文摘
快速增长的人口、水资源消耗和气候变化导致长时间的干旱和洪水使饮用水竞争资源在世界的许多地方。有成本效益的和稳定的材料和方法的发展提供充足的淡水是供水行业的需要。传统的水/废水处理技术提供足够安全的水仍然是无效的,因为需求增加的水加上严格的健康指南和新兴污染物。基于纳米技术的多功能、高效流程是水/废水处理提供负担得起的解决方案,不依赖于大型基础设施或集中的系统。本研究的目的是审查的可能应用的纳米颗粒/纤维从水/废水污染物的去除。本文将简要概述的可用性和实践不同的纳米材料(颗粒或纤维)清除病毒,无机溶质、重金属、金属离子、复杂的有机化合物,天然有机物、硝酸盐、和其他污染物在地表水、地下水、和/或工业水。最后,建议是基于当前的纳米技术应用在供水行业实践为一个独立的水净化装置把所有类型的污染物从污水。
1。介绍
水具有广泛影响人类生活的各个方面,包括但不限于健康、食物、能源、和经济。除了环境、经济和社会影响的供水和卫生(1- - - - - -4],淡水的供应至关重要的安全儿童和穷人(5,6]。据估计,10 - 20每年几百万人死于由于水性和非致死性感染每年导致超过2亿人死亡(7]。每一天,由于约5000 - 6000儿童死于腹泻的与水相关的问题(8,9]。目前在世界各地超过07.8亿人无法获得安全饮用水资源(10导致严重的健康问题。据估计,世界上有超过十亿人无法获得安全饮用水和内几十年当前供水将减少三分之一。
总径流构成稳定的径流流的部分被认为是对人类赖以生存的淡水资源。这种稳定的淡水流估计在12500 - 15000公里3每年(11,12),4000公里3被认为是每年的总淡水灌溉,工业,和国内的目的(13),预计增加射程4300 - 5000公里3每年在2025年(14- - - - - -16]。或者,只有新鲜的水是世界上0.5%的14亿公里3此外差分布在全球各地的水(17]。
有限的可能性增加淡水的供应由于竞争需求的增加人口在世界各地;同时,与水相关的问题预计将进一步增加由于气候变化和由于人口增长在未来二十年18]。据估计,世界人口将增加大约29亿人从现在到2050年(根据联合国的平均预测)15]。淡水供应短缺也由于国内的水资源开发,工业,和灌溉的目的在世界的许多地方19]。淡水资源的压力,由于世界食品的需求增加,能源等等(20.,21)增加越来越多是由于人口增长和气候变化的威胁。污染地表水/地下水的来源是淡水供应减少的另一个原因22- - - - - -24]。全球含水层枯竭和污染由于盐水入侵的多个问题,土壤侵蚀,卫生条件差,污染地面/地表水的海藻,洗涤剂、肥料、农药、化工、重金属等(25- - - - - -28]。
出现新的/新兴microcontaminants(例如,内分泌干扰物(edc))在水/污水呈现现有传统水/污水处理厂无效来满足环境标准。这些化合物的排放到水环境影响了所有生命体。传统材料和治疗技术(如活性炭、氧化、活性污泥、纳滤(NF)和反渗透(RO)膜没有有效治疗复杂和复杂的污染水域包括药品、个人护理产品、表面活性剂、各种工业添加剂、传说和大量化学物质。传统的水处理过程不能充分解决广泛的有毒化学物质的去除原水中的病原微生物。
这是正确的时间解决水问题,因为世界各地的蓄水层枯竭是由于多种因素,如盐水入侵,从地表水污染。使用更好的净化技术可以减少水资源短缺的问题,卫生、能源和气候变化。相当大的节约饮用水可通过重用的废水,反过来,需要开发材料和方法是有效的,具有成本效益和可靠的。虽然复杂的稀释废水废水可以帮助减少微污染物负荷的下游(29日,30.),然而,他们通过传统水处理的这些物质由于发生微,甚至在毫微克每升。
生物处理系统,如活性污泥和生物滴滤无法删除一个广泛的新兴污染物和这些化合物的大部分仍溶于废水(31日- - - - - -33]。物理化学治疗等凝固、絮凝或石灰软化被证明是无效的消除不同edc与制药化合物在各种研究[34- - - - - -36]。氯化,尽管提供剩余的保护与再生的细菌和病原体(37,38),导致不良的味道和气味39)除了形成不同的消毒副产物(论文)便携式饮用水(40- - - - - -43]。臭氧化被认为是一个不那么有吸引力的选择,由于昂贵的成本和短暂的一生。紫外线(UV)光分解和离子交换,尽管被高级类型的治疗,没有可行的替代微污染物去除(44]。
