还剩15页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
接受纳米技术从水环境中去除硝酸盐的综述张昕转;王俊岭;冯萃敏;汪长征;李俊奇【摘要】综述了纳米技术去除水环境中硝酸盐的主要机理,着重研讨了纳米颗粒、碳纳米管、纳米纤维、纳米团簇和纳米复合材料对硝酸盐去除的效果,分析了纳米材料在硝酸盐的去除中存在的不足及改进,最终对纳米技术处理水环境中的硝酸盐的应用前景进行了展望,认为纳米技术在水处理中对硝酸盐的去除存在良好的应用前景.期刊名称】《应用化工》年卷,期】2022048005【总页数】8页P1212T219【关键词】硝酸盐;纳米技术;纳米颗粒【作者】张昕转;王俊岭;冯萃敏;汪长征;李俊奇【作者单位】北京建筑高校环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点试验室,北京100044;北京建筑高校环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点试验室,北京100044;北京建筑高校环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点试验室,北京100044;北京建筑高校环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点试验室,北京100044;北京建筑高校环境与能源工程学院城市雨水系统与水环境教育部重点试验室,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TQ09近几十年来,水中高浓度的硝酸盐问题困扰了人类社会的进展,成为全球关注的焦点从水中去除硝酸盐的常用技术包括吸附、离子交换电化学、反渗透、膜过滤以及生物脱氮E1-3]等但传统的吸附技术有一些局限性[4],其吸附效率低,重复接受率差和后期处理困难纳米技术是一个涉及纳米尺度物体10-9m的修改设计和应用的领域在这个尺度里,材料通常具有优异的热、机械、光学、结构和形态等特殊的性能,使其可用于传统材料无法涉及的领域里近年来,国内外一些争论已经证明纳米材料在硝酸盐的去除有良好的应用效果,渐渐引起了科学界的广泛关注因此,本文综述了不同纳米材料从水环境中去除硝酸盐的争论进展,着重研讨纳米颗粒、碳纳米管、纳米纤维纳米团簇和纳米复合材料
[41]o通过透射电子显微镜TEM、X射线衍射仪XRD、电感耦合等离子体原子放射分光光度计ICP-AES和Brunauer-Emmett-TellerBET表面积分析仪对其结构、组成和物理性质进行了表征HNZVI尺寸均匀,平均直径仅为80nm,表面积达到
54.25g/m2,四周颗粒的空隙中长成晶须争论发觉在环境温度下实现了硝酸盐的快速和完全脱氮,初始浓度为80mg/L硝酸盐在30min内被完全去除,pH对硝酸盐最终去除率的影响微不足道HNZVI含量越大,反应速率和效率越高此外,在相同的HNZVI含量下,反应速率会随着初始硝酸盐浓度的增加而增加在该争论中,接受乙醇-7k溶液代替使用水作为单一制剂,产物中硼的含量特殊低避开了硼掺入最终产品中,对人和动物产生不利影响纳米复合材料纳米复合材料指的是至少一维V100nm的复合材料由于纳米尺度效应、大比表面积、强界面相互作用和独特的物理化学性质,相对于料比相同组成的常规复合材料,纳米复合材料具有更好的物理化学性能,并可以制备磁性、内压、光吸取高热膨胀系数和化学活性等各种功能复合材料金属基聚合物基石墨烯基和磁性等纳米复合材料已广泛应用于环境中污染物的去除[42-44]o近来争论表明,已经开发了几种壳聚糖基纳米复合材料用于硝酸盐去除Rajeswari制备了聚乙烯醇PVA和聚乙二醇PEG壳聚糖复合材料,争论其用于水中硝酸盐的去除力气
[45]o试验结果显示,将
0.1g的复合材料加入pH值为
3、初始硝酸盐浓度为10mg/L的溶液中,接触时间为40min,PEG/壳聚糖对硝酸根的吸附量为
50.68mg/go PVA/壳聚糖对硝酸根的吸附量为35mg/g在不同温度下,为负,表明硝酸盐吸附的自发性质Teimouri通过转变壳聚糖CTS与沸石/纳米倍的摩尔比,制备了壳聚糖/分子筛Y/纳米氧化错CTS/ZY/纳米ZrO2纳米复合材料以达到去除硝酸盐的效果
[46]o硝酸盐的吸附高度依靠于CTS与沸石/南错的摩尔比、pH和温度CTS与沸石/纳米错摩尔比为5:1,pH为3,温度为356接触时间为60min时,硝酸盐去除率最高Babaei接受沉淀法在水溶液中合成了壳聚糖-聚苯乙烯-Zn纳米复合材料
[47]该纳米复合材料即使在少量时也从25mL溶液中除去90%的硝酸根离子初始硝酸盐浓度和pH分别保持在10mg/L和3在固定床柱试睑中除去了
82.5%的硝酸盐相同的条件下,与HCI活化的氧化锌纳米颗粒相比,壳聚糖聚苯乙烯-Zn纳米复合材料显示出优异的硝酸盐去除力气Jiang成功地合成了铁-铮-壳聚糖Fe3O4/ZrO2/CS复合材料,该复合材料对水溶液中硝酸根具有较强的吸附力气硝酸盐的最大吸附容量为
89.3mg/g,这种纳米复合材料也显示出对水中其他污染物有良好的去除效果[48]除了用于去除硝酸盐的壳聚糖基纳米复合材料外,Nodeh还制备了掺杂纳米级镯水合物的磁性石墨烯纳米复合材料,用于吸附污水和河流样品中的硝酸根离子[49]o在带负电荷的石墨烯片上掺杂带正电荷的水合氧化镰I离子克服了硝酸根离子与复合材料之间的静电排斥将间歇吸附动力学数据拟合至ij Langmuir线性模型中,得到硝酸盐在pH6〜8时的吸附容量为
