凹凸棒土负载硫化纳米铁去除水中Cu(Ⅱ)的影响因素研究

针对纳米零价铁易团聚和表面形成钝化层的问题,在零价铁与凹凸棒土质量比为2∶1、硫与零价铁的摩尔比为0.25∶1的条件下,制备了凹凸棒土负载硫化纳米铁复合材料。用该复合材料以0.2 g·L~(-1)投加量去除30 mg·L~(-1)的Cu(Ⅱ)溶液,1 h内Cu(Ⅱ)的去除率即可达到86.2%。通过SEM和TEM观察到,经负载硫化改性后的零价铁较均匀地分布在凹凸棒土上。比表面积测定结果表明,与纳米零价铁相比,复合材料的比表面积提高了2.3倍。影响因素实验结果表明,在pH=2～11的范围内,复合材料对铜的去除率稳定在85.2%以上;有氧气存在时复合材料去除Cu(Ⅱ)会发生脱附,且Cu(Ⅱ)溶液浓度越高,脱附现象越明显,溶解氧浓度越低,越有利于复合材料对Cu(Ⅱ)的去除。复合材料对Cu(Ⅱ)的最大吸附量可达9.25 mmol·g~(-1)(587.8 mg·g~(-1))。     

含钛高炉渣制备无机高分子复合絮凝剂及其性能研究

用盐酸溶解含钛高炉渣,将溶出液与聚硅酸按不同配比复合预聚,制得无机高分子复合絮凝剂MSF,对MSF的形貌和红外光谱进行分析;采用MSF处理模拟江水,对所形成絮体的粒径分布以及MSF的絮凝效果进行比较,并研究不同原水水质和pH值对MSF絮凝效果的影响。结果表明,按n(M)∶n(Si)为1∶2的配比所制MSF呈现为有较高伸展度、较粗枝杈的长链分枝形貌,形成的絮体粒径最大,对模拟江水的絮凝效果最好;在pH值为1.5～12.5时,絮体表面均呈现很强的正电性;MSF对原水水质和pH值的变化有较强的适应性。     

纳米Fe/Ni双金属的制备及其对水中2,4-二氯酚的还原效果

 采用液相还原法制备了纳米Fe/Ni双金属材料,分析了FeCl₂浓度、n（Ni）/n（Fe）和n（NaBH₄）/n（FeCl₂）物质的量之比对制得的Fe/Ni双金属还原水中2,4-二氯酚（2,4-DCP）效果的影响,明确了Fe/Ni对2,4-DCP的还原脱氯途径。结果表明：在FeCl₂浓度为3 mol/L、n（Ni）/n（Fe）=4%,n（NaBH₄）/n（FeCl₂）=1的条件下制备的Fe/Ni双金属对2,4-DCP的去除率接近100%,且其中95%被还原成苯酚。纳米Fe/Ni为球形颗粒,粒径约为50 nm,在自身磁力作用下相互链接为枝状,又通过静电稳定作用分散聚集,形成海绵状多孔结构,BET比表面积为44.8 m²/g。纳米Fe/Ni还原2,4-DCP的途径主要是苯环上的2个C-Cl键依次被加氢还原,先脱去一个氯生成2-氯酚或4-氯酚,再进一步脱氯转化为稳态的苯酚。     

海泡石负载Fe/Ni去除对氯硝基苯的还原途径及温度与pH的影响

针对零价铁易团聚、氧化和钝化的缺陷,选用海泡石为载体、过渡金属镍为催化剂,制备了一种克服以上缺陷的海泡石负载铁镍复合材料(用Fe/Ni-SEP表示),研究了该材料还原水中对氯硝基苯的还原途径、机制及pH与温度的影响。研究结果表明,在30℃下用2 g·L~(-1)投加量的Fe/Ni-SEP去除初始浓度为10 mg·L~(-1)的对氯硝基苯溶液,120 min时有94.3%的对氯硝基苯被还原成苯胺。去除过程符合L-H模型,说明去除为还原与吸附的协同作用,其中k_1?k_2,因此吸附为速率决定步骤。还原途径与去除机制为:Fe/Ni-SEP中零价铁作为电子供体将硝基还原为胺基,金属镍将零价铁的腐蚀产物H_2转化为活性氢,活性氢作用于苯环上的C-Cl键,使对氯苯胺加氢脱氯变成苯胺。升高温度加快了传质速率,且利于反应物越过能垒,使反应速率加快。pH为3～7时,利于发生还原脱氯反应。     

