磁场强化纳米零价铁技术处理含铜有机废水机制及应用

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我国工业发展产生了大量含有重金属和难降解有机污染物的废水,传统的物化、生化等手段很难实现重金属与有机污染物的同步去除,研发高效的处理技术十分必要。零价铁(Zero valent iron,ZVI)具有优异的给电子能力,其可直接还原污染物,也能通过活化分子氧、催化氧化剂等途径实现有机污染物的高效氧化降解,在水污染修复领域引起极大关注。但ZVI存在易钝化、催化效率低、适用pH范围窄等局限,也很难实现重金属与有机污染物的同步去除。因此,本文利用nZVI技术,实现了典型抗生素双氯酚酸(DCF)和铜离子的同步去除;通过引入弱磁场,提高有机物的降解效率和铜离子的去除能力;并进行磁场协同nZVI体系处理铜络合有机废水的应用研究。具体结果如下:(1)nZVI可以同步去除Cu2+及DCF,且Cu2+的存在是DCF降解的关键因素。考察了不同参数条件下nZVI/Cu2+体系对DCF的降解规律。结果表明,nZVI投加量和Cu2+含量分别对反应停滞期时长和污染物降解率的影响较显著,并且体系的pH适用范围较广(3.0-11.0)。通过自由基辨析及材料的各项表征分析,推断Cu2+在nZVI表面被迅速还原为Cu~0,新生的Cu~0与溶出的Fe2+共同活化O2产生·OH自由基,攻击DCF使其矿化降解,以此实现Cu2+和DCF的同步去除。(2)弱磁场能有效消除nZVI/O2体系降解DCF时存在的初始反应停滞期,并提高了nZVI的利用效率,增强了体系中Cu2+的固定去除。根据反应过程中活性氧物种(Reactive oxidative species,ROS)的定性定量分析,推测弱磁场可加速H2O2向·OH的转变,有效提高了·OH的初始产生速率。此外,磁场促进了顺磁性Cu2+在nZVI的表面循环进而提高了·OH的生成量。而材料表征结果表明,磁场能驱使绝大部分的Cu2+固定在残余nZVI和铁泥上,从而减少了出水中Cu2+的浓度。(3)考察了nZVI技术对三种模拟Cu络合有机废水(EDTA-Cu、CA-Cu、TA-Cu)的处理效果及影响参数,探究了磁场辅助的增效能力,发现磁场加强了络合态Cu的氧化破络以及Cu离子的沉淀固定。此外,nZVI能有效降低铜络合废水的生物毒性,且磁场亦有一定增效作用,表明磁协同nZVI水处理技术具有较好的应用前景。
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