138.8mg/g共存离子的存在,如Na+、K+、Ca2+、Zn2+对硝酸盐的吸附力气没有影响4总结与展望大量争论表明,与传统技术相比,纳米技术是一种更高效、更清洁和更节能的去除硝酸盐的合适替代技术高表面积易于合成的路线、高催化活性和良好的导电性的纳米材料诸如纳米颗粒、纳米管、纳米纤维、纳米壳、纳米团簇和纳米复合材料已被用于去除硝酸盐,并且纳米材料在不同的pH、纳米材料剂量、温度、接触时间和初始硝酸盐浓度下,已经达到了有效的硝酸盐去除率然而,这些纳米材料具有若干限制,例如颗粒团聚和毒性纳米材料在不同的环境条件下也可能变得不稳定,已经分散在水源中以去除硝酸盐的纳米材料的回收分别和再循环也可能是困难的将来需要使用新型和更环保的途径,进一步开发和鼓舞用于制备纳米材料的绿色合成路线,例如使用粘土基自然存在的纳米材料埃洛石纳米管及其复合物去除硝酸盐可以提高硝酸盐去除效率,或者将纳米管固定在膜上可以克听从水中分别和再循环的限制等等随着克服纳米材料局限性的技术进一步的进展,纳米技术在硝酸盐的去除中拥有宽敞的前景
[1]【相关文献】RossiF,MottaO,MatrellaS,etal.NitrateremovalfromwastewaterthroughbiologicaldenitrificationwithOGA24inabatchreactor[J].Wate r,2022,71:51-
62.
[2]KoderaT,AkizukiS,TodaTJPB.Formationofsimultaneousdenitrificationandmethanogenesisgranulesinbiologicalwastewate rtreatment[J].ProcessBiochemistry,2022,581:252-
257.
[3]LiY,WangY,FuL,etal.Aerobic-heterotrophicnitrogenremovalthroughnitratereductionandammoniumassimilationbymarinebacteriumVi briosp.Y1-5[J].BioresourceTechnology,2022,2302:103-
111.
[4]BhatnagarA,S川anpMJCEJ.Areviewofemergingadsorbentsfomitrateremovalfromwater[J].ChemicalEngineeringJour nal,2022,1682:493-
504.
[5]Devoe,RichardM.MarineaquacultureinthellnitedStates:Areviewofcurrentandfuturepolicyandmanagementchallenge[J].MarineTechonologySocieyJaurnal,2000,341:5-
17.
[6]NovotnyV,WangX,EnglandeAJ,etal.Comparativeassessmentofpollutionbytheuseofindustrialagriculturalfertilizersinfourrapidlydevelopi ngAsiancountries[J].Environment,DevelopmentandSustainability,2022,124:491-
509.LiuY,ZhangB,TianC,etal.Optimizationofenhancedbioelectricalreactorwithelectricityfrommicrobialfuelcellsforgroundwaternitr ateremoval[J].EnvironmentalTechnology,2022,378:1008-
1017.
[7]ShiJ,LongC,LiAJCEJ.SelectivereductionofnitrateintonitrogenusingFe-Pdbimetallicnanoparticlesupportedonchelatingresinatnear-neutralpH[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,286⑶408-
415.
[8]KatnerA,PieperKJ,LambrinidouY,etal.Weaknessesinfederaldrinkingwaterregulationsandpublichealthpoliciesthatimpedeleadpoisoningpr eventionandenvironmentaljustice[J].EnvironmentalJustice,2022,94:109-
117.
[9]ChuKH,AI-HamadaniYA,ParkCM,etal.Ultrasonictreatmentofendocrinedisruptingcompounds,pharmaceuticals,andpersonalcareproductsinwater:areview[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,327:629-
647.
[10]RyuA,JeongS-W,JangA,etal.Reductionofhighlyconcentratednitrateusingnanoscalezero-valentiron:effectsofaggregationandcatalystonreactivity[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2022,1051/2:128-
135.
[11]KhajehM,Laurents,DastafkanKJCR.Nanoadsorbents:classification,preparation,andapplicationswithemphasisonaqueousmedia[J].ChemicalReviews,2022,11310:7728-
7768.
