵ)混合污染的去除进行试验研究,对反应前后的样品B-Fe/Ni进行表征,并跟踪反应过程中TCE和Cr(Ⅵ)的浓度变化。结果表明:B-Fe/Ni同步去除水中TCE和Cr(Ⅵ)快速高效,50 mg/L Cr(Ⅵ)在2 h内能被B-Fe/Ni (1 g/L)完全去除而不受共存TCE(0. 1 mmol/L)的影响,然而TCE降解速率会随共存Cr(Ⅵ)的浓度(0、10、30、50 mg/L)增大而降低。经透射电镜-电子能谱及X射线光电子能谱表征验证,这是由于B-Fe/Ni与Cr(Ⅵ)快速反应,生成部分Fe-Cr共沉淀会覆盖B-Fe/Ni表面的活性位点,抑制了TCE的降解,但通过分析TCE降解产物可知,B-Fe/Ni同样能对TCE完全脱氯。因此,B-Fe/Ni适用于地下水复合污染修复,实际应用时需考虑多种污染物共存的相互影响,选择适宜试剂用量和注射方式,这对纳米零价铁修复技术的发展具有重要理论意义和应用参考价值。     

羧甲基纤维素稳定纳米铁去除水中六价铬的研究

零价纳米铁(NZVI)具有较高活性,近年受到人们关注并将其应用于地下水污染原位修复,但在实际应用中NZVI易发生氧化与团聚,容易失活。因此尝试运用环境友好型材料对NZVI进行表面改性,选择羧甲基纤维素(CMC)对纳米铁进行表面包覆获得CNZVI,研究不同CMC含量包覆NZVI的分散稳定性和CNZVI对水中六价铬的去除效果。结果表明：经过改性后的CNZVI分散稳定性要明显优于商用纳米铁RNIP,包覆CMC的比例越高,CNZVI的稳定性越好,在较高的CMC包覆比例下,纳米铁不易失活并具有良好的反应活性,对溶液中六价铬有很好的去除效果。     

纳米零价铁地下水修复技术的最新研究进展

纳米零价铁（NZVI）是粒径在1～100nm之间的铁颗粒,它的比表面积和反应活性远远大于普通铁屑和铁粉,可以直接注入到含水层的重污染区,形成一个高效的原位反应带,灵活、高效、低成本地治理地下水污染。NZVI不仅可以降解各种卤代烃,还可以降解部分不含卤族元素的有机污染物,吸附或降解地下水中的重金属离子和多种无机阴离子。NZVI地下水修复技术在发达国家已经得到工程应用并正在迅速推广,原位场地因素对NZVI地下水修复效果的影响是今后该领域重要发展方向。NZVI在含水层中的有效分散和运移是今后NZVI用于地下水修复的主要突破点。     

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。     

空气氛围制备核壳纳米零价铁实验研究及其对地下水原位修复的启示意义

运用纳米零价铁进行地下水污染原位处理是近年新发展的环境修复新技术,传统合成纳米零价铁一般多采用无氧条件(通氮气保护)液相法,操作繁琐,不适合批量生产。为了达到纳米零价铁液相法大规模制备和便于现场应用的目的,通过对比传统方法(通氮气除氧),提出在空气氛围中(有氧)制备纳米零价铁。透射电镜和X射线衍射分析表明,空气中直接制备的纳米零价铁Fe@Fe_2O_3有明显核壳结构,粒径40~100nm,内核零价铁,外壳氧化铁厚4~5nm。纳米铁降解水中甲基橙和去除六价铬的实验表明,空气氛围中制备的纳米铁反应活性最好,10min内0.4g/L(RO)Fe@Fe_2O_3能够把200mg/L甲基橙降解98.6%,30min内0.2g/L(RO)Fe@Fe_2O_3能够把20mg/L六价铬去除84.7%。因此,省略了氮气保护环节,成功合成核壳结构纳米零价铁,这有利于现场应用时现配现用,并降低运输保管纳米铁的成本和风险,对开展原位现场污染修复具有启示和应用价值。     