膜过程微滤、超滤、NF和罗依,等这些压力过滤过程,被认为是为一些新的高效的流程44- - - - - -49]。这些被认为是作为替代方法去除大量的有机微污染物(50- - - - - -52]。水/废水处理膜技术具有成本效益和技术是可行的,可以更好的替代传统的处理系统,因为他们的高去除污染物的效率满足环境标准(53]。NF和RO已被证明是非常有效的过滤技术的微污染物(54,55]。RO相对比NF更有效但更高的能源消耗在RO吸引力使它小于NF去除的污染物是由不同的机制包括对流、扩散(筛选),和电荷效应(56]。虽然基于NF膜过程非常有效地消除巨大的微污染物负荷(57),先进材料和治疗方法需要对新兴的微污染物。
自供水行业生产高质量的饮用水,需要有一个明确的需要具有成本效益的发展和稳定材料和方法解决的挑战提供充足的淡水。有发明的新治疗方法;然而,他们需要稳定,经济,与现有技术相比更有效。为此,传统处理技术现代化,也就是说,更新或修改或取代了发展中材料和方法是有效的,具有成本效益和可靠的。这是特别重要的实现相当饮用水储蓄通过重用的废水除应对每天的饮用水质量恶化。
纳米技术被认为是有效的在解决水问题(数量和质量58]。纳米材料(如碳纳米管和聚合物)是有助于开发更有效的治疗过程中先进的供水系统(59]。有纳米技术的许多方面解决多个问题,为了确保环境水质稳定。这项研究提供了一个独特的视角在水/废水处理的纳米技术的基础研究和重用通过专注于未来的研究的挑战。
引入后的论文有三个主要部分简要论述了传统和当前实践在水/废水处理。部分2描述了主要的属性和类型的纳米材料,在水/废水处理的重要性。部分3讨论了不同类型的纳米材料关注膜治疗各种污染物在水/废水。综述了纳米材料的应用基于功能单元操作过程。部分4提供了一个总结和展望的形式全面应用的结论和建议。
2。纳米技术对水/废水净化
有干净的水在世界各地需求上升为淡水来源/资源消耗由于长期干旱,增加人口,气候变化的威胁,和严格的水质标准60,61年]。群众在发展中国家使用非传统水源(如雨水、污染淡水、半咸水)由于有限和消耗淡水供应。现有的水处理系统、配电系统和可支配的习惯加上巨大的集中方案没有更可持续。目前的研究并不能恰当地处理实践,保证水的可用性为所有用户按照严格的水质标准(62年]。
一些商业和非商业科技发展工作每天但纳米技术已被证明是一个先进的水/废水处理方法。纳米研究领域的发展已经使人们有可能发明经济可行性和环境稳定处理技术有效地治疗水/废水水质满足不断增加的标准。纳米技术的发展提供了机会,以满足未来几代人的淡水需求。认为纳米技术可以充分解决许多的水质量问题通过使用不同类型的纳米颗粒和/或纳米纤维(63年]。纳米技术使用材料的尺寸小于100纳米(图至少在一个维度1)在原子和分子水平的意义与其他学科,如化学、工程和材料科学(64年,65年]。
在这个尺度,材料具有新颖和显著改变物理、化学和生物特性主要是由于它们的结构,提高表面area-to-volume比率提供治疗和修复,传感检测、污染防治[66年,67年]。这些纳米材料的独特性质,例如,高反应活性和强吸附,是探索在水/废水处理应用程序基于他们的函数在单元操作中突出显示表1(68年]。
纳米颗粒可以穿透更深,因此可以把水/废水通常不可能由传统技术(69年]。纳米材料的高表面area-to-volume比率提高了反应性与环境污染物。
在治疗和修复,纳米技术有潜力提供水质量和数量在长期的使用,例如,水膜使重用,海水淡化。此外,它的收益率低成本和实时测量通过持续的监控设备的开发(70年,71年]。纳米颗粒、高吸收、交互和反应能力,能像胶体混合与水悬浮液混合,他们还可以显示量子尺寸效应(72年- - - - - -76年]。节能导致节约成本有可能由于其小尺寸;然而,总体使用成本的技术应该与其他技术相比在市场(77年]。图2描述了一些不同类型的纳米材料,可用于水/废水处理(78年- - - - - -80年]。
(一)TEM二氧化钛纳米晶体的形象
(b)的扫描电镜图像对齐碳纳米管
(c)的AFM图像氧化锌纳米颗粒(氧化锌)
(d)的光学显微镜图像Sn-doped氧化锌纳米带
纳米材料有有效贡献的发展更有效和具有成本效益的水过滤过程由于膜技术被认为是一个先进的水/废水处理工艺(81年- - - - - -91年]。纳米粒子常用的生产的膜,使渗透率控制和污垢热阻在各种结构和相关功能(92年,93年]。生产的聚合物和无机膜都是组装纳米颗粒在多孔膜或混合过程(94年- - - - - -96年]。该地层中使用的纳米材料的例子包括,例如,金属氧化物纳米粒子像TiO2。碳纳米管导致的期望输出提高渗透率,失活的细菌,等等97年,98年]。