[12]LiuH,ChenT,ChangD,etal.Nitratereductionovemanoscalezero-valentironpreparedbyhydrogenreductionofgoethite[J].MaterialsChemistryandPhysics,2022,1331:205-
211.
[13]ChoD-W,SongH,SchwartzFW,etal.Theroleofmagnetitenanoparticlesinthereductionofnitrateingroundwaterbyzero-valentiron[J].Chemosphere,2022,125:41-
49.
[14]KhalilAM,EljamalO,AmenTW,etal.Optimizednano-scalezero-valentironsupportedontreatedactivatedcarbonforenhancednitrateandphosphateremovalfromwater[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,309:349-
365.
[15]DongL,LinL,LiQ,etal.Enhancednitrate-nitrogenremovalbymodifiedattapulgite-supportednanoscalezero-valentirontreatingsimulatedgroundwater[J].JournalofEnvironmentalManagement,2022,213:151-
158.
[16]HeY,LinH,DongY,etal.ZeolitesupportedFe/Nibimetallicnanoparticlesforsimultaneousremovalofnitrateandphosphate:Synergisticeffectandmechanism[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,347:669-
681.
[17]CaiX,GaoY,SunQ,etal.Removalofco-contaminantsCullandnitratefromaqueoussolutionusingkaolin-Fe/Ninanoparticles[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,244:19-
26.
[18]SoaresOSG,rfOJJ,PereiraMFRJCL.Activatedcarbonsupportedmetalcatalystsfornitrateandnitritereductioninwater[J].Catal ysisLetters,2022,1263/4:253-
260.
[19]LubphooY,ChyanJM,GrisdanurakN,etal.InfluenceofPd-Cuonnanoscalezero-valentironsupportedforselectivereductionofnitrate[J].JournaloftheTaiwanlnstituteofChemicalEngineers,2022,59:285-
294.
[20]ZengY,WalkerH,ZhuQJJOHM.ReductionofnitratebyNaYzeolitesupportedFe,Cu/FeandMn/Fenanoparticles[J].JoumalofHazardousMaterials,2022,324:605-
616.
[21]MotamediE,AtoueiMT,KassaeeMJMRB.ComparisonofnitrateremovalfromwaterviagrapheneoxidecoatedFe,NiandConanoparticles[J].MaterialsResearchBulletin,2022,54:34-
40.
[22]WangT,LinJ,ChenZ,etal.Greensynthesizedironnanoparticlesbygreenteaandeucalyptusleavesextractsusedforremovalofnitr ateinaqueoussolution[J].JournalofCleanerProduction,2022,83:413-
419.
[23]AnY,LiT,JinZ,etal.Nitratedegradationandkineticanalysisofthedenitrificationsystemcomposedofironnanoparticlesand hydrogenotrophicbacteria[J].Desalination,2022,2521/2/3:71-
74.
[24]WangQ,ZhaoX,ZhangJ,etal.lnvestigationofnitratereductiononpolycrystallinePtnanoparticleswithcontrolledcrystalplane[J].Jour nalofElectroanalyticalChemistry,2022,755:210-
214.
[25]BhatnagarA,KumarE,S川anpMJCEJ.N让rateremovalfromwaterbynano-alumina:Characterizationandsorptionstudies[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,1633:317-
323.
[26]DingY,SunW,YangW,etal.Formicacidasthein-situhydrogensourceforcatalyticreductionofnitrateinwaterbyPdAgalloynanoparticlessupportedonamine-functionalizedSiO2[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2022,203:372-
380.
[27]ShabanYA,EIMaradnyAA,AIFarawatiRKJJOP,etal.PhotocatalyticreductionofnitrateinseawaterusingC/TiO2nanoparticles[J].JournalofPhotochemistry andPhotobiologyA:Chemistry,2022,328:114-
121.
[28]TofighyMA,MohammadiT.Nitrateremovalfromwaterusingfunctionalizedcarbonnanotubesheets[J].ChemicalEngine eringResearchandDesign,2022,9011:1815-
1822.
[29]AlimohammadiV,SedighiM,JabbariEJJOECE.Responsesurfacemodelingandoptimizationofnitrateremovalfromaqueoussolutionsu singmagneticmulti-walledcarbonnanotubes[J].JournalofEnvironmentalChemicalEngineering,2022,44:4525-
4535.
[30]ErogluE,AgarwaIV,BradshawM,etal.Nitrateremovalfromliquideffluentsusingmicroalgaeimmobilizedonchitosannanofibermats[J].Green Chemistry,2022,1410:2682-
2685.
[31]BozorgpourF,RamandiHF,JafariP,etal.Removalofnitrateandphosphateusingchitosan/AI2O3/Fe3O4compositenanofibrousadsorbent:Comparisonwithchitosan/AI2O3/Fe3O4beads[J].lnternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2022,93:557-
565.
