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.     

一价阳离子和水溶性有机质对生物沥浸中次生铁矿物形成的影响

在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下,污泥生物沥浸体系中常会有次生铁矿物形成,这些矿物对污泥脱水和重金属溶出有重要影响。本研究模拟生物沥浸体系,考察了一价阳离子(K+、NH4+、Na+)和污泥DOM(dissolved organic matter)对次生铁矿物形成的影响。结果表明,一价阳离子生成次生黄铁矾类矿物的能力迥异,其中K+的成矾能力最强,120 mmol/L NH4+和80 mmol/L Na+会抑制体系中黄钾铁矾形成。在1.6 mmol/L K+-120 mmol/L NH4+-40 mmol/L Na+和1.6 mmol/L K+-80 mmol/L NH4+-80 mmol/L Na+两个处理所得矿物的结晶度均低于1.6 mmol/L K+-80 mmol/L NH4+-40 mmol/L Na+处理所得矿物的结晶度。另外,在50 mg/L DOM(以DOC计)存在的生物氧化体系,Fe2+最大氧化速率为4.96 h-1,比没有DOM存在时降低48.1%,矿物结晶度也明显低于后者。可见,过高的一价阳离子和DOM含量会影响A.ferrooxidans菌生理生化活性,降低Fe2+氧化速率,继而影响Fe3+供应,使微环境中的黄铁矾形成动力发生改变,最终在一定程度上影响了次生铁矿物的形成。     

苜蓿基生物炭催化硫化物还原处理顺-二氯乙烯

顺-二氯乙烯(Cis-DCE)是高氯代烯烃在不完全降解过程中产生的毒性更强的中间产物。为了将Cis-DCE彻底地无毒化处理,本文提出了一种使用苜蓿基生物炭催化硫化物还原处理Cis-DCE的新技术。结果表明：3种苜蓿基生物炭(MXBC-400、MXBC-600和MXBC-800)对Cis-DCE均具有一定的吸附效果,但只有MXBC-600和MXBC-800可以催化硫化物,还原脱氯Cis-DCE,其中MXBC-800的催化性能最佳,可以将反应体系中的Cis-DCE几乎完全降解为乙炔,反应结束时乙炔与Cis-DCE的物质的量之比约为0.998 7∶1;材料投加量、硫化物(Na₂S)浓度、pH和反应温度的增加都会促使Cis-DCE降解效率的提升,对初始浓度在5.0～20.0 mg/L范围内的Cis-DCE去除率都能达到90%以上;Cis-DCE的降解机制主要是β消除反应,其降解途径为Cis-DCE→氯乙炔→乙炔;较大的比表面积、材料表面丰富的碳氧及含氮官能团是材料催化能力的关键因素;MXBC-800具有良好的催化稳定性。     

氮硫共掺杂生物炭活化过硫酸盐去除地下水中难降解有机污染物的效能研究

针对水环境中2,4--二氯酚(2,4--DCP)污染,笔者以水稻秸秆为生物炭前驱体,硫脲为双原子掺杂剂,通过高温热解工艺制备了高效吸附和催化性能的氮硫共掺杂生物炭(NSBC),用于活化过一硫酸盐(PMS)降解2,4--DCP,并对其进行表征。结果表明,双原子掺杂显著提高了生物炭材料的比表面积、氧化还原活性和活性位点,如含氧官能团和氮、硫官能团。在最佳条件下,NSBC具有高效的催化能力,5 min内2,4--DCP的降解率为95.30%。NSBC/PMS体系(0.542 min^-1)的降解速率常数是BC/PMS体系(0.197 min^-1)的2.7倍。此外,在较宽的pH值范围内NSBC仍具有较好的催化性能。电子自旋共振和猝灭实验分析表明,活化PMS生成的¹O₂和·O^-₂作为2,4--DCP的降解过程的主要活性氧物种(ROS)。     

铁层柱蒙脱石非均相UV/Fenton法降解水中橙黄G染料的机理

Fe2+/H2O2和紫外光协同作用下的均相光助Fenton反应体系(UV/Fenton)在酸性水溶液中具有很强的催化氧化能力,因而可以有效地降解废水中的有机污染物,但此均相反应体系中Fe离子的分离和反复使用是一个有待解决的难题,亦即     

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.     

