功能納米材料在重金屬汙染水體修復中的應用研究進展

2020-11-22 北極星環保網

北極星環境修復網訊:摘要:重金屬汙染對水體生態和人體健康會造成嚴重危害,通過納米材料來去除重金屬是一個簡單便捷的方法,受到了廣泛的關注以及研究。本文主要綜述了納米零價鐵、鐵氧化物、硫化鐵、碳納米管、石墨烯、錳氧化物、鋁氧化物、二氧化鈦、聚合物納米材料和殼聚糖納米材料等幾種納米材料對水中重金屬汙染修復研究進展。對它們去除重金屬的機理也進行了探討,納米材料對重金屬的去除機理主要包括物理吸附、化學吸附、氧化還原、光催化還原以及共沉澱等。並通過表格的形式對它們的優缺點、機理以及改進方法進行了總結歸納。同時,本文對影響重金屬去除的幾個因素(溶液pH值、重金屬濃度、吸附時間、溫度、納米材料性能、離子強度以及共離子影響)進行了歸納總結。最後,對未來納米材料在修復重金屬方面的研究進行了展望。

水體重金屬汙染一直以來受到廣泛的關注。重金屬汙染主要來自於蓄電池、化石燃料、冶金、礦山、金屬電鍍產業、農藥以及化肥等行業。常見的重金屬有汞、鉻、鉛、砷、鋅、銅、鎳等。重金屬具有富集性,難降解以及分布廣等特性。重金屬通過生物富集作用進入人體內,會對人體健康造成嚴重的危害,如引起高血壓、抑鬱、自身免疫障礙疾病,嚴重者會致癌、對身體功能器官造成損害甚至會導致死亡。20世紀50年代,水俁病(Hg中毒)和骨痛病(Cd中毒)就是重金屬所引起的重大汙染事件,這在全世界引起了極大的恐慌,人們開始對重金屬汙染給予極大的關注,並加大力度治理重金屬汙染。

目前,水體重金屬汙染的治理方法主要有:化學沉澱法、電化學法、離子交換、超濾、吸附及膜處理技術等,其中吸附技術因其操作簡單、去除率高、適用性強、吸附劑可重複利用以及成本低等優點而被廣泛應用。吸附劑作為吸附技術中不可或缺的一部分,它的選取十分重要,一個好的吸附劑應該具備比表面積大、吸附速率快和達到平衡時間短的優點。納米材料起源於20世紀70年代,它是指三維空間中至少有一維為納米尺寸(1~100nm)或由它們為基本單元組成的材料。由於納米材料的納米尺寸效應,納米材料的表面與界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應與宏觀量子隧道效應都會發生變化。納米晶體粒表面原子數與總原子數之比隨粒徑變小而急劇增大,這使納米材料表面擁有很多活性位點,因此納米材料的吸附活性很強。納米材料因其比表面積大、吸附活性強、溶解速率快等優點而作為熱門吸附劑。

納米材料由於上述優點被廣泛應用於水中重金屬的去除研究。目前,關於去除水中重金屬的納米材料吸附劑研究有很多,例如碳納米管,納米零價鐵、金屬氧化物、聚合物納米材料以及各種改性納米材料。汪婷等利用納米四氧化三鐵去除水中的Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)。本文主要綜述了納米材料在水體重金屬汙染修復領域的應用,並對其去除機理、優缺點以及影響其去除重金屬的因素進行了歸納總結。

1 去除重金屬的常見納米材料

1.1 鐵基納米材料

1.1.1 納米零價鐵

納米零價鐵最早問世於20世紀90年代,因其高比表面積、高還原性以及高活性而被廣泛關注。納米零價鐵為零價,易被氧化,活性較高,是很好的還原劑;納米零價鐵為納米級尺寸,比表面積很大;納米零價鐵有磁性,容易分離,因此被廣泛應用於水中重金屬的去除研究。

Kanel等研究發現納米級的零價鐵能快速高效地去除水中As(V),其反應速率常數是普通零價鐵的1000倍左右,因此,納米零價鐵是一種高效去除地下水中As(V)的納米材料。納米零價鐵雖然可以高效去除重金屬,但是它易團聚、不穩定、易氧化而且會造成二次汙染,因此,其發展受到了限制。為了克服上述問題,開始在納米零價鐵表面增加官能團或者將其附著在穩定劑上進行改性。其一,在納米零價鐵表面摻雜第二種金屬來避免其表面氧化。例如Yan等在納米零價鐵中摻雜Pd來防止其表面氧化,以此來提高其活性。研究發現納米零價鐵附著在活性炭上(NZVI/AC)對Cr(VI)的去除幾乎可以達到100%,而且還可以減少在水中的損失。其二,在納米零價鐵中增加穩定劑來防止其團聚。例如Kanel等用聚丙烯酸作為穩定劑對納米零價鐵進行改性,以此來提高納米零價鐵的穩定性。