最后,nanofibrous媒体也被用于改善过滤系统由于其高渗透性和小孔隙大小属性(99年]。他们合成了一个新的、高效的制造过程,即电纺的,可能表现出不同的性质取决于选定的聚合物(One hundred.]。简而言之,不同的纳米材料的发展像nanosorbents nanocatalysts,沸石,树枝状分子,和纳米催化膜能消毒致病微生物,消除有毒金属,有机和无机溶质从水/废水。试图强调的因素可能会影响效率的去除过程基于可用的文学在以下部分。
3所示。污染物去除使用不同的纳米材料
3.1。消毒
生物污染物可以分为三类,即微生物,天然有机物(笔名),和生物毒素。微生物污染物包括人类病原体和自由生活的微生物(101年- - - - - -105年]。蓝藻毒素去除是一个问题在传统水处理系统(106年,107年]。许多吸附剂包括活性炭又有相当良好的去除效率和许多因素影响删除过程(108年- - - - - -111年]。
污染细菌、原生动物和病毒可能在地下和地表水。标准的毒性氯的化学消毒除了致癌和非常有害的副产品形成已经提到。二氧化氯是昂贵的和结果生产有害物质如绿泥石和氯酸盐生产过程。臭氧,另一方面,没有残余影响但未知有机反应生成产品。紫外线消毒,需要更长的曝光时间有效性和也没有残留效应。尽管消毒技术的进步,从水源性传染病疫情仍在发生。至少,因此,先进的消毒技术必须消除新出现的病原体,除了适合大规模采用。有许多不同类型的纳米材料如Ag)、钛、锌消毒水性致病微生物的能力。由于电荷的能力,他们具有抗菌性能。TiO2催化剂和金属和金属氧化物纳米颗粒是最有前途的纳米材料和抗菌性。金属离子在水中消毒的功效已被许多研究人员强调了(112年]。这部分论文的封面的应用这些抗菌纳米材料对水消毒。
3.1.1。银纳米粒子
银是应用最广泛的材料由于其低毒性和微生物失活在水里113年- - - - - -116年]以来抗菌机制[117年,118年]。银纳米粒子是源自其盐如硝酸银和氯化银,和它们的有效性作为杀虫剂是记录在文献[119年- - - - - -123年]。虽然抗菌效果的大小依赖(124年),较小的Ag纳米粒子(8海里)是最有效的,而大颗粒大小(11-23海里)导致较低的杀菌活性(125年]。同时,截断三角形银nanoplates表现出抗菌效果比球状和杆状的纳米粒子来显示他们的形状依赖(126年]。Ag纳米粒子的机制在杀菌作用包括,例如,自由基破坏细菌细胞膜的形成(127年,128年),与DNA的相互作用,细胞表面粘附改变膜的属性,和酶损伤(122年,129年,130年]。
固定纳米颗粒获得由于高抗菌活性[重要性131年]。嵌入式Ag纳米粒子已报告是非常有效的对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌(63年]。在一项研究中,醋酸纤维素纤维嵌入Ag纳米粒子直接电纺的方法(132年对这两种类型的细菌)被证明有效。Ag纳米粒子也纳入不同类型的聚合物生产抗菌纳米纤维和纳米复合材料133年- - - - - -135年]。聚ε己内酯-)基于聚氨酯纳米纤维垫包含Ag纳米粒子是准备作为研究抗菌纳米过滤器(136年]。不同类型的纳米纤维含有Ag纳米粒子准备抗菌素的应用和表现出良好的抗菌性137年- - - - - -139年]。水过滤器由聚氨酯泡沫涂Ag纳米纤维表现出良好的抗菌性能大肠杆菌(大肠杆菌)[112年]。
还有其他低成本的例子饮用微型滤波器由融合Ag纳米颗粒可用于偏远地区在发展中国家(140年]。Ag纳米粒子也发现他们的应用程序在水过滤膜,例如,在聚砜膜(141年),减少生物淤积和已被证明有效的对多种细菌和病毒(142年- - - - - -148年]。这些Ag纳米颗粒对拉登膜有很好的抗菌活动大肠杆菌,假单胞菌等等(149年,150年]。
最后,Ag nanocatalyst单独和混合碳覆盖着氧化铝已经证明是高效降解微生物污染物在水中的151年]。尽管Ag纳米粒子已被有效地用于灭活细菌和病毒以及减少膜生物淤积,其长期疗效与膜生物淤积尚未报道主要是由于银离子随时间的损失152年,153年]。进一步的工作来减少这个损失需要银离子膜生物淤积的长期控制。另外,掺杂的Ag)与其他金属纳米颗粒或纳米颗粒与金属氧化物纳米粒子的复合材料可以解决这个问题,这也可能导致并行的无机/有机化合物从水/废水。