西部地区富油煤开发利用潜力分析和技术体系构想

【目的】富油煤是集煤、油气属性为一体的宝贵煤炭资源,催化热解是实现其绿色低碳开发的重要途径。然而,高效可回收催化剂的研发仍面临着极大的挑战。【方法】以HZSM-5@SiO₂@MgFe₂O₄ (HSMF)为原料,采用水热法与碱改性制备具有多级孔结构的HZSM-5@SiO₂@MgFe₂O₄ (mHSMF),再通过沉淀法制备铈改性mHSMF (5-CeO₂/mHSMF);并利用固定床反应器考察了5-CeO₂/mHSMF对神府富油煤热解产物的调控作用及其抗积炭性能。【结果和结论】结果表明,CeO₂改性有助于在HSMF表面形成微−介孔多级孔道结构;在5-CeO₂/mHSMF催化剂上,650 ℃、N₂气氛、反应1 h的条件下,神府富油煤焦油产率达到13.38%,是格金试验焦油产率的176%;相较于原煤热解,催化热解得到的焦油中脂肪烃类及苯类化合物含量分别增加了3.04%和3.07%,煤气中H₂和CH₄含量提高了10.49%;经CeO₂改性后,催化剂的抗积炭性能增幅达86.1%,积炭量仅为11.60 mg/g,且积炭趋于稳定的石墨化结构。5-CeO₂/mHSMF对神府富油煤催化热解产物的分布及组成具有明显调控作用,并表现出良好的抗积炭效果和磁性可回收性能。

     

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。     

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度, 对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象, 在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析, 结果表明: 岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主, 阴离子以HCO₃-为主, 分别占阳离子和阴离子组成的90%以上, SO₄2-含量较低, 其含量范围为0.004~0.213mmol/L; 所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13C_DIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO₃-]更偏向于碳酸溶解端元, 离硫酸溶解端元距离远, 证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon, 简称DIC)及δ13C_DIC的影响有限; 与Sr2+/Ca2+值一样, δ13C_DIC主要受径流条件控制, 其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%, 产生的DIC(HCO₃-_H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%, 碳酸产生的DIC(HCO₃-_H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%, 其中来源于土壤大气中的HCO₃-比例为43.48%.因此, 扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后, 岩溶碳汇效应将减少13.04%.      

基于动态物质流分析的中国铁二次资源回收潜力研究

新时代背景下,增强铁资源二次循环利用率,是中国钢铁工业摆脱国外铁矿石依赖,同时实现绿色低碳高质量发展的重要途经。为揭示铁资源二次回收规模,本文利用动态物质流分析(MaterialFlow Analysis, MFA),对中国铁循环规律、社会存量和二次资源潜力进行了分析。结果显示:(1)国内铁矿石供应不足,国外铁矿石进口为中国铁循环的重要来源。建国以来,中国累计净进口铁矿石中的铁物质达90.7亿t,实际铁资源消费量累计为120.2亿t。(2)2021年中国铁社会存量达97.9亿t,人均铁社会存量也达到了6.9t/人,但人均存量尚未达到发达国家平均水平,未来,铁社会存量会进一步增加,同时也将继续刺激铁矿石资源的大量消耗。(3)建国以来,中国铁资源理论报废量持续上升,累计达22.2亿t。到2050年,中国铁二次资源报废量达4.4亿～5.6亿t,铁社会存量规模也将达141.0亿～199.9亿t,充足的铁二次资源规模是缓解初级供应短缺的重要基础条件。基于研究结果,中国应该加快构建旧废钢回收体系,引导新型全废钢电弧炉冶炼工艺的开发设计,全面提高铁二次资源循环利用效率。同时,以“双碳”目标为契机,倒...     

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。     

海相年轻沉积物~(36)Cl定年研究

提取、纯化海相沉积颗粒表面"诱导吸附"的36Cl(和Cl),制成加速器质谱(AMS)测定放射性比度I(36Cl/Cl)所需的标准样品,即高纯度AgCl;定量计算出沉积颗粒沉积封闭时的放射性比度I0(36Cl/Cl),依据放射性衰败定律I=I0e-λt计算得到沉积年龄t。研究结果表明:年轻的海相沉积物沉积封闭时的36Cl放射性比度I0与地理纬度之间存在一定比例关系,采取具有代表性、无污染的太平洋表面海水(4°18′N,161°09′E),经AMS测出的36Cl放射性比度IL为99.34±10.30,再利用36Cl产率与纬度的关系图,得出"放射性比度-产率"的比例常数μ为23.65238。测定了两个海底沉积物和一个海底锰结核的放射性比度I,计算得到的沉积年龄分别为83.2×104a、74.0×104a、17.6×104a。文章提出的I0定值计算方法具有科学依据,可操作性强,为揭示海洋沉积地层相关关系和沉积年龄精确测定提供技术支撑。     