另外,利用孔結構的材料作為納米零價鐵的載體可以提高其分散性以及防止其表面氧化。Lv等將納米零價鐵與多壁碳納米管合成複合物用於水中Cr的去除,納米零價鐵顆粒分散在多壁碳納米管表面或者孔內,從而利用多壁碳納米管的高比表面積以及孔結構特性來克服納米零價鐵易被氧化以及易團聚的難題,同時多壁碳納米管的加入還提高了納米零價鐵去除Cr的效率。Shi等利用孔結構的膨潤土對納米零價鐵進行改性來克服納米零價鐵易被氧化以及易團聚的難題,並且利用膨潤土改性過的納米零價鐵對電鍍廢水中的Cr、Pb和Cu的去除高達90%以上。Dong等利用生物炭比表面積大、結構穩定而且容易獲得等特性將其作為納米零價鐵的負載體來提高納米零價鐵的分散性,其次生物炭表面大量的含氧官能團提高了納米零價鐵與生物炭合成的複合材料的吸附性能,複合材料對Cr(Ⅵ)的去除效率比單一的納米零價鐵更高。另外,相關研究表明海泡石擁有特殊的表面特性和化學穩定性並且成本較低,因此將海泡石作為納米零價鐵的載體來去除地下水中的Cr(Ⅵ)和Pb(Ⅱ),研究發現它不僅改善了納米零價鐵的團聚性能而且能高效去除地下水中的很多重金屬。

1.1.2 鐵氧化物

鐵氧化物製備簡單、成本低,其中磁性鐵氧化物還具有易分離特性,因而將其應用於水處理領域去除重金屬的研究很多。鐵氧化物主要有三種,帶磁性的Fe3O4和γ-Fe2O4,以及不帶磁性的α-Fe2O3。Shipley等合成了磁鐵礦納米顆粒,並將其用於水(水中含磷酸鹽和碳酸鹽)中砷的去除,研究發現在磷酸鹽和碳酸的存在下,磁鐵礦納米顆粒仍然能夠將水中的砷去除。Roy等合成了磁赤鐵礦納米管用來去除水中Cu2+、Zn2+和Pb2+,它被認為是很有前景的一種磁性納米吸附劑。Karami還將磁鐵礦製備成棒狀結構,用於去除水中的重金屬離子(例如Fe2+、Pb2+、Zn2+、Ni2+、Cd2+和Cu2+)。此外,對鐵氧化物進行改性來提高鐵氧化物的性能以及對水中重金屬的去除效率也被廣泛研究。Ge等利用3-氨基丙基三乙氧基矽烷以及丙烯酸和巴豆酸的共聚物對Fe3O4納米顆粒進行改性並用於水中Pb2+、Zn2+、Cd2+和Cu2+的去除,改性提高了Fe3O4納米顆粒的分散性,並且研究表明改性之後的Fe3O4納米顆粒對Cu2+的去除比未改性之前高一倍左右。

1.1.3 硫化鐵

FeS因其獨特的分子結構以及表面化學性能[Fe(Ⅱ)和S(-Ⅱ)作為電子供體使FeS成為重要的還原劑]在重金屬修復領域起很重要的作用。Liu等將製備的FeS用於水中Hg2+的修復研究,研究結果表明0.4g˙L-1的FeS在20min內對1mmol˙L-1的Hg2+溶液的去除率高達100%(pH為5.6),其中77%是通過共沉澱反應去除,23%是吸附作用。FeS對水中As(Ⅲ)同樣具有高效的去除效率,Gallegos等研究發現0.1~40g˙L-1的FeS懸浮液在pH為5~10的條件下可以高效地去除濃度為1.3×10-5mol˙L-1的As(Ⅲ)。因為FeS獨特的性能,FeS還常用於水中Ni、Cr、U(Ⅵ)等的去除研究。

