磷化纳米零价铁去除水中重金属离子性能及其界面反应机制
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21876058
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0604.水污染与控制化学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:胡月; 陈娜; 石彦彪; 尚欢; 李美琪; 邓高松; 廖敏子; 杨治平;
- 关键词:
项目摘要
The use of nZVI for the removal of heavy metals is one of the hot topics in pollution control technology field. But the electrons from the nZVI could be consumed by heavy metals, medium molecules, and intermediate species simultaneously during the treatment of heavy metals by nZVI, leading to the low utilization and poor selectivity of electrons. The surface/ interface modification of nZVI is one of the effective strategies to solve this problem. Recently, we found that both the electrons utilization and electrons selectivity of nZVI were improved significantly over the phosphated nanoscale zero-valent iron (P-nZVI) during removal of typical heavy metal ions in aqueous solution. In order to verify the interface reaction and its mechanism of P-nZVI and heavy metal ions, this project aims to systematically characterize the micro-structure morphologies of the P-nZVI by modern analysis technologies; to investigate the phosphated layer structure of P-nZVI, the surface phosphate functional group, the adsorption/ coordination configuration of typical heavy metal ions, and electron transfer pathway by using DFT simulation; to study the adsorption/ reaction/ selectivity performance of different heavy metal ions with P-nZVI; to analyze the change of iron/ heavy metals, the generation and consumption of active species on the surface/ interface and in the solution during the reaction of heavy metals and P-nZVI; to reveal the "structure-performance" relationship of heavy metal ions removal with P-nZVI; to clarify the effects of environmental factors on the removal of heavy metals by P-nZVI; and to provide theoretical support for the green and efficient nZVI-based heavy metal pollution control technology.
利用纳米零价铁(nZVI)去除重金属是污染控制领域的热点之一。但污染控制过程中nZVI的电子被重金属、介质分子、中间物种等同时消耗,存在着电子利用率低/选择性差的问题。表面改性nZVI是解决该问题的有效途径。近期我们发现磷化纳米零价铁(P-nZVI)去除水中典型重金属离子的电子利用率/选择性显著提升。为探明P-nZVI去除重金属性能和反应机制,本项目将系统表征P-nZVI结构及形貌;通过DFT模拟P-nZVI磷化层及表面官能团与典型重金属离子吸附/配位构型和电子转移途径;研究不同重金属离子与P-nZVI的表界面吸附/反应/选择性规律;分析P-nZVI与重金属作用过程中材料表界面和溶液相铁/重金属的形态/价态、及活性物种种类/浓度变化规律;揭示P-nZVI去除重金属离子的“结构-性能”关系;阐明环境因素对P-nZVI去除重金属性能的影响;为发展绿色高效nZVI重金属污染控制技术提供理论支持。
结项摘要
本项目可控合成系列磷酸化纳米零价铁材料,系统表征P-nZVI结构及形貌;通过DFT模拟P-nZVI磷化层及表面官能团与典型重金属离子吸附/配位构型和电子转移途径;研究不同重金属离子与P-nZVI的表界面吸附/反应/选择性规律;分析P-nZVI与重金属作用过程中材料表界面和溶液相铁/重金属的形态/价态、及活性物种种类/浓度变化规律;揭示P-nZVI去除重金属离子的“结构-性能”关系;阐明环境因素对P-nZVI去除重金属性能的影响。项目通过液相合成法在陈化阶段加入磷酸根前驱体,制备表面磷酸根修饰的纳米零价铁(P-nZVI),磷酸根修饰改变铬酸根离子在nZVI表面的吸附配位模式,为铬酸根还原提供双电子通道,同时抑制溶解氧还原、产氢等副反应,提升nZVI还原去除Cr(VI)的电子选择性;通过液相合成法在硼氢化钠还原前加入磷酸根前驱体与三价铁离子混合,制备含径向裂纹的纳米零价铁(CnZVI),直接“打破”nZVI致密的氧化层,构建贯通表面氧化层与内部铁核的传质通道,实现多种重金属离子快速去除;通过机械球磨法制备磷原子取代的零价铁,优化铁核内部电子结构,加速电子传输,促进洛克沙胂降解与无机砷固定。项目的完成为发展绿色高效的重金属污染控制技术提供理论支持。
项目成果
期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Pyrolysis temperature-switchable Fe-N sites in pharmaceutical sludge biochar toward peroxymonosulfate activation for efficient pollutants degradation
制药污泥生物炭中热解温度可切换的 Fe-N 位点,用于过一硫酸盐活化,从而有效降解污染物
- DOI:10.1016/j.watres.2022.119328
- 发表时间:2022
- 期刊:Water Research
- 影响因子:12.8
- 作者:Zhihui Ai
- 通讯作者:Zhihui Ai
Oxygen vacancies promote sulfur species accumulation on TiO2 mineral particles
氧空位促进二氧化钛矿物颗粒上硫物质的积累
- DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120024
- 发表时间:2021-08
- 期刊:Applied Catalysis B: Environmental
- 影响因子:--
- 作者:Shang Huan;Wang Xiao;Li Hao;Li Meiqi;Mao Chengliang;Xing Pan;Zhao Shengxi;Chen Ziyue;Sun Jing;Ai Zhihui;Zhang Lizhi
- 通讯作者:Zhang Lizhi
Kirkendall Effect Boosts Phosphorylated nZVI for Efficient Heavy Metal Wastewater Treatment
柯肯达尔效应促进磷酸化 nZVI 实现高效重金属废水处理
- DOI:10.1002/anie.202104586
- 发表时间:2021-06-23
- 期刊:ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
- 影响因子:16.6
- 作者:Li, Meiqi;Shang, Huan;Zhang, Lizhi
- 通讯作者:Zhang, Lizhi
Highly efficient electrochemical conversion of CO2 and NaCl to CO and NaClO
CO2 和 NaCl 高效电化学转化为 CO 和 NaClO
- DOI:10.1039/c9gc01099h
- 发表时间:2019
- 期刊:Green Chemistry
- 影响因子:9.8
- 作者:Quan Fengjiao;Zhan Guangming;Shang Huan;Huang Yahui;Jia Falong;Zhang Lizhi;Ai Zhihui
- 通讯作者:Ai Zhihui
Strained Zero‐Valent Iron for Highly Efficient Heavy Metal Removal
应变零价铁可高效去除重金属
- DOI:10.1002/adfm.202200498
- 发表时间:2022
- 期刊:Advanced Functional Materials
- 影响因子:19
- 作者:Kai Wei;Hao Li;Huayu Gu;Xiufan Liu;Cancan Ling;Shiyu Cao;Meiqi Li;Minzi Liao;Xing Peng;Yanbiao Shi;Wenjuan Shen;Chuan Liang;Zhihui Ai;Lizhi Zhang
- 通讯作者:Lizhi Zhang
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- 通讯作者:张礼知
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- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:环境化学
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- 作者:艾智慧;贾法龙;张礼知
- 通讯作者:张礼知
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- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:华中师范大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:艾智慧;刘志平;钟贤
- 通讯作者:钟贤
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