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随着化肥、农药大量施用、循环污水农用灌溉等,农业污染日益严重,已成为我国最严重的环境问题之一,威胁到食品安全和人体健康,因此急需采取有效的方法进行农业污染防控。随着纳米技术的发展,纳米零价铁在环境治理中的应用备受关注。本文制备了具有高反应活性的纳米零价铁(NZVI)以及壳聚糖改性的硅藻土负载型的纳米零价铁(NZVI/CDt),研究了两种材料对几种典型农业污染物硝酸盐氮、重金属Cu2+及环丙沙星的去除效果,为新型功能材料作用于农业污染治理提供理论依据。本文主要从以下几个方面进行:(1)液相还原法制备纳米零价铁(NZVI)及壳聚糖改性的硅藻土负载型的纳米零价铁(NZVI/CDt)并对其进行X射线衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)分析、透射电子显微镜(TEM)分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和Zeta电位表征和分析,来探究材料晶相组成、表面和内部结构、样品元素组成等,为研究负载效果和去除污染物效果和机理提供理论基础。XRD和XPS表征结果显示NZVI负载于CDt上,说明本实验成功制备出NZVI/CDt复合材料。SEM和TEM结果显示未负载纳米零价铁颗粒团聚严重,呈链状,而经过硅藻土负载后,纳米零价铁均匀分散在改性硅藻土表面,部分纳米铁颗粒镶嵌在硅藻土孔隙内,个体呈球形,粒径小于100nm,说明硅藻土是个良好的载体材料,对强化其去除污染物的能力起了重要作用。Zeta电位显示NZVI/CDt材料的零点电位pHZPC约为6.7。(2)考察了纳米零价铁(NZVI)及壳聚糖改性的硅藻土负载型的纳米零价铁(NZVI/CDt)对硝酸盐氮(NO3--N)的去除效果,并根据实验数据,建立NZVI和NZVI/CDt去除NO3--N的动力学关系,并研究反应机理以及材料的重复利用性。结果显示,NZVI/CDt复合材料提高了对N03--N去除能力,并且缓解了 pH值对N03--N去除的影响。在pH=7,温度25℃,NO3--N初始浓度为20mg/L,复合材料投加量为5.141 g/L的实验条件下,NZVI/CDt对N03--N的去除率为90.05%。随着pH值的升高NZVI对N03--N的去除率降低,在酸性条件下更有利于N03--N的去除;对NZVI/CDt而言,pH对NZVI/CDt去除NO3--N影响较小,在不同pH条件下NZVI/CDt对N03--N均有良好的去除效果。NZVI/CDt去除NO3--N最终产物主要是以NH4+-N为主,该反应过程符合准一级动力学方程。NZVI/CDt比NZVI稳定性高,重复利用性强。(3)对比研究了壳聚糖改性的硅藻土(CDt)、纳米零价铁(NZVI)和壳聚糖改性的硅藻土负载型的纳米零价铁(NZVI/CDt)和对重金属Cu2+的去除效果,并单独考察了NZVI/CDt颗粒投加量、体系pH、Cu2+初始浓度对Cu2+去除效果的影响。并根据实验数据,建立NZVI/CDt对CLu2+的吸附模型和吸附动力学方程,通过XPS分析反应产物,研究其反应机理。结果表明,在pH为5,初始浓度为20mg/L,NZVI/CDt投加量为0.75 g/L的实验条件下,反应4h后,NZVI/CDt对Cu2+去除率为98.52%。该反应符合Langmuir模型,该模型的相关系数R2为0.998,最大吸附量Qm是74.29 mg/g;准二级反应动力学模型可以较好地描述纳米铁复合材料对铜离子去除反应,Cu2+初始浓度为60 mg/L和100mg/L的相关系数R2分别为1和0.999。通过XPS结果得出,NZVI/CDt去除Cu2+是还原作用,其中纳米零价铁在去除反应中被氧化成Fe3+,而溶液内的Cu2+最终被还原为Cu2O 和 Cu0。(4)分别探究不同pH、不同初始浓度和不同反应材料影响因素对环丙沙星(CIP)去除效果的影响,建立壳聚糖改性的硅藻土负载型的纳米零价铁(NZVI/CDt)对环丙沙星的吸附模型和吸附动力学方程,通过液相高分辨飞行时间质谱仪(HPLC-TOF-MS)分析反应产物,研究其反应机理。结果显示,NZVI/CDt材料对CIP吸附效果高于NZVI,在pH=6,温度25 ℃,CIP初始浓度为20 mg/L,NZVI/CDt投加量为5 g/L的实验条件下,NZVI/CDt对CIP的去除率为93.50%。NZVI和NZVI/CDt对CIP的去除均符合准二级动力学模型,相关系数较高,分别为0.999和0.997;NZVI/CDt材料对CIP的反应符合Langmuir模型,该模型的相关系数R2为0.986,说明该吸附为单分子层吸附且最大吸附量为8.242 mg/g。NZVI/CDt对CIP反应主要以吸附为主。