1.2 碳基納米材料

1.2.1 碳納米管

碳納米管是一維碳納米材料,主要由呈六邊形排列的碳原子構成一層或數層的同軸管。碳納米管具有很大的比表面、很高的光密度、高介孔與中空結構,並且碳納米管與汙染物分子之間的作用力很強。因此,碳納米管作為吸附劑被廣泛應用於水汙染中處理重金屬。Di等研究發現碳納米管對水中Cr(Ⅵ)有很高的去除效率以及吸附容量,碳納米管在溶液pH為7.5時對水中Cr(Ⅵ)吸附容量最高(吸附容量為20.56mg˙g-1)。由於純碳納米管對重金屬的吸附容量不夠高,而且沒有選擇性,因此對碳納米管進行改性被廣泛研發。Wang等用硝酸對碳納米管進行處理(處理時間分別為1、2、6、10h)並將其用於去除水中Pb(Ⅱ),研究發現經過硝酸處理的碳納米管比未經硝酸處理的碳納米管吸附容量大,而且隨著處理時間的增長吸附容量變大直到6h後趨於穩定,研究結果表明酸處理6h後,碳納米管的吸附容量為91mg˙g-1,而未經酸處理的碳納米管的吸附容量僅為7.2mg˙g-1;經過硝酸處理之後在碳納米管的末端以及缺陷部位形成了很多含氧官能團,這有利於碳納米管對Pb(Ⅱ)的去除。Li等研究發現經過H2O2、KMnO4和HNO3處理的碳納米管對Cd(Ⅱ)的吸附是未處理碳納米管的2~10倍,這是因為經過H2O2、KMnO4和HNO3處理過後碳納米管表面多了含氧官能團。

除了對碳納米管進行酸處理之外,還可以對碳納米管進行嫁接官能團來提高其吸附容量。例如Chen等通過向碳納米管表面嫁接聚丙乙烯來提高碳納米管對Co(Ⅱ)的去除率。向碳納米管表面嫁接3-巰基丙基三乙氧基矽烷、2-乙烯基吡啶、氨基和硫醇基等官能團同樣能提高碳納米管對水中重金屬的去除率。用金屬氧化物對碳納米管進行改性也是提高碳納米管重金屬去除率的一種方法。很多研究將鐵氧化物、鋁氧化物和錳氧化物等用於碳納米管的改性。Ntim等將鐵氧化物和碳納米管複合用於水中As(Ⅲ)和As(V)的去除,研究結果發現複合物比單一的碳納米管的去除效率高出近100倍。

1.2.2 石墨烯

石墨烯是由碳原子以sp2雜化方式而形成的蜂窩狀平面薄膜,是厚度僅有一個原子層厚度的二維碳材料,它是除金剛石外所有碳晶體的基本組成單元,其中sp2雜化是由同一層的一個s軌道與3個p軌道中的兩個形成,是一種比較常見的軌道雜化方式。石墨烯二維延展性很好、比表面積很大且表面含有很多含氧官能團,可以很好地捕捉金屬離子,並且可以作為優良的改性載體而合成性能優良的複合材料。因此,石墨烯在環境領域也得到了廣泛的關注,例如水中重金屬的汙染處理。

雖然石墨烯對水中重金屬的去除有優勢,但因其難以從水中分離,以及單純石墨烯對重金屬的去除率較低,因此很多學者都是將石墨烯進行改性之後再用於水中重金屬的去除。將石墨烯與磁性納米顆粒(如Fe3O4、Fe2O3等)合成複合材料可以使其從水中分離開。Zhu等用熱分解法將核殼結構的Fe2O3負載在石墨烯上合成磁性石墨烯複合物(MGNCs),並將其用於水中Cr(Ⅵ)的去除,研究表明磁性石墨烯不僅去除效率提高,而且可以快速將其從水中分離開。Chen課題組將Fe3O4納米顆粒與石墨烯複合用來去除水中Co(Ⅱ)和Cu(Ⅱ),研究表明,此複合物對重金屬的去除效率高,並且可以快速從水中分離開。在石墨烯表面嫁接一些聚合物來固定金屬離子也可以達到去除水中重金屬的目的。Madadrang等在石墨烯表面嫁接乙二胺四乙酸(EDTA)聚合物合成EDTA-石墨烯,用於水中Pb(Ⅱ)去除,研究結果表明嫁接EDTA後對水中Pb(Ⅱ)的去除率提高了,並且此複合物還可以重複利用,避免了二次汙染。Liu等在石墨烯表面嫁接新型的胸腺嘧啶來提高對水中Hg(Ⅱ)的去除。Zou等將石墨烯與Mn3O4耦合形成三維空間結構來提高對Sb(Ⅲ)和Sb(V)的去除。