[32]EsmaeiliA,BeniAAJJOHM.Anovelfixed-bedreactordesignincorporatinganelectrospunPVA/chitosannanofibermembrane[J].JournalofHazardou sMaterials,2022,280:788-
796.
[33]AliabadiM,IraniM,IsmaeiliJ,etaLEIectrospunnanofibermembraneofPEO/chitosanfortheadsorptionofnickel,cadmium,leadandcopperionsfromaqueoussolution[J].ChemicalEngineeringJoumal,2022,220:237-
243.
[34]AliabadiM,IraniM,IsmaeiliJ,etal.Designandevaluationofchitosan/hydroxyapatitecompositenanofibermembranefortheremovalofhea vymetalionsfromaqueoussolution[J].JournaloftheTaiwanlnstituteofChemicalEngineers,2022,452:518-
526.
[35]SabourianV,EbrahimiA,NaseriF,etal.Fabricationofchitosan/silicananofibrousadsorbentfunctionalizedwithaminegroupsfortheremovalof Nill,CullandPbllfromaqueoussolutions:batchandcolumnstudies[J].RSCAdvances,2022,646:40354-
40365.
[36]RazzazA,GhorbanS,HosayniL,etal.ChitosannanofibersfunctionalizedbyTiO2nanoparticlesfortheremovalofheavymetalions[J].Journal oftheTaiwanlnstituteofChemicalEngineers,2022,58:333-
343.
[37]SowmyaA,MeenakshiSJIJOBM.Anovelquaternizedchitosan-melamine-glutaraldehyderesinfortheremovalofnitrateandphosphateanions[J].lnternationalJournalofBiologicalMa cromolecules,2022,64:224-
232.
[38]SowmyaA,MeenakshiSJD,TreatmentW.Effectiveremovalofnitrateandphosphateanionsfromaqueoussolutionsusingfunctionalised chitosanbeads[J].DesalinationandWaterTreatment,2022,5213/14/15:2583-
2593.
[39]EnsieB,SamadSJD.RemovalofnitratefromdrinkingwaterusingnanoSiO2-FeOOH-Fecore-shell[J].Desalination,2022,347:1-
9.
[40]WangW,JinZH,LiTL,etal.Preparationofsphericalironnanoclustersinethanol-watersolutionfornitrateremoval[J].Chemosphere,2006,658:1396-
1404.
[41]ZhaoX,LuL,PanB,etal.Polymer-supportednanocompositesforenvironmentalapplication:areview[J].ChemicalEngineeringJournal,2022,1702/3:381-
394.
[42]ChangH,WuHJE,ScienceE.Graphene-basednanocomposites:preparation,functionalization,andenergyandenvironmentalapplications[J].EnergyEnvironmentalScience,2022,612:3483-
3507.
[43]KaliaS,KangoS,KumarA,etaLMagneticpolymernanocompositesforenvironmentalandbiomedicalapplications[J].ColloidandPoly merScience,2022,2929:2025-
2052.
[44]RajeswariA,AmalrajA,PiusAJJOWPE.Adsorptionstudiesfortheremovalofnitrateusingchitosan/PEGandchitosan/PVApolymer composites[J].JournalofWaterProcessEngineering,20229:123-
134.
[45]TeimouriA,NasabSG,VahdatpoorN,etal.Chitosan/zeoliteY/nanoZrO2nanocompositeasanadsorbentfortheremovalofnitratefromtheaqueou ssolution[J].lnternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2022,93:254-
266.
[46]KeshvardoostchokamiM,BabaeiS,PiriF,etaLNitrateremovalfromaqueoussolutionsbyZnOnanoparticlesandchitosan-polystyrene-Znnanocomposite:Kinetic,isotherm,batchandfixed-bedstudies[J].lnternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2022,101:922-
930.
[47]JiangH,ChenP,LuoS,etaLSynthesisofnovelnanocompositeFe3O4/ZrO2/chitosananditsapplicationforremovalofnitrateandph osphate[J].AppliedSurfaceScience,2022,284:942-
949.