3.1.2。TiO2纳米粒子
TiO2纳米颗粒在水净化的新兴和最有前途的论文(154年,155年]。的基本机制是从汤姆斯像低成本TiO催化剂2具有良好的光敏和无毒性156年)涉及生产高活性氧化剂,如羟基、微生物的消毒,细菌、真菌、藻类、病毒等等(157年- - - - - -165年]。TiO2,经过8小时的模拟太阳能曝光,据报道减少的可行性几个水性病原体,如原生动物,真菌,大肠杆菌,铜绿假单胞菌(166年]。完整的粪大肠杆菌群失活在阳光下在一项研究中报道表达TiO的光催化消毒效率2(167年]。
TiO的光催化能力有限2,也就是说,只有在紫外线下,大大提高了其光学吸光度延伸到可见光区域(168年,169年]。这是通过掺杂过渡金属(170年)和阴离子等非金属元素氮(171年- - - - - -180年,碳181年- - - - - -187年)、硫(188年- - - - - -190年),或氟191年到TiO2。最近,Ag TiO的兴奋剂2导致改善细菌失活要么完全删除或减少时间的吗大肠杆菌失活从而提高消毒和太阳能辐射(紫外线波长下192年- - - - - -197年]。
强调,visible-light-activated TiO的合成2纳米粒子已经吸引了相当大的兴趣(198年],TiO2纳米颗粒和纳米晶体与紫外辐照光表现出对强大的杀菌活性大肠杆菌(199年- - - - - -202年]。Metal-doped TiO2纳米颗粒、硫和铁的一些研究显示,强大的抗菌作用大肠杆菌(203年,204年]。TiO2进一步修改过渡金属氧化物的纳米颗粒和纳米TiO吗2论文显示巨大的潜力为水消毒。例如,metal-ion-modified nitrogen-doped TiO2纳米颗粒催化剂(钯(Pd))的一项研究表明提高消毒效率大肠杆菌(革兰氏阴性菌),铜绿假单胞菌,枯草芽孢杆菌孢子由于可见光照明下光催化氧化205年,206年]。
Nitrogen-doped TiO2纳米粒子催化剂已经证明了他们在水中微生物污染物的降解效率151年]。纳米TiO2电影和膜能够消毒除微生物分解有机污染物在紫外和可见光照射207年]。由于其稳定的水,TiO2可以合并在薄膜或为水过滤膜过滤器(208年,209年]。TiO2纳米棒和纳米薄膜光催化活性高于商业TiO展出2纳米颗粒和TiO2分别薄膜的光催化失活大肠杆菌(191年,210年,211年]。的失活机理大肠杆菌当使用TiO2薄膜被许多研究人员研究[212年,213年]。在一项研究中,TiO2与微碳纳米管纳米复合材料显示,完全失活细菌内孢子(蜡样芽胞杆菌),而商业TiO2纳米粒子(214年]。固定化TiO2纳米颗粒的电影成功的灭活大肠杆菌K12在表面和蒸馏水215年]。TiO2纳米粒子纳入一个等规聚丙烯聚合物矩阵显示更高的反对杀生的活动粪肠球菌和铜绿假单胞菌(216年]。
详细的回顾表明TiO的抗菌效率2纳米粒子,但实际的潜在机制不是很好特别是在可见光。此外,TiO的复合材料2纳米粒子通过与其他金属纳米颗粒掺杂也表明它们的有效性,但使用TiO的应用程序2纳米纤维和薄膜需要追究的有效去除无机/有机化合物除了消毒。
3.1.3。碳纳米管和其他
碳纳米管已被证明是非常有效的消除细菌病原体。碳纳米管(nanosorbents之一)已被用于去除生物杂质得到特别关注他们的优秀的生物从水中污染物去除的能力63年]。碳纳米管具有抗菌特性对范围广泛的微生物包括细菌等大肠杆菌和沙门氏菌(217年- - - - - -222年)和病毒(223年,224年]。蓝藻毒素吸附在碳纳米管相比,高碳基吸附剂主要是由于比表面积大,碳纳米管的外径,大作文的介孔体积,等等(225年- - - - - -228年]。
研究人员认为碳纳米管的抗菌效应,其独特的物理、细胞毒性和表面构建属性(229年),纤维的形状(230年,231年),大小和长度的管子,层数(单或微)[155年,232年]。杀死细菌的机制碳纳米管也由于氧化应激的产生,干扰细胞膜,等等233年]。虽然对单壁碳纳米管更有害微生物比微碳纳米管(234年),碳纳米管的分散性比长度更重要的参数(235年]。许多研究人员观察到非常高的吸附率的细菌通过单壁碳纳米管,除了高吸附能力被许多研究人员(236年- - - - - -244年]。