1.2.3 活性炭

活性炭是碳基材料裡面很常見的一種吸附劑,活性炭具有孔結構、大比表面而且成本較低而受到廣泛應用,也是商業化很高的一種吸附劑。目前,有人將活性炭用於水中重金屬的去除研究,例如對Pb、Cu、Cr、Cd、Zn等的去除。從理論研究來說,活性炭對重金屬的吸附效果並不是很好。因此,很多人對活性炭的改性進行了研究以此來提高活性炭的吸附效果。Yao等利用硝酸對活性炭進行改性後用於水中Pb(Ⅱ)的去除,FTIR測試結果表明硝酸改性之後的活性炭表面的含氧官能團增加了。Ge等通過在活性炭表面嫁接丙烯酸合成活性炭複合材料,表面改性之後活性炭對Cd(Ⅱ)的去除率達到98.5%,而且去除效率也很高。

1.3 納米金屬氧化物

1.3.1 錳氧化物及其改性複合物

納米級錳氧化物擁有多晶型結構及較高的比表面積,因此有很高的吸附性。Zhang等製備了柱狀Al2O3改性的p-MnO2將其用於水中Pb(Ⅱ)的去除(製備過程見圖1),並與δ-MnO2和Al2O3進行吸附性能對比,研究發現,改性之後的p-MnO2比表面積變大,吸附效果更好,吸附曲線符合雙吸附模型,而δ-MnO2和Al2O3均符合Freundlich模型;並且在其他離子存在的情況下,柱狀Al2O3改性的p-MnO2對Pb(Ⅱ)的吸附具有選擇性。Bo等通過水熱法合成了內核為MnO2外層為Mg-Al的納米材料,並將其用於水中Pb(Ⅱ)的去除,研究發現0.05g納米材料在pH為4的室溫下對濃度為50mg˙L-1的Pb(Ⅱ)溶液去除率為96.73%,其吸附符合二級動力學模型,因此錳氧化物對水中Pb(Ⅱ)有很高的去除率。Gheju等將MnO2用於水中Cr(Ⅵ)的去除,研究結果顯示,MnO2對Cr(Ⅵ)的去除在1h之後達到平衡,其去除效率會隨著酸度的增加而提高,溫度升高對吸附過程起到負面影響,而且在HCO3-、SO42-和H2PO4-離子的存在下吸附過程受到了抑制,研究結果說明MnO2對Cr(Ⅵ)的去除機理主要是靜電吸附和特異性吸附。Mallakpour等用化學超聲法合成了聚乙烯醇(PVA)/α-MnO2-硬脂酸複合膜用於水中Cd(Ⅱ)的去除,研究結果表明PVA/α-MnO2-硬脂酸複合膜是去除水中Cd(Ⅱ)的一種性能極好的吸附劑,吸附動力學符合二級動力學方程。


1.3.2 鋁氧化物及其改性物

鋁氧化物也是去除水中重金屬的一種傳統吸附劑,主要包括α-Al2O3和γ-Al2O3兩種氧化物形式。單一的鋁氧化物去除機制為吸附,而且去除效率低,因此,後來很多研究集中在鋁氧化物的改性。例如利用化學或物理的方式將含有某些供體原子的官能團(如,雙硫腙、1,10-菲咯啉、2,4-二硝基苯肼)連在鋁氧化物表面,以此來改善鋁氧化物對重金屬的吸附性能。其去除機制主要是這些官能團極易與金屬離子形成絡合物,從而達到去除重金屬的目的。例如,Afkhami等研究發現2,4-二硝基苯肼(DNPH)在十二烷基硫酸鈉包裹的鋁氧化物表面進行改性可以提高對水中Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的去除效率。Zhang等用鐵氧化物納米顆粒沉積在花型鋁氧化物表面進行改性,製備出單分散性的γ-Al2O3/Fe(OH)3納米花複合物,研究發現鐵氧化物納米顆粒的改性提高了納米複合物的比表面積和孔體積,從而提高了複合物表面吸附點位的密度,因此對水中As(Ⅴ)和Cr(Ⅵ)有很高的去除率,同時他們還在材料表面增加了大量的羥基官能團,羥基可以作為螯合位點將氧的孤對電子給予金屬離子從而形成配位鍵,因此可以進一步提高對As(Ⅴ)和Cr(Ⅵ)的去除率。Jazi等利用有機物來改性SiO2-Al2O3以此來提高Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除效率。此外,Mahmoud等用紅棓酚作為螯合劑製備了不同類型的雜化有機-無機鋁氧化物研究地下水Cr(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除,研究發現雜化有機-無機鋁氧化物對水中重金屬離子有很高的去除能力和選擇性。研究者常用有機物在氧化鋁表面嫁接官能團來改性其去除重金屬離子的能力,改性之後的氧化鋁通過配位鍵吸附和離子交換來去除水中重金屬。