加速器质谱14C分析石墨制备技术研究进展

加速器质谱(AMS)是进行~(14)C同位素分析的主要技术手段,而高精度低本底加速器质谱~(14)C分析主要受样品制备技术限制,因此探讨如何提高石墨制备的稳定性和控制碳污染降低本底将有助于产出高质量~(14)C分析数据,突破~(14)C测年上限(约5.0万年),进一步拓宽~(14)C年代学和同位素示踪的应用范畴。本文详细阐述了催化还原法(H_2/Fe法、Zn/Fe法和Zn-TiH_2/Fe法)制备石墨样品的真空装置和主要工作原理,指出了微量样品石墨制备过程中同位素分馏、石墨产率、束流强度以及精密度与样品量之间存在严重的依赖关系及其抑制方法。着重探讨了石墨制备技术实验条件(还原剂、催化剂、温度等)的优化选择及其与石墨产率、同位素分馏、束流性能之间的内在联系,总结分析了碳污染来源并探寻合适的碳污染控制技术。目前的研究表明最佳实验条件为:H_2/Fe法宜采用还原剂H_2/CO_2(体积比2～2.5),催化剂为源自氢还原单质铁粉(-325目球粒,Fe/C=2～5),温度500～550℃;Zn/Fe法宜采用还原剂Zn/C(质量比50～80),催化剂为源自氢还原单质铁粉(-325目球粒,Fe/C=2～5),Zn反应管温度400～450℃,Fe反应管温度500～550℃。碳污染来源于制备过程中的各个方面,除采用高温除碳的方式外还可采用适当的数学模型加以校正,但还需要更多详细的实验工作来加强现有认识,以期更好地消除碳污染对测试结果的影响。对测年目标组分不稳定的样品(如地下水中的溶解无机碳)应避免样品直接暴露于大气,以减少野外采样过程中现代大气CO_2对测量结果的影响。     

TiO_2-I~-/γFe_2O_3磁性复合催化剂的制备及性能

以四氧化三铁、钛酸四丁酯和氢碘酸等为原料,采用溶胶-凝胶法制备了一种新型磁性复合催化剂TiO_2-I~-/γFe_2O_3.通过X射线衍射分析、热重差热分析、透射电镜以及红外光谱进行分析,研究了热处理时间、温度以及碘掺杂量对光催化剂性能的影响.结果表踢:最佳碘掺杂量为0.5%,烧结温度为400℃,最佳烧结时间为0.5 h,材料对甲基橙的降解率达99%,3次循环使用后甲基橙的降解率仍保持在80%.     

城市雨水集蓄利用技术浅析

由于受条件限制和制约,人们对雨水的使用还处于初级阶段,雨水资源的利用既不形成规模,也没有产生规模经济,造成水资源浪费。在阐述雨水屋面、路面收集及雨水收集管渠的基础上,选取400 m²的屋顶集雨面积计算得出:在雨水收集效率80%,采用节水灌溉措施,灌水效率90%的情况下,选取蓄水池容积40 m³,能够得到较少弃流的条件下,获得最经济的蓄水池容积,可以满足1 000 m²绿地的节水灌溉要求。     

二价铁活化过硫酸盐去除水中苯胺

零价铁和硝基苯反应后生成二价铁和苯胺,而苯胺也是地下水污染物。硫酸根自由基具有强氧化性,可以降解苯胺。而二价铁可以活化过硫酸盐产生硫酸根自由基,进而去除苯胺。本文研究了二价铁浓度、过硫酸盐浓度、苯胺初始浓度、体系初始pH、反应温度等因素对二价铁活化过硫酸盐去除水中苯胺处理效率的影响。结果表明:1)Fe2+活化过硫酸盐生成SO-4·能快速并有效氧化降解苯胺,对于目标浓度为1 000 mg/L的苯胺而言,Fe2+浓度为3.3 mmol/L,Na2S2O8浓度为4.4 mmol/L时,对苯胺有较佳降解效果,苯胺的降解率为86.33%。2体系对较低浓度的苯胺降解效果较好,当污染物初始浓度由1 000 mg/L降低到500 mg/L和100 mg/L时,苯胺降解率由86.33%升高为90.27%和97.16%。3初始pH对苯胺的降解率影响较大,中性条件下(pH=7左右)降解率较好,高初始pH(pH=9,11)和低初始pH条件(pH=3,5)下均低于中性条件下苯胺的降解效率。4体系的温度变化对降解率影响不明显。     