过滤膜包含径向对齐碳纳米管非常有效地去除细菌和病毒在很短的时间内由于规模排斥和深度过滤(245年- - - - - -247年),从而使这种过滤器作为具有成本效益和接入点水消毒设备。碳纳米管还可以减少膜生物淤积和单壁碳纳米管纳米复合材料薄膜和polyvinyl-N-carbazole显示高失活的细菌在直接接触的一项研究[248年]。另一个例子控制薄膜纳米复合膜的生物淤积的单壁碳纳米管的共价成键薄膜复合膜表面有表现出温和的抗菌性能249年]。
其他纳米材料对微生物的消毒、双官能团的氧化亚铁(Fe3O4)@Ag和铁3O4@TiO2纳米粒子被成功地对病原菌包括大肠杆菌,葡萄球菌epidermidis,枯草芽孢杆菌因此覆盖革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌和孢子(250年,251年]。氧化镁纳米粒子也有效地使用杀虫剂对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌和细菌孢子(252年,253年]。Nanotungsten palladium-incorporated氧化锌纳米粒子表现出良好的抗菌性能和氧化去除大肠杆菌从水254年,255年]。Nitrogen-doped氧化锌和氧化锆纳米颗粒也证明了良好的抗菌纳米材料(151年,256年]。
3.2。海水淡化
海水淡化是一个重要的选择获取新鲜的水源。尽管昂贵,基于膜的脱盐过程覆盖大部分的海水淡化能力的只有RO占41% (257年]。参数控制海水淡化成本包括最大化水通过膜的通量最小化污染。最近的事态发展在RO膜技术已导致能源效率植物(258年]。NF也被评价为海水淡化(259年]。
纳米材料是非常有用的在发展中更有效和更便宜的纳米活性膜对水/废水处理和海水淡化等问过滤器(260年]。纳米材料提供了机会来控制海水淡化的成本和增加其能源效率和其中碳纳米管(261年,262年],沸石[263年,264年),而石墨烯(265年- - - - - -267年]。的控制合成碳纳米管的长度和直径使他们用于RO膜达到高水通量[268年- - - - - -270年]。
包含Ag)和TiO薄膜纳米复合膜2纳米粒子表现出好的盐拒绝[150年,271年]。膜透性和盐显示被拒绝在TiO影响涂料的数量2/铝2O3(氧化铝)复合陶瓷膜涂层的氧化铁纳米颗粒(Fe2O3)[272年,273年]。高氯化钠拒绝了用氧化铝陶瓷膜用硅制作的纳米颗粒(274年]。Zeolite-based对RO膜表现出高通量的离子排斥特征(275年,276年]。研究也表明石墨烯膜的潜力与通量高于聚合物RO膜海水淡化(277年]。
溶致液晶等纳米结构和水通道蛋白也表现出高通量和选择性水路运输278年- - - - - -280年]。Zeolite-polyamide薄膜纳米复合膜提供了新的设计方式NF和RO膜与水渗透率和高盐拒绝[275年,281年]。利用分子筛薄膜纳米复合材料膜导致增强渗透性和盐拒绝[282年,283年]。
通过嫁接官能团,如羧基、碳纳米管的开口,膜有更好的选择性的拒绝一些组件,但这导致了降低渗透率呈现碳纳米管不能为海水淡化(281年,284年,285年]。希德得出一个统一的问直径小于0.8纳米的高盐拒绝[286年]。纳米复合膜可以作为理想的膜海水淡化,但一个基本的了解传输机制以及合适的孔隙大小选择经济可行需要保持一致性和商业上可接受的海水淡化膜。真正的海水的影响以不同的纳米材料的效率需要调查的长期膜性能的操作和维护。
3.3。去除重金属和离子
介绍了不同类型的纳米材料对重金属去除等水/废水nanosorbents包括碳纳米管,沸石,树枝状分子和他们有特殊的吸附特性63年]。综述了碳纳米管的吸附重金属的许多研究人员(287年Cd等)2 +(288年)、铬3 +(289年)、铅2 +(290年),和锌2 +(291年)和砷等非金属(如)化合物(292年]。碳纳米管的复合材料与铁和氧化铈(CeO2)也被去除重金属离子在一些研究报道293年- - - - - -295年]。氧化铈纳米颗粒支持有效地使用碳纳米管吸附砷(289年]。碳纳米管的快速吸附动力学主要是由于高度可吸附网站和短intraparticle扩散距离(287年]。