[48]NodehHR,SereshtiH,AfsharianEZ,etal.Enhancedremovalofphosphateandnitrateionsfromaqueousmediausingnanosizedlanthanumhydro usdopedonmagneticgraphenenanocomposite[J].JournalofEnvironmentalManagement,2022,197:265-
274.对硝酸盐去除的争论水环境中硝酸盐污染的现状水环境中硝酸盐污染主要源于农业浇灌和城市径流、卫生和工业废物的处置不法律法律规范、受感染系统的泄漏以及从垃圾箱中流失,在世界范围内越来越普遍,严峻影响饮用水的质量、生态和水生生态系统的价值例如,美国2/3的沿海河流和海湾因含氮污染而中度甚至严峻退化[5];中国超过85%的湖泊和约522条主要河流严峻的氮污染,导致水环境富养分化[6]o硝酸盐的高溶解性可引起广泛的地下水硝酸盐污染,导致供水和生态紊乱的严峻风险饮用水中高浓度的硝酸盐会导致健康问题,如婴儿的高铁血红蛋白血症和成人的膀胱、非霍奇金淋巴卵巢以及消化道癌症7]o世界卫生组织WHO已将饮用水中硝酸盐的最大污染物水平设定为10mg/L[8]o美国环境爱惜署USEPA将硝酸氮和亚硝酸氮的最大浓度分别设定为10mg/L和1mg/L[9]中国新的城市污水处理厂污染物排放标准草案GB18918—2022已将总硝酸盐含量降至10mg/L因此,从地表水体和地下水等环境来源去除硝酸盐对于防治这些问题至关重要纳米材料对硝酸盐的去除机理纳米材料对硝酸盐的去除机理主要包括化学还原和物理化学吸附作用等化学还原是一种常见的硝酸盐去除机理纳米材料与传统的还原剂活泼金属硼氢化物、甲酸盐、月井羟胺、氢和铁等相比是一种强还原剂其具有高催化性能和还原力气,可以在短时间内快速有效地去除硝酸盐[10]o比如,Shi制备的纳米Pd/Fe粒子,5min内硝酸氮的去除率达到90%以上[8]Anna新合成的NZVI F-NZVI粒子,硝酸盐含量在1min内削减至1mg/mL以下[11]依据所用纳米材料的类型而不同,反应产物主要包括亚硝酸盐、氨氮和氮气等基于成本设计和操作的简洁性,吸附是一种有吸引力的硝酸盐去除方法纳米材料的进展很大的提高了传统吸附剂的性能[12]与传统吸附剂相比,纳米材料具有更高的孔隙率、表面积、比表面积吸附活性,催化电位高以及更多的活性位点和可控的孔径和表面化学性质,不仅可以通过物理吸附还可以经过化学吸附附着在表面上,表现出较强的吸附性能用于硝酸盐去除的纳米材料图1:纳米颗粒、纳米管、纳米团簇、纳米壳、纳米纤维和纳米复合材料的还原力气和吸附效率可能不同图2显示了硝酸盐通过不同纳米材料的去除机制为了获得更好的水环境中污染物去除效果,纳米材料正在成为硝酸盐去除的新替代物图1纳米材料用于硝酸盐去除Fig.1Nanomater ia Isused inn itrateremova I图2使用不同纳米材料的硝酸盐去除机制F ig.2N itrateremova Imechan ismsus ingd ifferentnanomater ia Is用于硝酸盐去除的纳米材料纳米颗粒纳米颗粒直径在1~100nm范围内,可以是金属、半导体或聚合物由于纳米颗粒尺寸小、表面积大、催化活性优异,可用作还原剂和吸附剂替代常规处理从水环境中去除硝酸盐纳米零价铁颗粒NZVI及改性纳米零价铁NZVI是粒径在1~100nm的零价铁颗粒,因其有高表面活性、强还原性以及较大比面积,可将硝酸氮还原为氨氮和氮气,在去除地下水中硝酸盐上表现出明显的优势在一项的争论中,Liu等接受自然或者水热合成的针铁矿合成NZVI,使原本昂贵的合成过程变得廉价[13]争论发觉,从自然针铁矿中获得的NZVI在pH为1,6和8的水环境中分别显示出
95.1%,
91.3%以及