1.3.3 TiO2

眾所周知,TiO2是典型的n-型半導體,當小於385nm的波長照射二氧化鈦時,價帶電子受到激發會嚮導帶躍遷,因此會形成電子(e-)-空穴(h+)對,所形成的電子具有還原反應,能還原具有高還原電位的重金屬離子;空穴具有氧化反應,能無選擇性地氧化有機汙染物;另外,空穴遇到水會產生強氧化的˙OH,˙OH進一步與汙染物發生氧化反應(例如有機物)。TiO2光催化降解有機汙染物的研究報導很多,目前有研究發現TiO2也可以與重金屬離子發生光催化還原反應,以此來修復水體中重金屬汙染。例如,Cai等研究了TiO2中空小球對Cr(Ⅵ)的去除影響,結果顯示在光照下,TiO2中空小球能將高毒的Cr(Ⅵ)還原為低毒的Cr(Ⅲ)。Zhao等將TiO2納米顆粒附著在氧化還原石墨烯表面,製備了rGO-TiO2納米複合物,用於研究水中Cr(Ⅵ)的去除,研究結果與Cai相似,光照下,rGO-TiO2納米複合物將高毒的Cr(Ⅵ)還原為低毒的Cr(Ⅲ),這主要是因為TiO2高的光催化活性,rGO降低了TiO2的電子-空穴重組,提高了還原效率。

TiO2也會作為吸附劑來去除水中重金屬,例如,Luo等研究了TiO2對銅冶煉廢水中砷的去除,研究結果顯示TiO2的高吸附容量和化學穩定性可以降低汙水中重金屬濃度而且不會產生汙泥,這個結果適用於全球銅冶煉行業。Maleki等用聚醯胺-胺樹枝狀大分子改性後的TiO2來吸附去除工業汙水中的重金屬(如Cu2+、Pb2+和Cd2+),研究結果表明所製備的吸附劑對工業汙水中的重金屬具有很好的吸附效果,經過大分子改性之後,吸附點位增加了,吸附性能提高。

1.3.4 其他氧化物

除上述常見金屬氧化物外,ZnO也常被用來作為吸附劑高效去除水中重金屬。Modwi等製備Cu摻雜ZnO來去除水中Pb(Ⅱ),研究發現該納米材料對水中Pb(Ⅱ)有很高的吸附性能。Ma等利用新的方法合成了ZnO/PbS異質結構納米材料用於去除水中Pb(Ⅱ),此納米材料可以有效避免二次汙染。Sun等研究了CeO2微球對水中Cr(Ⅵ)的去除,結果顯示CeO2微球對Cr(Ⅵ)的去除率可達到94%。Cui等通過超聲方法製備MgO納米片來吸附水中硒離子,研究結果顯示MgO納米片對水中Se(Ⅳ/Ⅵ)有很高的去除率。

1.4 聚合物納米材料

聚合物納米材料最早是為凝膠色譜而開發使用的。它擁有巨大的比表面積、完美的機械強度、可控的表面化學成分以及孔徑結構,並且它可再生。因此,聚合物納米材料又被用於藥物傳遞、光學和水處理。聚合物納米材料對重金屬的去除具有選擇性,但是它吸附容量較低。因此,聚合物納米材料常與其他顆粒結合來去除水中重金屬,以使其性能更優化。Kumar等通過懸浮聚合合成聚合物,並在聚合過程中摻雜Fe和Al雙金屬,合成的複合物用於去除水中As(Ⅴ)和F離子。他們研究了不同摻雜比例對水中As(Ⅴ)和F離子去除的效果。研究發現鐵摻雜在聚合物中可以提高As(Ⅴ)的去除效率,鋁摻雜在聚合物中可以提高F離子去除效率,而兩者同時摻雜在聚合物中可以同時提高水中As(Ⅴ)和F離子的去除效率。Wei等利用汙泥中細胞外聚合物(EPS)來去除水中Cu2+和Zn2+。他們分別對從活性汙泥、厭氧顆粒汙泥和厭氧絮凝汙泥中提取的聚合物進行了研究。研究發現,Cu2+比Zn2+更容易被吸附;從厭氧顆粒汙泥中提取的EPS比從活性汙泥和厭氧絮凝汙泥中提取的EPS活性更強。聚合物納米材料雖然可以去除水中重金屬,但是它還面臨著一些挑戰,例如去除重金屬的選擇性以及回收成本等。因此,聚合物納米材料的研究任重而道遠。