基于金属纳米材料被证明是在去除重金属比活性炭(296年),例如,通过使用TiO砷的吸附2纳米颗粒和纳米尺度的磁铁矿297年,298年]。论文如TiO的利用率2纳米粒子已经详细调查减少有毒金属离子在水中(299年]。在一项研究中,纳米晶体TiO的有效性2在去除不同形式的砷是阐述并证明是更有效的比商用TiO的光催化剂2纳米颗粒与砷的去除效率最大中性pH值(300年]。TiO的纳米复合材料2纳米粒子固定在石墨烯片也被用来减少铬(VI)铬(III)在阳光下301年]。类似的Cr治疗是由使用钯纳米颗粒在另一项研究[302年]。
去除重金属的能力像也调查了通过使用氧化铁纳米材料(铁2O3和菲3O4许多研究人员()作为有效的吸附剂303年- - - - - -305年]。砷的去除也调查了使用高铁的比表面积3O4纳米晶体(306年]。Polymer-grafted菲2O3纳米复合材料是有效地用于去除二价重金属离子铜、镍和钴的pH值范围3 - 7 (307年]。
Bisphosphonate-modified磁铁矿纳米粒子也被用来去除放射性金属毒素,二氧化铀(从水),效率高308年]。研究表明,零价铁或铁纳米颗粒(nZVI或铁0转换的)是非常有效的重金属离子等(3),(V)、Pb (II)、铜(II)、镍(II)、铬(VI) (309年- - - - - -313年]。减少铬(VI)铬(III)也通过使用nZVI和双金属nZVI纳米颗粒在一项研究中314年]。
小说自组装3 d如花似玉氧化铁纳米结构也用于成功吸附(V)和铬(VI)315年]。三维纳米结构的CeO2用作既是良好的吸附剂和Cr (316年]。NaP1沸石的效率是评价移除重金属(铬(III)、镍(II)、锌(II)、铜(II)、和Cd (II))从废水317年,318年]。树枝状聚合物也被用于治疗的有毒金属离子(319年]。自组装单层膜的适用性在介孔支持清除有毒金属离子的小说也进行了许多研究人员(320年- - - - - -322年]。生物聚合物已被用于重金属修复从水浪费323年,324年]。壳聚糖纳米粒子的吸附铅(II)也用于一项研究[325年]。
综述了NF阳离子和砷的去除从地面/地表水326年),它已被证明非常有效的去除铀(VI)从海水327年]。小说nanofilter膜组装积极准备的聚烯丙胺盐酸盐)和消极的聚(苯乙烯磺酸盐)在多孔氧化铝表现出高保留的Ca2 +和毫克2 +(85年]。的铁(水)氧化物纳米颗粒在多孔碳材料被去除无机物和有机物从而使接入点等过滤器使用的应用程序(328年,329年]。dendrimer-UF系统用于铜的去除2 +和完全删除从水中获得(330年]。最后,有商业产品的有效去除砷和包括氧化铁纳米粒子和聚合物和纳米晶二氧化钛中珠的形式(331年,332年]。
3.4。去除有机污染物
笔名构成了形形色色的亲水性(腐殖酸和富里酸)和疏水性有机化合物和它对水污染贡献明显333年- - - - - -339年]。各种碳基吸附剂用于移除从原始水和以前的几个因素影响这个笔名的吸附340年- - - - - -343年]。
3.4.1。碳纳米管
nanosorbents等不同类型的纳米材料如碳纳米管、高分子材料(如树枝状分子)和沸石特殊吸附性能和应用从水/废水有机物的去除63年]。碳纳米管得到了特别的关注由于其特殊的水处理能力和吸附有机物的碳纳米管被广泛研究并广泛审查(287年]。笔名的去除碳纳米管与碳基吸附剂相比高主要是由于大的表面积和其他因素344年,345年]。碳纳米管也有效去除多环芳香族有机化合物(346年- - - - - -348年和阿特拉津345年]。
纳米多孔活性炭纤维,由电纺的碳纳米管,显示更高的有机吸附平衡常数为苯、甲苯、二甲苯、乙苯比颗粒状活性炭(349年]。由碳纳米管的吸附2-dichlorobenzene已被证明是有效的在一个研究中(350年]。与活性炭相比,单和微纳米显示更高的吸附能力三卤甲烷(293年,351年]。微碳纳米管作为氯酚的吸着剂,除草剂,滴滴涕,等等352年- - - - - -355年]。最后,小说聚合物功能化碳纳米管显示有效去除有机污染物从水中[295年]。
3.4.2。TiO2纳米粒子