83.5%的硝酸盐去除率,显示出优异的硝酸盐还原力气,而一般零价铁颗粒虽然在pH=1时显示出90%的去除率,但在pH=6时去除率急剧下降至10%在此外一项争论中,Anna等比较了新合成的NZVIF-NZVI,干燥的NZVID-NZVI和超声波干燥处理的NZVIQS-NZVI的硝酸盐还原性能[11]结果显示,还原硝酸盐力气排序为F-NZVID-NZVIDS-NZVIO其中在F-NZVI的状况下,硝酸盐含量在1min内削减至1mg/mL以下pH几乎不对硝酸盐还原产生影响,NZVIs将硝酸盐还原为铁和亚硝酸盐,产生的亚硝酸盐随时间延长而削减,最终产物是氨Cho等将NZVI与纳米级磁铁矿NMT一起使用,发觉其提高了硝酸盐去除力气[14]o主要由于磁铁矿纳米颗粒的磁性,使它们均匀地分散在NZVI的表面上,增加了NZVI的腐蚀速率,促进了电子传递,从而加强了NZVI的还原力气与去离子水相比,地下水显示出更快的硝酸盐还原速率,此外,磁铁矿纳米粒子还增加了NZVI的耐久性由于NZVI自身金属粒径小具有磁性,简洁发生团聚和氧化,导致纳米颗粒的有效表面积和表面活性降低因此,可以将纳米零价铁负载到固体载体上,提高纳米颗粒的分散性,增加其环境迁移力气,达到提高其反应活性的目的Khalil等接受来源广、价格低、孔道丰富、有较大比表面积、本身对硝酸盐有确定吸附力气的活性炭作为载体
[15]o通过对负载前后去除性能的对比,结果显示,零价纳米铁与活性炭的质量比为2:1时去除硝酸盐的效果最高,提高了约50%去除力气董磊制备了改性凹凸棒土纳米铁纳米颗粒
[16]o接受凹凸棒土的独特结构和优异的吸附性能,一方面可增大纳米铁与硝酸盐接触的比表面积,另一方面可防止纳米铁颗粒成团,提高硝酸盐的去除效果并且将这种纳米颗粒与反硝化细菌耦合,消耗复合材料中的纳米铁产生的H2,解决了脱硝产物氨氮比例过高和反硝化作用缺少电子供体这两方面的问题此外,蒙脱石累托石、膨润土高岭石、沸石、海泡石和石墨烯等都常用作载体来负载零价纳米铁
[17]o也可以通过将氧化还原电位高的金属(Pd、Ni、Pt、Ag、Co、Cu、Ti等)沉积在纳米零价铁的表面以形成双金属体系,接受其在反应中能与铁形成微电池效应,加速铁的氧化,充当电子传递和氢化作用的催化剂,使体系具有更快的反应速率Cai等接受金属银与纳米零价铁形成双金属颗粒,并引入高岭土作为载体,合成新型的高岭土负载纳米铁镁材料(Kaolin-Fe/Ni)
[18]0不仅可以加快硝酸盐的去除速率,同时还能对水环境中的重金属离子有很好的去除效果有争论表明,在纳米铁双金属体系中,Pd比其他金属(Ni、Pt或Cu)具有更高的催化活性,并且已被证明对亚硝酸盐还原最具选择性
[19]o Shi等接受液相还原法制备了纳米Pd/Fe粒子,并考察了不同的Pd负载率和pH对硝酸氮去除速率的影响
[8]试验结果表明,5min内硝酸氮的去除率达到90%以上,去除率随着时间的推移缓慢增加,而单独的零价纳米铁在相同条件下受团聚的影响,降解程度很低当Pd负载量从2%增加到6%,氮气占比从
36.8%增加到
68.2%,在8%Pd负载量下获得最高的氮气
69.2%为了提高氮气的生成比例,LubPH通过化学还原合成Pd-Cu-NZVI三金属体系,并进行批量试验测试其对硝酸盐去除的效果
[20]o试验结果显示,铜的加入提高了材料的稳定性和抗氧化性,当Pd和Cu的负载量为10%,质量比为2:1时,Pd-Cu-NZVI显示出优异的氨抑制在此外一项争论中,Zeng等探究了丝光沸石、丫型沸石以及ZSM-5沸石等不同类型沸石负载Pd-Cu-NZVI对硝酸盐的去除效果以及还原硝酸盐过程中对氮气的选择性的力气
[21]试验结果显示,初始硝酸盐浓度200mg/L,在20min后溶液中未检测到亚硝酸盐,并保持着高硝酸盐还原性和对N2的选择性在酸性pH值为
3.0时,硝酸盐去除率均达到97%以上即使在碱性pH
9.0下,仍保持高水平的硝酸盐去除率94%用封端剂或碳基氧化物涂覆NZVI是增加硝酸盐还原的另一种方法涂层可以防止纳米颗粒团聚并增加纳米颗粒的物理化学稳定性Motamedi使用二维石墨烯涂覆NZVI形成新型功能性纳米颗粒用于从水中除去硝酸盐
[22],不仅具有较大的比表面积,而且纳米片的两面都是可接受的,有较高的有效接受率在5mg/L硝酸盐的水样中,纳米颗粒去除了99%的硝酸盐并且由于石墨烯的磁性,硝酸盐去除后的纳米粒子可以通过磁分别简洁地从溶液中分别近年来,有学者接受高抗氧化力气茶叶和桂树叶的提取物简便的一步式合成铁纳米颗粒GT-Fe和EL-FeNPs
[23]与化学合成的NZVI相比,绿色合成纳米颗粒中的聚集体较少,这主要归因于植物提取物中存在多酚或抗氧化剂作为封端剂批量试验表明,GT-Fe和EL-FeNPs去除硝酸盐的力气稳定性强但经空气老化2个月后,GT-Fe和EL-FeNP去除力气几乎保持不变,而NZVI的去除力气下降了
