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硝基苯酚类化合物是染料、医药、化工、农药及有机合成等工业生产中的重要原料和中间体,其性质稳定,难以被生物降解,属于“三致”物质,严重威胁人类的健康。Fe2+具有还原性,Fe2+吸附到矿物材料上能形成结合态的Fe(Ⅱ)并形成Fe(Ⅱ)/矿物复合系统,该矿物复合系统的形成,使结合态的Fe(Ⅱ)物种的还原电位降低,提高了Fe(Ⅱ)物种的还原反应活性,能有效提高降解硝基苯酚类化合物的效率与速率。 本文采用离子交换法制备了铝柱撑蒙脱石,再经不同温度(200~600℃)煅烧获得煅烧后的矿物材料,通过X射线衍射、红外光谱、热重、比表面积、扫描电镜等现代分析手段对所制备的矿物材料进行表征。以邻硝基苯酚(2-NP)作为目标污染物,研究Fe(Ⅱ)与煅烧铝柱撑蒙脱石所形成的复合系统对2-NP的还原降解效果,探究铝柱撑蒙脱石的煅烧温度、不同Fe2+初始浓度、溶液pH值等条件对该复合系统还原能力的影响。为探讨Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合体系吸附还原降解2-NP的可能机理,论文通过γ-Al2O3吸附Fe(Ⅱ)形成Fe(Ⅱ)/γ-Al2O3复合系统,研究溶液pH值对Fe(Ⅱ)/γ-Al2O3复合系统还原转化2-NP的影响;并与Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合体系还原转化2-NP的效果进行了实验对比与分析,研究结果如下: (1)当没有添加Fe2+时,煅烧铝柱撑蒙脱石对2-NP的去除仅为很弱的吸附,该体系对2-NP的去除率在4h内只有21%;在单独Fe(Ⅱ)的均相反应体系中,Fe(Ⅱ)的体系对2-NP的去除率在40 min时只达到54%,但Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合系统对2-NP的去除率却达到了100%。这说明Fe2+参与形成了Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石界面复合系统,从而提高Fe(Ⅱ)物种的还原活性,并有效地增强对2-NP的还原去除。不同体系中去除2-NP的过程均符合准一级反应动力学方程。 (2)Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石的复合系统对2-NP的还原去除率随着溶液pH值的升高而升高。这可能是因为pH较低时,溶液中的Fe(Ⅱ)离子主要以Fe2+形式存在,Fe2+吸附在煅烧铝柱撑蒙脱石上形成的Fe(Ⅱ)物种较弱,因此,还原降解率较低。当pH升高时,这可能是因为以Fe(OH)+、Fe(OH)2形式存在的Fe(Ⅱ)吸附在煅烧铝柱撑蒙脱石上,并可能发生表面沉淀,比如生成绿锈等含铁化合物。一般认为绿锈是一种良好的还原剂。因此,在pH值较高时,可观察到2-NP的还原转化速率明显增大的现象。 (3)Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石的复合系统对2-NP的还原去除率随着铝柱撑蒙脱石的煅烧温度的升高而升高。因为随着煅烧温度的增加,铝柱撑蒙脱石的酸位点逐渐减少,有利于对芳香族化合物的还原降解;随着煅烧温度的增加,矿物的自由水、吸附水、结构水慢慢脱失,层间的Al2O3“柱”逐渐生成,Fe(Ⅱ)吸附在Al2O3上结合形成的≡AlOFe+越来越多,也有利于对芳香族化合物的还原降解。 (4)Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石的复合系统对2-NP的还原去除率随着Fe2+初始浓度的升高而升高。这是因为温度和pH值一定时,Fe2+浓度增加使得单位活性位点接触到的Fe(Ⅱ)数量增加,提高界面吸附铁密度,结合态Fe(Ⅱ)彼此接近,增大了电子云密度,降低还原电位,从而增强了对有机污染物的还原能力。 (5)Fe(Ⅱ)Υ-Al2O3复合系统对2-NP的还原效果与Fe(Ⅱ)/600℃煅烧铝柱撑蒙脱石复合系统的相当,明显好于其他温度煅烧的铝柱撑蒙脱石复合系统还原降解2-NP的效果。这是因为还原反应受多方面因素的影响,需要综合考虑各因素的作用。在还原降解2-NP各种因素中,Fe2+吸附在γ-Al2O3界面上,形成的≡AlOFe+结合态Fe(Ⅱ)物种起了主要的作用。在投加量相同的情况下,500℃煅烧铝柱撑蒙脱石、600℃煅烧铝柱撑蒙脱石的层间生成的Al2O3量远不如纯Al2O3,故500℃煅烧铝柱撑蒙脱石、600℃煅烧铝柱撑蒙脱石形成的≡AlOFe+结合态Fe(Ⅱ)物种量小于纯Al2O3。