TiO等金属氧化物纳米材料2除了首席执行官2也被用作快速和相对完整的催化剂降解有机污染物的臭氧化过程(356年,357年]。论文就像TiO2纳米粒子有效地用于治疗有机污染物污染的水像多氯联苯(pcb)、苯、氯化烷烃(299年]。总有机碳的去除废水被TiO的增强2纳米颗粒在一项研究358年]。TiO2纳米粒子也被用于“降膜反应器的降解藻毒素在水159年]。携带铁纳米颗粒的微碳纳米管已被证明有效的吸着剂芳香族化合物如苯和甲苯359年]。
分解的有机化合物可以提高贵金属TiO兴奋剂2由于增强氢氧自由基产量等等360年- - - - - -362年]。例如,掺杂硅TiO2纳米粒子有效改善其效率是由于表面积和结晶度的增加363年,364年]。TiO2与贵金属纳米晶体修改存款等等被用于亚甲蓝在可见光范围内的降解198年,365年,366年]。掺氮和铁(III) TiO2纳米粒子在降解偶氮染料和苯酚更好,比商用TiO的分别2纳米粒子(367年,368年]。TiO2纳米颗粒沉积在多孔2O3被有效地用于TOC的去除研究[369年]。TiO2与介孔二氧化硅纳米复合材料也被用于治疗芳香族污染物(370年- - - - - -373年]。复合纳米/ TiO2用于4-nitrophenol退化的一项研究[374年]。TiO2纳米管已使用有效地降解甲苯比大部分结构材料(375年),被发现比TiO更有效率2降解有机化合物的纳米颗粒(376年]。一个商业产品(Purifics Photo-Cat系统)已被证明非常有效地去除有机物(377年- - - - - -379年]。
3.4.3。零价铁
Nanocatalysts包括半导体材料、零价金属和双金属纳米粒子用于降解环境污染物,如多氯联苯,杀虫剂,偶氮染料由于其高表面面积和形状相关的属性(380年]。磁nanosorbents也已经证明有效的有机污染物去除381年]。氧化铁纳米材料显示有机污染物的去除能力比散装材料(303年,382年,383年]。菲2O3纳米粒子也被用于彩色胡敏酸的去除废水(384年]。氯代有机化合物和多氯联苯转化成功使用nZVI [385年- - - - - -387年等)以及无机离子硝酸盐和高氯酸盐388年,389年]。
粒子nZVI已经证明有效的降解有毒氯代有机化合物,例如,2,2′-dichlorobiphenyl几个补救研究[390年,391年]。稳定nZVI粒子也可以是一个有效的途径地下水原位修复或工业废水392年]。nZVI和双金属nZVI已成为有效的降低氧化还原媒体多种有机污染物,如多氯联苯,农药、有机染料、氯化烷烃、烯烃和无机阴离子(如硝酸盐)在水/废水由于更大的表面积和反应性(393年,394年]。双金属镍0/铁0和Pd0/铁0纳米粒子比商业更有效的微量铁对氯代有机物的还原脱卤作用和溴化甲烷,hydrodechlorination氯代脂肪族化合物,氯代芳烃和多氯联苯许多研究人员报道(395年- - - - - -402年]。
3.4.4。其他纳米材料
在一项研究中,纳米氧化锌半导体薄膜用于降解有机污染物(4-chlorocatechol) [403年]。的nanocatalyst Ag)和amidoxime纤维有效地用于降解有机染料(404年]。Pd-Cu /双金属纳米复合材料氧化铝是用于减少硝酸盐在一项研究[405年]。的卤代有机化合物生物降解利用氢和基于Pd的纳米颗粒(301年,406年]。钯纳米颗粒和双金属钯/非盟(黄金)纳米颗粒被有效地用于hydrodechlorination三氯乙烯(TCE) (407年,408年]。矿化的有机染料加快在一项研究中利用电影的锰氧化物(MnO2)纳米颗粒和过氧化氢409年]。同样,MnO2分层的空心纳米结构被用于去除废水中的有机污染物(410年]。metallo-porphyrinogens的固定纳米颗粒也被成功地用于氯代有机化合物的还原脱卤作用(TCE和四氯化碳)(411年]。自组装单层膜的适用性在介孔为去除阴离子和放射性核素也进行了许多研究人员(412年,413年]。分子印迹团簇被用于微污染物的移除从医院废水(414年]。最后,single-enzyme纳米颗粒可以用于消毒范围广泛的有机污染物中强调一项研究[415年]。
3.4.5。膜
金属纳米颗粒的固定膜也被证明有效的降解和脱氯的有毒污染物(416年]。无机膜含有nano-TiO2或修改nano-TiO2被有效地用于还原降解污染物,特别是氯代化合物(417年,418年]。TiO的使用2固定在一个聚乙烯和TiO的支持2浆结合聚合物膜降解1中已经证明非常有效,2-dichlorobenzene和药品,分别419年,420年]。