2.1倍GT-Fe和EL-FeNPs的稳定性、成本效益简便的合成方法、生物降解性、环保特性以及在我们我国福建大量存在,已被证明在废水处理中的相对较好的性能将来可以作为用于开发富养分化水后补的潜在绿色技术,特殊是在大规模环境中而在此外一项争论中,An开发了纳米铁一反硝化菌复合体系
[24]o接受反硝化细菌中氢化酶的存在转变纳米铁的反应选择性,使其更倾向于和水作用释放出H2,而非与硝酸盐发生氧化还原反应但反应时间会延长,纳米铁一反硝化菌复合体系6d内可以将50mg/L硝酸盐完全去除,其中仅有7%左右转化为氨氮,脱氮产物几乎全部为气态氮,水体中不含任何有毒脱氮副产物反硝化细菌的数量随着时间的增加在不断地增加,活性不断增加其他纳米颗粒除NZVI外,不同类型的金属和金属合金纳米颗粒也被争论证明可用于硝酸盐的去除大量争论发觉,Pt纳米粒子表现出对硝酸盐具有优异的还原性能,但其取决于Pt纳米颗粒的形式和尺寸Wang等通过电沉积合成伯纳米颗粒Pt100和Pt110,在溶液中使用循环伏安法,使硝酸盐浓度保持在50mmol/L,扫描速率为50mV/s在较高的扫描速率下,与Pt110相比,Pt100纳米颗粒显示出更高的硝酸盐去除效率
[25]o Amit等评估了纳米氧化铝的吸附可行性
[26]o试验结果显示,当硝酸盐浓度从10〜20mg/L时,纳米氧化铝呈现出对硝酸盐良好的吸附效果当水溶液的pH为
4.4时,硝酸盐的去除效率最佳但水中存在CI-和等阴离子会干扰纳米氧化铝对硝酸盐的吸附,去除效率降低至40%〜45%为了提高各种反应中H2的接受效率,Ding接受HCOOH作为催化还原硝酸盐的还原剂前体,将Pd-Ag合金纳米颗粒加载到表面经胺基修饰的SQ2,争论其对硝酸盐的去除效果其中甲酸可以通过贵金属催化剂分解成H2和CO2,这使其成为原位H2来源,可以提高各种反应中H2的接受效率同时产生的二氧化碳可以作为缓冲剂来稳定硝酸盐催化还原中的溶液pH值试验结果显示,表面氨基改性的SiO2作为载体的Pd-Ag合金纳米颗粒大大提高了其硝酸盐还原效率,性能优于Pd-Cu合金此外,PdAg的比例对硝酸盐去除也起着至关重要的作用
[27]o硝酸盐去除也可以通过光催化还原来实现其中,纳米半导体二氧化钛颗粒不仅具有优异的光催化性质,还具有很高的化学稳定性、热稳定性超亲水性、非迁移性和无毒性,可作为光催化还原硝酸盐的优良催化剂Shaban等使用碳改性的钛电极作为光催化剂,争论其除去水中的硝酸盐力气[28]在Shaban的争论中,以异丙氧基钛为前驱体,接受溶胶-凝胶法制备了C/TQ2纳米颗粒,以确保这些纳米颗粒中没有碳使用甲酸作为牺牲电子供体,防止电子空穴复合在没有C/TQ2纳米颗粒的状况下,没有发生硝酸盐还原,但随着催化剂浓度的增加,还原性能有所提高溶液的pH值在硝酸盐还原中也起着至关重要的作用在低pH下,硝酸盐还原量急剧增加,而在高pH下,由于静电排斥作用引起的吸附不足,硝酸盐还原量相对较小甲酸浓度随着硝酸盐还原速率随浓度的增加而增加但当甲酸浓度为
0.05mmol/L时,硝酸盐还原率降低总体上,当催化剂的用量为
0.5g/L时,在pH为3的溶液中,甲酸浓度为
0.04mmol/L时,硝酸盐的去除率最大碳纳米管碳纳米管CNTs是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体,由于其突出的化学、物理、电子和结构特性,已成为碳纳米材料中最受欢迎的吸附剂,已被广泛用于染料、重金属和其他类型有机和无机污染物的去除通过对碳纳米管表面改性,增加其吸附性能,可以特殊有效地用于硝酸盐的去除Tofighy等通过化学气相沉积法合成了具有高柔韧性、在洗涤和干燥过程中不易破裂的碳纳米管,并在室温下分别接受浓硝酸和液氨对碳纳米管官能化[29]o结果表明,官能化的碳纳米管对硝酸盐吸附量显著增加,吸附容量分别为
142.87,