不同种类纳米零价铁的毒性比较研究

纳米零价铁是一种高效的环境修复材料,可以处理多种污染物;然而,纳米粒子的尺寸效应可能导致其在自然界中存在潜在毒性风险。选择几种常用包覆型、负载型和裸露的纳米铁,通过大肠杆菌的耐受性实验,比较3种纳米铁的毒性。研究表明,负载型纳米铁的分散性最好,而裸露纳米铁最差。3种纳米铁虽然对大肠杆菌都表现出毒性,但是负载型纳米铁的毒性最小。通过毒性减缓的机理分析,说明纳米铁改性后阻止了纳米颗粒与细菌的直接接触,这是空间位阻效应的作用。研究结果进一步证实了在使用纳米材料前应充分评估潜在毒性和环境效应的重要性。     

电化学循环井驱动模拟含水层化学氧化降解三氯乙烯

传统原位化学氧化地下水修复技术存在氧化剂迁移距离短和利用率低等问题。本研究在双井循环模式促进传质的基础上,通过注水井中的地下水电解原位提供O₂和H₂,配合乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)络合溶解出含水层Fe(Ⅱ),活化O₂产生羟基自由基(•OH),实现地下水三氯乙烯(TCE)的氧化降解。在填充了砂土和黏土互层的二维砂槽中,设置电流为0.2 A、流速为72 cm/d、初始TCE浓度为3 mg/L,经过9 d的连续通电处理后,TCE浓度降低到1 mg/L,降解率达到67%。通电前投加0.5 mmol/L EDTA,经过1 d水流循环后含水层中溶解态Fe(Ⅱ)浓度从02 mg/L增加到414 mg/L,黏土区域较高。通电过程中,循环井促进O₂、Fe(Ⅱ)-EDTA和TCE的有效接触与反应,使TCE氧化降解。通电初期,黏土区域Fe(Ⅱ)氧化速率、TCE降解速率较周围慢,后期差异逐渐减小。未通电时加入醋酸钠可促进Fe(Ⅲ)还原,使含水层中铁循环利用。该修复过程通过循环井提升了氧化剂迁移距离,使用源于含水层的Fe(Ⅱ)-EDTA和稳定性较好的O₂提高了氧化剂利用率,有望应用于有机污染地下水修复。     

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。     

膨润土负载纳米铁去除地下水中六价铬研究

随着人民生活水平的提高和城市化进程的加快,有机污染物及重金属高强度场地污染对人类健康、生态环境及社会安全构成了严重威胁。地下水中的重金属Cr(Ⅵ)污染逐渐受到重视,纳米零价铁可以有效地将六价铬还原成三价铬,使其沉淀固定下来,从而将污染源区的污染物消减固定,防止其向周围扩散。然而由于纳米铁颗粒微小,易被氧化,极易团聚,自身活性受到限制,因此,纳米铁的分散性、稳定性、良好活性研究至关重要。采用低成本环境友好型粘土矿膨润土作为负载材料制备膨润土负载纳米铁（B-NZVI）,批实验和柱实验研究B NZVI去除模拟地下水中Cr(Ⅵ)。结果表明：(1)自制的膨润土负载纳米铁个体呈球形,呈分散状负载于膨润土;(2)相同铁含量的B-NZVI处理Cr(Ⅵ)的效率远大于纳米铁,还原反应符合伪一级反应动力学模型,表观速率常数K随着B NZVI初始浓度的减小而减小;(3)B NZVI在石英砂柱中基本无迁移,适用于点源污染,Cr(Ⅵ)穿透曲线为B-NZVI的实际应用提供了理论和实验基础。     