与nano-TiO Polyethersulfone复合膜2作为添加剂显示高通量和增强防污性能(421年- - - - - -423年]。陶瓷复合膜TiO做的2纳米粒子在一个管状2O3底物显示改善水质和通量相比2O3膜(424年]。通过掺杂TiO2纳米粒子的艾尔2O3膜,可以控制膜污染减少吸附的油滴在处理含油废水的膜表面425年]。TiO的纳米复合材料2和菲2O3纳入超滤膜成功地减少了污垢的负担,提高了渗透通量(369年]。
醋酸纤维素膜与nZVI拉登被发现有效的脱氯TCE [426年]。双金属的活性膜nZVI和Pt0纳米粒子被发现是非常有效的降低吨标煤(427年]。双金属铁、镍和铁/钯纳米粒子结合在nZVI polymer-inorganic多孔复合膜已成功用于还原降解卤代有机溶剂的428年- - - - - -430年]。聚偏二氟乙烯膜含有Pd和Pd / Fe有效地用于PCB的脱氯作用在一项研究[431年)导致的膜反应器的发展更广泛的化合物的脱氯作用[391年,432年]。Alumina-zirconia-titania陶瓷膜涂上了铁2O3观察纳米粒子减少溶解有机碳比裸膜提高笔名的退化(273年,433年]。最后,TiO的陶瓷复合膜2和碳纳米管增强膜透性和催化活性434年- - - - - -436年]。
综述了NF笔名和硝酸盐的去除从地面/地表水326年),据报道改善水质和大量减少有机污染物(437年]。划算的纳米和活性膜组合使用不同的纳米材料开发更高效的净水方法,陶瓷膜的研究2O3纳米粒子孤独和掺杂铁,锰,La显示对三个不同的选择性合成染料(84年]。一种改进的防污性能和膜通量增加silica-incorporated也观察到438年]。
提高超滤过程的上下文中包含有机和无机溶质的水处理,树枝状聚合物是用作放射性核素和无机阴离子水溶性配体(439年,440年]。接近完成减少4-nitrophenol被认为在使用氧化铝组成的复合膜,通过逐层吸附聚合物的聚合电解质和citrate-stabilized Au纳米颗粒89年]。最后,添加金属氧化物纳米粒子包括硅、TiO2、氧化铝和沸石高分子超滤膜已经帮助减少污染(441年- - - - - -445年]。
4所示。结论和观点
安全的水已成为竞争资源在世界许多地区由于人口增加,长时间的干旱,气候变化,等等。纳米材料具有独特的特点,例如,表面积大,大小,形状,尺寸,使得它们特别有吸引力对水/废水处理应用程序,如消毒、吸附和膜分离。文献回顾表明,水/污水处理使用纳米材料为当前和未来的研究是一个有前途的领域。
表面不同纳米材料如纳米TiO的修改2,nZVI耦合与第二催化金属会导致增强水/废水质量当申请这个目的通过增加所选材料的选择性和反应。表面改性可能导致增强的选择催化活性的化合物由于活性氧的短生命周期和增加修改的亲和力对许多新兴纳米材料水污染物。双金属纳米颗粒也被证明是有效的补救的水污染物。然而,需要进一步的研究来理解双金属纳米粒子的退化机制负责提高效率。对于实际领域应用程序,然而,一种改进的理解过程的机制是非常重要的成功应用创新的纳米复合材料对水/废水处理。
电纺的提供修改纳米材料的表面性质和不同nanofibrous过滤器已经成功被用作防污水过滤膜。他们有极高的表面体积比和孔隙度,对水性病原体非常活跃,与最低的健康风险更少有毒,提供解决方案,以确保安全的水。很容易涂料功能纳米材料形成多功能媒体/膜过滤器的反应活性和选择性增加不同的污染物。虽然这些静电纺丝是由简单的和具有成本效益的方法,在工业规模生产仍然是一个挑战,这是至关重要的从一个工程方面考虑这个问题。使用nanofibrous复合膜对水/废水处理是非常有限的,一个独立的系统(图3)提出了消除所有类型的污染物包括细菌、病毒、重金属离子、复杂的有机化合物。
使用纳米纤维和纳米结构复合膜能降解多种有机和无机污染物在现实领域的应用。更好的理解纳米复合材料薄膜的形成肯定会一步改善多功能纳米复合材料薄膜的性能。主机矩阵内的纳米颗粒膜的模式和两种纳米材料的结构和性质的变化和主机矩阵中可以优先考虑在现实领域的应用nanofibrous膜对水/废水处理。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
承认
这个项目是NSTIP战略技术支持的计划,批准号11-WAT1875-02,沙特阿拉伯王国。