地质样品铊同位素分析预处理方法优化

铊同位素体系可以示踪天体演化、古环境变化、矿床成因及污染物迁移等地质过程。然而,目前用于铊同位素分析的样品消解和离子交换方法耗时较长,往往需要两周甚至更久;为了提高化学前处理效率,本文采用微波消解法分解样品,以AG1-X8阴离子交换树脂纯化铊,采用多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试,仪器的质量歧视用铅同位素标准溶液(NIST SRM981)校正。通过考察消解条件、淋洗曲线和基质效应,结果表明:采用微波消解法,在2mL硝酸-2mL氢氟酸-0.5mL高氯酸的混合酸体系中选用适当的消解程序可以将0.2g土壤标准物质GBW07406消解完全,总耗时不超过2h;利用AG1-X8树脂,上样后,依次以2mL 2mol/L硝酸-1%溴水淋洗6次、2mL超纯水淋洗1次和2mL 0.1mol/L盐酸-6%二氧化硫淋洗5次(收集铊),可有效地纯化铊;常见共存元素的干扰实验结果显示,树脂填充量为2mL时,该淋洗流程所允许上样溶液中含有三价铁和三价铝离子的量分别不应超过2.56mmol和4.90mmol,否则会使铊的回收率降低。将此方法应用于4个地质标准物质中铊同位素比值的测定,ε^...     

三峡澎溪河水域CO2与CH4年总通量估算

以2010年6月~2011年5月三峡澎溪河回水区CO₂与CH₄通量监测数据为基础,参考澎溪河高阳平湖水域全年4次的24 h昼夜连续跟踪观测结果,对每月各采样点的日通量值进行估算。提出了水下地形划分法和环境因素控制法,将各采样点日通量数据外延至整个回水区水域,并估算了澎溪河回水区水域CO₂与CH₄年总通量值。研究期间,澎溪河回水区全年各采样点CO₂通量均值为(3.05±0.46)mmol/(m2·h);CH₄为(0.050 1±0.009 6)mmol/(m2·h)。以水下地形法为基础,该水域全年CO₂和CH₄总通量分别为40 060.5 t和540.9 t;以环境因素控制法为基础,全年CO₂与CH₄总通量分别为39 073.0 t和467.2 t。以环境要素控制法为参考,该水域CO₂全年平均释放强度为43.26 mmol/(m2·d),在全球水库数据序列中处于中等略偏高水平,CH₄全年平均释放强度为1.42 mmol/(m2·d),在全球水库序列中处于中等水平。     

Fe/Ag催化臭氧氧化降解苯酚的研究

为研究双金属催化剂去除有机污染物的效果,采用自制Fe/Ag催化剂对模拟苯酚废水进行了臭氧催化氧化处理。通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)和X射线衍射(XRD)对催化剂进行表征,并考察了催化剂类型、催化剂投加量和溶液初始pH值对降解效果的影响规律。结果表明:与Fe相比,Fe/Ag比表面积减少了22.8%,在Fe/Ag/O₃与含苯酚废水的反应体系中,反应遵循臭氧直接作用和活性自由基(·OH、·O₂、H₂O₂)共同作用的机理;Fe/Ag在反应过程中体现出良好的协同作用;300 mg/L的苯酚模拟废水在pH=6.3、Fe/Ag投加量为1.00 g的最优反应条件下经60 min反应,苯酚与化学需氧量(COD)去除率比单独臭氧氧化分别提高了18.4%和29.4%。     

黏土矿物界面吸附Fe(Ⅱ)耦合对邻硝基苯酚还原转化的增强机理研究

系统考查了Fe(Ⅱ)分别与高岭石、蒙脱石结合的界面结合系统对邻硝基苯酚(简称2-NP)的还原转化作用。研究表明,矿物表面结合态Fe(Ⅱ)能够有效提高2-NP的还原转化速率,2-NP的还原反应符合伪一级反应动力学方程,而且速率常数(k)随溶液p H值、亚铁离子初始浓度以及反应温度的升高而显著增大。当温度25℃,p H值6. 7,Fe(Ⅱ)和2-NP初始浓度分别为3. 0 mmol/L、0. 022 mmol/L,以及黏土的投加量为4. 0 g/L时,Fe(Ⅱ)/高岭石系统对2-NP的还原转化率在4. 0 h内可达到100%。同样,p H值从6. 0升高至7. 3时,Fe(Ⅱ)/蒙脱石系统对2-NP的还原转化也显著增强;但在较低p H值和较低初始Fe(Ⅱ)浓度时,蒙脱石对Fe(Ⅱ)的还原催化性能不如高岭石,可归因于蒙脱石具有较高的离子交换性能。因此,Fe(Ⅱ)在上述两种矿物上吸附形态的差异是导致该系统对2-NP还原转化出现不同效应的根本原因。