草酸化和硼化零价铁降解水中三氯乙稀的研究

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改革开放以来,我国经济迅猛发展,但与此同时我国正面临着严重的地下水污染问题。三氯乙烯(TCE)是一种典型的地下水污染物,由于其弥散性强、难溶于水,目前仍存在降解效率低、降解成本高等难题,并且TCE在环境中释放或大量累积,将对人体和生态造成不可逆转的损害。零价铁(ZVI)具有较低的氧化还原电势,近年来,其在还原降解TCE方面取得了较大进展。但ZVI本身也存在一些劣势,其氧化铁壳层较厚,不利于铁核向外传导电子,这极大抑制了 ZVI降解TCE的活性。因此,本文利用球磨法,以草酸和氧化硼为改性材料制备了两种改性零价铁,用于降解TCE,主要研究内容如下:(1)通过球磨法制备了草酸化零价铁(Ox-ZVIbm),用于还原降解TCE。实验结果证实草酸与ZVI共球磨后,ZVI表面Fe(Ⅱ)由36.76%增加至55.4%。Tafel实验数据表明,相较于未草酸化修饰的球磨ZVI(ZVIbm),Ox-ZVIbm向外传输电子的能力得到较大提升。通过二价铁络合实验发现,Ox-ZVIbm表面Fe(Ⅱ)是TCE的吸附位点,TCE吸附在Ox-ZVIbm的表面后,接受来自铁核的电子,最终实现还原脱氯。在相同降解条件下,Ox-ZVIbm降解TCE的速率是ZVIbm的10倍。Ox-ZVIbm主要以氢解方式还原TCE。进一步的稳定性实验表明草酸与ZVI共球磨能较大提高ZVI的使用寿命。(2)ZVI的还原作用并不能实现TCE和脱氯产物的矿化,因此我们通过球磨法制备了硼化零价铁(B-ZVIbm),并耦合H2O2用于还原-氧化耦合降解TCE。实验结果证实,B2O3能有效地修饰在ZVI的表面。并使得ZVI表面Fe(Ⅱ)的含量由36.5%增加至54.9%。Tafel数据表明,B2O3修饰能增强ZVI向外转移电子能力。表面Fe(Ⅱ)络合实验证明,Fe(Ⅱ)作为TCE的吸附位点,促进TCE的还原降解。在相同降解条件下,B-ZVIbm降解TCE的速率是ZVIbm的5倍。考虑到B-ZVIbm无法通过还原实现TCE的完全降解,因此我们将B-ZVIbm耦合H2O2,利用还原-氧化耦合降解TCE。实验结果表明,B-ZVIbm耦合H2O2降解TCE的速率常数是B-ZVIbm还原降解速率的三倍。气相色谱数据证实加入H2O2后能在一定程度上矿化TCE和脱氯产物乙烯。
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