凹凸棒土负载纳米铁/镍去除水中Zn(Ⅱ)的性能与机理研究

针对纳米零价铁易团聚和表面形成钝化层的问题,以凹凸棒土为载体、镍为掺杂金属,制备了凹凸棒土负载铁/镍复合材料(用A-Fe/Ni表示)。由SEM可观察到A-Fe/Ni中的纳米Fe/Ni长链变短、且有单个纳米Fe/Ni球形颗粒出现。比表面积测定结果表明,A-Fe/Ni的BET比表面积为86.17 m2·g-1,远高于纳米Fe/Ni的比表面积(33.62 m2·g-1)。平均粒径也由负载前的178.52 nm减小到了69.63 nm。A-Fe/Ni相比纳米Fe/Ni对水中Zn(Ⅱ)有更快的去除速率和更好的去除效果,以2 g·L-1投加量对100 mg·L-1Zn(Ⅱ)进行吸附,10 min即可达到99.8%的去除率,而成本仅为后者的1/3。A-Fe/Ni除锌机理主要是化学吸附,吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型和Langmuir吸附模型,最大吸附量为133.33 mg·g~(-1)。     

纳米Fe/Ni催化降解2,4-二氯酚的机理及过程中参数变化

采用液相还原法制备了纳米Fe/Ni双金属材料,分析了其催化降解2,4-二氯酚的机理、降解过程中Ni的作用及相关参数变化。结果表明,2,4-二氯酚被纳米Fe/Ni降解的主要途径是2,4-二氯酚直接被脱去2个氯原子生成苯酚,此外也可先脱去一个氯原子生成2-氯酚或4-氯酚,然后继续脱氯生成苯酚;纳米Ni可将纳米Fe腐蚀产生的氢气转化为活性氢原子,活性氢原子再对2,4-二氯酚进行脱氯降解。在反应初期,溶液氧化还原电位及溶解氧浓度快速降低,pH及溶解铁浓度急剧升高,随着反应的进行,上述各参数值趋于稳定。     

凹凸棒土负载纳米Fe/Ni的制备及其去除水中Zn(Ⅱ)性能研究

采用液相还原法制备以凹凸棒土为载体的纳米双金属Fe/Ni复合材料,通过Zn(Ⅱ)静态吸附试验,确定了除Zn(Ⅱ)效果最佳的Fe/Ni@ATP复合材料,即纳米铁与凹凸棒土的负载比为1∶2、Fe/Ni双金属中Ni掺杂比为2%,并考察了Zn(Ⅱ)初始浓度、pH及环境温度对该复合材料去除水中Zn(Ⅱ)效果的影响。结果表明,经过凹凸棒土负载和掺杂Ni改性以后,Fe/Ni@ATP复合材料的Zn(Ⅱ)去除率显著提高,颗粒团聚状况得到改善,比表面积明显增加。在实验条件范围内,较高的溶液pH值、环境温度以及较低的Zn(Ⅱ)初始浓度均有利于Fe/Ni@ATP复合材料对Zn(Ⅱ)的去除。该过程符合Langmuir吸附等温模型,吸附机理为零价铁表面氧化物与Zn(Ⅱ)的配合作用,此外,水中Zn(Ⅱ)也可以通过生成Zn(OH)_2沉淀的形式去除。     

凹凸棒土负载硫化纳米零价铁对水中Cu(Ⅱ)的去除机理研究

针对纳米零价铁易团聚及表面形成钝化层的缺点,本文以凹凸棒土为载体、以硫代硫酸钠为硫化试剂,制备了凹凸棒土负载硫化纳米零价铁(S-nZVI@ATP)复合材料,并考察了复合材料对水中Cu(Ⅱ)的去除效果。由SEM可观察到,经过凹凸棒土负载及硫化改性后的纳米零价铁串珠状结构变短,且被分散为单个的球形颗粒;比表面积测定结果表明,S-nZVI@ATP复合材料的BET比表面积为46.04m~2/g,与纳米零价铁相比提高了约1.35倍;由TEM观察到,经硫化的纳米零价铁颗粒界面处包裹了一层FeS,粒径由57.6nm增至118.5nm。S-nZVI@ATP复合材料去除水中Cu(Ⅱ)的机理主要是硫化纳米铁界面处的Fe~0将Cu~(2+)还原为Cu~0以及FeS转化为溶度积更小的CuS,该过程符合Langmuir-Hinshelwood吸附/还原模型和Langmuir等温吸附模型。本实验条件下,复合材料对Cu(Ⅱ)的最大吸附-还原量可达9.25mmol/g(587.8mg/g)。     

13X分子筛/凹凸棒土颗粒型复合材料吸附Zn~(2+)的研究

以13X分子筛和天然黏土矿物凹凸棒土为原料,制备了13X分子筛/凹凸棒土颗粒型复合材料,并借助扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等对复合材料结构与形貌进行表征,考察了不同煅烧温度及不同Zn~(2+)浓度条件下13X分子筛/凹凸棒土颗粒型复合材料对水中Zn~(2+)的吸附行为。结果表明,煅烧温度为550℃时,所制复合材料孔隙结构发达且抗压强度高、吸附性能好;吸附过程符合拟二级动力学,等温吸附实验数据符合Langmuir模型,复合材料对Zn~(2+)的最大吸附量可达99.01mg·g-1;吸附速率的主要控制步骤为颗粒内扩散,此外,吸附过程中同时存在离子交换和化学沉淀。