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硝基苯是一类广泛应用于国防、医药、印染等行业的人工合成有机化合物,与此同时,硝基苯由于具有生物毒性和潜在的致癌变性,属环境领域优先控制的有毒物质。硝基苯结构稳定,很难被生物降解,可以采用物理和化学的方法对硝基苯废水进行处理。零价铁原料价格低廉且容易获得、工艺简单,被广泛用于各类废水的治理。国内外诸多研究与工程实践表明,零价铁可有效的将硝基苯还原为苯胺。研究表明,零价铁与硝基苯是表面反应,故零价铁的比表面积越大,反应的速率越快。纳米级零价铁(NZVI)具有更大的比表面积和更高的反应活性,对硝基苯的去除效果更好;但是纳米级零价铁由于其表面较高自由能和固有的铁磁性使其易于团聚和被氧化,导致对硝基苯的去除率降低。通过对纳米零价铁的改性,如固体负载等方法可以有效防止纳米铁的团聚,使纳米铁的稳定性增强、反应活性得到提高。本文采用液相还原法制备纳米零价铁,通过表面沉积法将纳米零价铁负载在活性炭纤维(ACF)上,达到纳米铁改性的目的,并对ACF负载纳米零价铁的制备条件进行优化,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对合成材料的成分、晶形进行表征。在改性纳米零价铁去除水体中硝基苯的研究中,考察了溶液的初始pH、ACF-NZVI的投加剂量、硝基苯的初始反应浓度和振荡速度等因素对硝基苯去除效果的影响;比较了ACF-NZVI与还原铁粉、ACF-NZVI与NZVI、ACF-NZVI与颗粒活性炭(GAC)-NZVI对硝基苯的去除率,并初步探讨了改性纳米零价铁去除硝基苯的机理。研究结果表明:(1)采用液相还原法制备ACF负载型纳米铁,以FeSO4·7H2O和KBH4作为制备原料,反应体系醇水比为5﹕7,溶液的pH为6.0,KBH4的滴加速度控制在0.10mL/s,负载材料中纳米铁的负载率为20%,可制备具有良好反应活性和稳定性的ACF-NZVI材料。(2)由SEM和XRD表征结果可知,纳米零价铁均匀地分布在活性炭纤维(ACF)表面,有效降低了纳米铁团聚的现象;改性后的纳米铁为微晶态结构。(3)ACF-NZVI处理模拟硝基苯废水时适宜的反应条件为:酸性条件(pH在4左右)、高的投加剂量、较高的硝基苯初始反应浓度(200mg/L左右)、振荡速度适中(200rpm左右)(4)ACF-NZVI对水中硝基苯的降解效果是还原铁粉的27.4倍;负载在ACF上的每克纳米零价铁要比普通纳米零价铁去除硝基苯的量更多;ACF-NZVI对硝基苯的去除率是GAC-NZVI的1.46倍。由于ACF可以吸附一定量的硝基苯和苯胺,改性纳米零价铁对硝基苯的去除效果明显优于纳米零价铁。(5)ACF-NZVI对硝基苯的去除主要是通过纳米零价铁的化学还原作用实现的,同时,活性炭纤维也可吸附一定量的硝基苯。此外,因活性炭纤维吸附了部分反应的最终产物——苯胺,这在一定程度上减少苯胺对纳米级零价铁活性点位的竞争。