1.5 殼聚糖類納米材料

殼聚糖又稱脫乙醯甲殼素,是一種由幾丁質脫乙醯作用而得到的一種聚合物。殼聚糖表面含有活性羥基和氨基,這些活性基團作為活性結合點位可以通過靜電吸引力與重金屬結合,因此,殼聚糖對重金屬具有很高的吸附性。但是,殼聚糖因為酸穩定性低,機械強度不足、熱穩定性低、傳質阻力小並且孔隙率和比表面積較低而使其應用受到限制。因此,對殼聚糖的改性研究克服了這些問題,提高了水中重金屬的去除率。因為納米材料具有小尺寸效應,因此很多研究將殼聚糖和納米材料結合來進行改性。Liu等將納米零價鐵包覆於殼聚糖(CS-nZVI)中用於去除水中Cr(Ⅵ),其去除機理主要是殼聚糖的高吸附性以及納米零價鐵的高還原性,納米零價鐵可以將Cr(Ⅵ)還原為毒性較低的Cr(Ⅲ)。Vaishnavi等製備殼聚糖-磁鐵礦納米複合材料用於去除水中Cr(Ⅵ),殼聚糖-磁鐵礦納米複合材料對Cr(Ⅵ)的吸附效率比單純殼聚糖的吸附效率高出4倍。Mallakpour等用碳酸鈣納米顆粒改性殼聚糖來提高其熱穩定性、疏水性能以及去除Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的效率。

2 納米材料去除重金屬機理

2.1 物理吸附作用

吸附作用是納米材料去除水中重金屬的主要方式。納米材料因比表面積大而具有很高的吸附效率。納米材料對水中重金屬的吸附作用分為物理吸附和化學吸附。物理吸附主要是納米材料通過分子間的作用力(如範德華力、靜電引力等)來吸附重金屬。例如具有大比表面的碳納米管主要通過範德華力與靜電吸引力等分子間的作用力將重金屬離子固定在碳納米管表面,從而達到去除重金屬的結果,機理見圖2。Li等研究發現石墨烯與Fe3O4複合納米材料去除水中Cu(Ⅱ)的機制主要也是通過物理吸附作用。Gheju等研究發現MnO2去除水中Cr(Ⅵ)主要是通過靜電吸附以及特異性吸附,吸附曲線符合偽二階吸附模型。Chen課題組研究發現Fe3O4納米顆粒與石墨烯複合物去除水中Co(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的機理主要是石墨烯及Fe3O4納米顆粒的共吸附作用,其吸附過程是吸熱和自發的,並且吸附曲線遵循Langmuir等溫線,吸附機制見圖3。