90.90mg/g,吸附显示与Langmuir和Freundlich等温线模型吻合较好接受二级动力学模型拟合了硝酸盐在官能化碳纳米管上的吸附动力学数据,表明其吸附力气与其比表面积不直接相关,但猛烈依靠于它们的表面官能团含氮和含氧基团文献报道,氧化不仅可以供应更亲水的表面结构,而且可以供应更多数量的酸性官能团,并且这些官能团的氧原子增加了碳纳米管的阳离子交换力气另一方面,碳纳米管的酸处理倾向于在碳纳米管表面上产生正位点,通过表面羟基的质子化并且增加了阴离子的静电吸附含氮基团的加入改善了碳纳米管表面的碱性碳纳米管的碱性增加促进阴离子的吸附因此,表面官能化改性的硝酸盐的去除主要受化学吸附把握但在吸附过程之后,在没有离心过程的状况下,仅通过过滤分别难以从处理过的水中完全除去碳纳米管粉末,过滤器可能被碳纳米管快速堵塞随着碳纳米管毒性的积累,其一旦释放到环境中,就会严峻关注它们的健康和环境风险Alimohammadi通过在碳纳米管表面化学沉积Fe3O4,制备了易于磁分别、防止二次污染的磁性碳纳米管(MMWCNTs),争论了pH和D/C比率(污染物初始浓度与吸附剂用量之间的比率)对MMWCNTs去除硝酸盐的影响[30]试验结果显示,在较低的pH值下,硝酸根离子与磁性碳纳米管之间的静电排斥作用较小,硝酸根的吸附量增加其中,D/C比为40,pH为4,硝酸盐去除率达到
97.15%,MMWCNTs的吸附容量为
183.11mg/go纳米纤维纳米纤维主要由静电纺丝制成,是直径<100nm的纤维,具有极大的比表面积(是一般微米纤维的1000倍)、优异的可调整功能和大孔隙率(高达80%以上),简洁结合到任何载体或介质上并且,纳米纤维长度特殊长(假如不中断该过程,可以长达数百公里),易于从环境中分别,被认为是最平安的纳米材料之一随着技术进步,多重喷射电纺丝和电吹气等可以大规模生产纳米纤维的技术的消逝使纳米纤维用于气体和液体中污染物的去除显示出巨大的潜力壳聚糖纳米纤维的高比表面积和微孔是纳米纤维吸附剂高效率的主要缘由,已广泛用于硝酸盐去除壳聚糖作为一种生物可降解、生物相容且无毒的聚合物,主要由D-氨基葡萄糖和N-乙酰基-D-氨基葡萄糖组成,通过甲壳素(P-N-乙酰基-D-氨基葡萄糖聚合物)的脱乙酰化反应形成由于氨基官能团的存在,在硝酸盐吸附方面具有很高的潜力在一项争论中,接受壳聚糖静电纺丝纳米纤维用作固定藻类细胞的载体材料[31]藻类细胞不仅可以处理水,而且可以产生可用于生产生物燃料的藻类生物质,因此在废水污染物处理中得到广泛应用争论表明,接受壳聚糖纳米纤维的物理化学吸附作用,当硝酸盐初始浓度为30mg/L时,废水中87%的硝酸盐被去除,后期残留的硝酸盐则被用于藻类细胞代谢复制,产生更多的生物质和能源产品近来,有机、无机材料被引入到纳米纤维中,用以改善壳聚糖化学和机械稳定性差的问题Bozorgpour等合成了壳聚糖-AI2O3-Fe3O4复合材料,接受电纺丝法制备了纳米复合纤维吸附剂,测试其对硝酸盐去除性能的争论试验结果显示,纳米纤维的硝酸盐吸附容量达
160.70mg/go此外,在较低的pH值下,官能团、胺基和羟基发生质子化,对硝酸盐的吸附量增加此外,硝酸盐的吸附量随着硝酸盐初始浓度的增加和温度的降低而增加通过方差分析估算了吸附剂用量与硝酸盐初始浓度的关系,所得到的R2值高于
0.98,表明纳米纤维去除硝酸盐的效率具有很好的牢靠性但由于吸附剂上的活性位点可能存在竞争,硫酸盐氟化物、氯化物等阴离子浓度的增加对硝酸盐的去除产生负面影响[32]o在其他争论中,也可以通过加入PVA[33]、PEO[34]、羟基磷灰石[35]、SiO2[36]和TiO2[37]颗粒制备壳聚糖复合材料,可以提高壳聚糖去除水体系中污染物的效率Sowmya和Meenakshi制备了壳聚糖-三聚氧胺-戊二醛三元共聚物,用于去除水中的硝酸根和磷酸根阴离子[38]在最新的争论中,Sowmya和Meenakshi还评估了质子化壳聚糖胺化壳聚糖和竣化壳聚糖珠子去除硝酸盐和磷酸盐的性能39]o纳米壳纳米壳以各种不同尺寸绝缘体介质作为核,外层由薄金属膜掩盖SiO2-FeOOH-Fe核纳米壳已用于硝酸盐去除[40]o Ensie通过还原的方法将NZVI固定在SQ2-FeOOH核上,增加了NZVI的稳定性并防止了反应介质中的聚集硝酸盐的去除百分比随着接触时间和纳米结构浓度的增加而增加将NZVI的量加倍后,纳米壳的硝酸盐去除效率从69%增加到86%低pH更有利于其对硝酸盐的去除,在pH3下,在64mg/L硝酸盐浓度下硝酸盐去除率最高,可达
99.84%经3min的超声波处理,纳米壳的量增加到2倍
1.1纳米团簇纳米团簇由许多相同类型的原子聚集在一起组成,具备许多传统纳米结构如纳米颗粒、纳米管所没有的惊奇性质,如荧光、力学、超导、磁性、氧化还原等,使其在催化、光电、生物医药、精细化工和军工国防等诸多领域具有特殊广泛的应用前景争论表明,铁纳米团簇已被用于硝酸盐去除争论Jin等在乙醇-7k溶液中,接受KBH4作为还原剂,PEG作为分散剂和稳定剂,还原水相亚铁溶液制备了球状纳米铁团簇HNZVI。