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。     

多孔介质中磷负载纳米铁运动特性的模型试验

纳米零价铁在多孔介质中的运动能力影响其作为污染地下水修复材料的应用潜力。已有研究多采用一维柱试验研究纳米零价铁的运动行为,对于其二维运动行为的报道有限。自主研发了模拟多孔介质中纳米颗粒运动的模型试验系统,采用细、中、粗3种不同粒径的玻璃珠模拟土体,通过取样测量和图像分析等方法获得了磷负载纳米铁在多孔介质中的运动行为。一维柱试验结果表明磷负载纳米铁在中玻璃珠和粗玻璃珠中均有一定的运动能力,其液相回收率分别为50.3%和41.0%,而在细玻璃珠中运动能力较差;二维模型试验表明磷负载纳米铁在中玻璃珠中的滞留量随距离逐渐降低,而在粗玻璃珠中则呈现出滞留量随距离先升高后降低的趋势。由模型试验结果分析可知,磷负载纳米铁的运动和滞留过程与多孔介质孔隙结构和流速密切相关,颗粒阻塞与表面沉积等不同物理过程的共同作用导致了其在不同粒径多孔介质中运动特性的差异。研究成果可用于评估磷负载纳米铁的运动能力及分析其在多孔介质中的运移和滞留机制,为纳米零价铁技术的工程应用和环境风险评价提供参考依据。     

硝酸根对颗粒状铁降解三氯乙烯的影响(英文)

为研究硝酸根对颗粒状铁降解三氯乙烯的影响,进行了柱实验和相应的反应铁腐蚀电位测定。在硝酸根离子存在条件下,铁的腐蚀电位相应升高,系统条件也因之发生变化,导致钝性的铁氧化物在铁表面生成。因而,三氯乙烯和硝酸根离子降解速率明显减小, 并且降解速率减小的程度与硝酸根离子的浓度成比例。当污染液流过反应柱时,硝酸根离子与铁反应, 被还原为氨根离子。该反应造成硝酸根离子的浓度梯度,使钝化区在柱中上移,从而影响了三氯乙烯的降解曲线。与三氯乙烯单独与铁反应相比,当含4 7 mg/L硝酸根的三氯乙烯溶液流经反应柱170 孔隙体积后,降解50% 三氯乙烯所需的时间(t50) 从小于4 h增加到大于10 h;而当三氯乙烯溶液中加入100 mg/L硝酸根离子,仅17 孔隙体积溶液流经反应柱后,三氯乙烯降解t50就已大于14 h。研究结果表明,由于硝酸根离子对铁的腐蚀电位和铁表面氧化膜的不利作用,在处理靶污染物为高浓度硝酸根离子和三氯乙烯共同污染的地下水时,铁渗透反应隔栅不是最佳选择。如果靶污染物中硝酸根离子浓度比较低,则在设计铁隔栅时应考虑到硝酸根离子造成的不利因素,相应增加铁墙的厚度,从而确保三氯乙烯的降解效果。     

Impact Factors on Removal of Perchloroethylene with Nano-Ni/Fe Methodology

Chlorinated hydrocarbons are widely detected in groundwater, but conventional removal methodologies are not time-and-cost effective. With the development of iron reducing technology in recent years, research on nano-iron and nano-bimetal has become a hot spot. The paper presents the results of impact factors on perchloroethylene （PCE） removal by nano-Ni/Fe method. The data show that the reaction rate of unexposed nano-Ni/Fe is 4 times higher than exposed one; and temperature is one of the important controlling factors. Reaction rate constant KSA increases by 2-3 times with every 10℃ increment of temperature. Within a specific range, higher Ni/Fe ratio favors dechlorination process. When the Ni/Fe is 8%, the dechlorination process reaches the highest rate. Dissoved oxygen in the solution does not favor the degradation of chlorinated hydrocarbons.     

西藏蛇绿岩中二种合金矿物新变种

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东部，距拉萨200km的泽当罗莎蛇绿岩的铬铁矿中，发现有种类繁多的合金矿物，铬铁镍矿和依铁镍矿就是其中二种。铬铁镍矿分子式：Ni0.41Fe0.35Cr0.24，为等轴晶系，空间群为Fm3m，晶胞参数a=0.35622(2)nm。铱铁镍矿分子式：Ni0.66Fe0.18Ir0.16，属等轴晶系，空间群Oh^5-Fm3m，晶胞参数a=0.46486(4)mm。     

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。