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    本文結合nZVI近年的進展和最新研究成果,按圖1所示分類方法著重討論nZVI製備技術發展及在水體及土壤環境修複方面的應用前景。但nZVI易氧化、團聚和機械強度低等不利因素限制了其大規模應用。系統比較了機械法、氣體冷凝法及還原法製備nZVI技術的特點,重點總結表面改性、金屬改性、載體負載和基質封裝等手段製備改性nZVI的研究進展,及其在水體及土壤環境修複方面的應用。01 nZVI的製備方法製備nZVI的方法有物理法和化學法。
  • 新型納米材料被發現 可以消除重金屬汙染
    科學日報(Science  Daily)10月22日消息  環境中存在大量有毒金屬,如汞、鉛、鎘、鋅等,嚴重威脅人類健康。這使科學界不斷尋求最經濟可行的新的方法,來檢測和清除廢水中的有毒汙染物。       根據最新的水處理材料研究結果,一種新型的納米材料稱為納米二氧化矽被發現,可以用來去除重金屬汙染。
  • 土壤重金屬汙染現狀及其治理進展
    摘要:土壤作為人類賴以生存的關鍵資源,在人類的生產生活中佔據著至關重要的位置。然而,現階段我國土壤重金屬汙染問題日漸嚴重,引起社會各界的廣泛關注。毋庸置疑,土壤重金屬汙染一方面嚴重影響農作物的正常產量,另一方面對人類的身體健康造成了嚴重的威脅。因此,怎樣合理治理土壤重金屬汙染問題成為當前重點研究的對象。
  • Journal of Hazardous Materials:納米零價鐵與本地微生物聯合修復...
    【歡迎您關注--農業環境科學】浙江大學何豔教授團隊採用納米零價鐵(nZVI)與本地微生物的降解作用聯合修復被六氯環己烷異構體高度汙染的土壤。本研究採用納米零價鐵(nZVI)與本地微生物的降解作用聯合修復被HCH異構體高度汙染的土壤。在「僅添加nZVI」處理和「無添加」處理中,總HCH的降解效率均約為50%,而添加nZVI和乙酸鹽的處理中,總HCH的去除率為85%。nZVI和乙酸鹽的添加導致厭氧微生物的富集。
  • 崔屹:電化學法修復重金屬汙染的土壤
    北極星環境修復網訊:隨著地球人口的增加,社會對農業用地的需求正日漸增高,而土壤汙染正醞釀著一場嚴重的環境危機。一般情況下,土壤中的重金屬以陽離子形式存在,通過靜電作用或與配位作用形成化學鍵保留在土壤中。因此,最終的修複目標不僅是從土壤基質中分離出重金屬離子,而且還得將其還原為零價金屬態。然而,目前常見的靜電吸附和配位作用等方法,均不能有效的治理重金屬汙染土壤。
  • 關於重金屬汙染土壤修復技術
    拿什麼保護使遭受汙染的土壤恢復正常功能,就需要採用土壤修復這樣的技術措施,而無害化處理重金屬汙染已成為當今最為主要的環境問題。一些有高吸附效率的材料(氧化石墨烯、納微米磷酸鋯,層狀雙氫氧化物、硅藻土、改良碳納米管)被應用於此。
  • 【展望】生物礦化在重金屬汙染治理領域的研究進展
    生物礦化在重金屬汙染治理領域的研究進展黨政1, 代群威1,2, 趙玉連1,2, 鄧遠明1, 董發勤1,21.西南科技大學環境與資源學院, 四川 綿陽 621010;2.西南科技大學, 固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室, 四川 綿陽 621010摘要
  • 中科院專家研製出鉻汙染修復磁性材料 可實現重金屬回收
    新華社合肥7月4日電(記者楊丁淼)記者從中科院合肥物質科學研究院了解到,該院技術生物與農業工程研究所專家在六價鉻汙染治理的基礎研究方面取得重要進展,能夠在水體和土壤中實現重金屬的磁回收,具有廣泛的應用前景。
  • 我國研製出可修復柴油汙染的「納米海綿修復劑」
    新華社合肥6月29日電(記者徐海濤)柴油在開採和運輸的過程中,難免有不少洩漏到水體和土壤中,造成環境汙染。近期,中科院合肥物質科學研究院技術生物所吳正巖研究員課題組在柴油汙染修複方面取得進展,他們研製出一種可高效去除水體和土壤中柴油的新型納米修復劑。
  • 西北農林科技大學在土壤重金屬汙染生物修復領域取得重要進展
    西北農林科技大學張增強教授團隊在土壤重金屬汙染生物修復領域取得重要進展近年來,隨著經濟的發展,工業「三廢」對土壤的汙染日益嚴重,而重金屬對土壤的汙染由於具有隱蔽性、累積性和難降解性而備受關注。目前針對土壤重金屬汙染修複方法有客土法、鈍化法和生物修復法等,其中生物修復法因具有環境友好、不破壞土壤結構和土壤肥力而備受關注。
  • 鐵錳氧化物在重金屬汙染土壤修復中的作用
    鐵錳氧化物在重金屬汙染土壤修復中的作用北極星環境修復網訊:土壤的主要礦物組成除粘土礦物外,還存在大量的鐵錳氧化物和氫氧化物等天然礦物。以磁鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、軟錳礦與鋁土礦等為代表的天然礦物正成為國際上關於天然礦物淨化汙染方法研究方面的重點對象之一。