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水体富营养化与蓝藻爆发治理研究
2017-05-25  |          【 】【打印】【关闭

  自然水体富营养化已经成为一种严重的水污染问题。在外界温度条件合适的情况下,富营养化水体会引起蓝藻爆发,密集爆发的蓝藻会导致水中溶解氧耗尽,从而引起水生动物的大面积死亡,破坏生态平衡。此外,蓝藻死亡时或者其细胞破裂时会释放出多种藻毒素,能杀死牲畜、导致人体出现多种疾病。通过适当的废水处理来阻止氮、磷等营养元素过量排入自然水体,从而防止水体富营养化是解决蓝藻爆发的最根本方法;同时,对蓝藻污染水体也必须进行处理以保障用水安全。

  为了解决水体富营养化以及其带来的蓝藻污染问题,我们近期针对水中氮、磷元素去除、蓝藻杀灭以及藻毒素降解进行了系列研究。我们发展出一种简单、低成本的溶剂热方法制备出系列成分比的Ce/Zr双金属氧化物纳米颗粒,研究了其吸附去除水中磷酸根的性能。通过改变Ce/Zr的成分比可以调控其结构、晶粒尺寸、表面性质,从而影响其磷酸根吸附性能。吸附动力学研究发现,Ce0.8Zr0.2O2 纳米颗粒在此系列样品中具有最佳的磷酸根吸附性能,其饱和吸附量达到112.23 mg/g,是目前文献所报道的磷酸根吸附材料中性能最好的。磷酸根在Ce0.8Zr0.2O2 纳米颗粒上的吸附遵循内球吸附模型,表面羟基发挥主要作用。

  利用太阳光能进行光催化净水处理是解决水体污染的一种很有前景的方法。我们发展出一种氧化钯修饰氮掺杂二氧化钛(TiO2-xNx/PdO)光催化材料,在可见光下具有良好的光催化氧化性能。应用于水中氨氮(NH4+-NH3)去除,其在可见光照射下去除率就超过90%,且产生的有害副产物NO3-和NO2- 非常少。我们在研究中还首次发现,TiO2-xNx/PdO在弱碱环境下(pH~8)即能有效去除水中氨氮。在可见光照射下,TiO2-xNx/PdO还展示出对于蓝藻优异的光催化杀灭性能。通过破坏蓝藻细胞壁,蓝藻细胞内多种物质发生泄漏,杀灭有效,过程不可逆转。同时,TiO2-xNx/PdO能够有效分解藻毒素,从而解决了蓝藻处理过程中藻毒素污染的问题。相关系列研究结果发表在Chemical Engineering Journal, 264 (2015) 437(封面文章)、Chemical Engineering Journal, 264 (2015) 728以及Chemical Engineering Journal, 268 (2015) 270。

图1 可见光下TiO2-xNx/PdO纳米颗粒光催化去除水中氨氮机理示意图。

环境功能材料研究部

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