酵母菌载硫化纳米铁的制备及其在污染物去除中的应用

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镉、铬和4-硝基苯酚(4-NP)等25043种化学物质于1973年被美国环境保护所登记为有毒物质,对人类健康和生态环境构成了长期威胁,对这些污染物的去除迫在眉睫。本论文以酵母菌为分散剂和稳定剂,以硼氢化钠为还原剂,将酵母菌吸附的Fe(II)原位还原为Fe0,制得酵母菌载的纳米铁(nZVI/SC),进而再进行硫化修饰,制得酵母菌载硫化纳米铁(S-nZVI/SC),并将其用于去除水体中的重金属铬(VI)和镉(II)污染以及去除4-硝基苯酚,得到如下结果:(1)硫化改性能明显提升纳米铁对Cr(Ⅵ)的去除效率,0.5 g酵母菌负载的纳米铁、经过1.40 mmol Na2S硫化后得到的1.40S-nZVI/SC最适于去除Cr(Ⅵ),该酵母菌载硫化纳米铁能在室温下稳定放置5 d。15.0 mg 1.40S-nZVI/SC对6.00 mL 150.0 mg·L-1Cr(Ⅵ)的去除率由硫化改性前的18.45%增加到了97.23%;(2)S-nZVI/SC还原去除Cr(Ⅵ)的反应活性不受温度和溶液离子强度的影响,Cr(Ⅵ)的去除速率随溶液初始pH值的增大而减小,而随S-nZVI/SC投加量的增大而增大。25℃,pH为6.0时,10.0 mg S-nZVI/SC对25.00 mL浓度分别为10.0 mg·L-1、20.0 mg·L-1和25.0 mg·L-1Cr(Ⅵ)的去除速率常数kobs分别为1.787±0.002 h-1、1.646±0.005 h-1和1.155±0.008 h-1,相关系数R2分别为0.9810、0.9583和0.9120,而5.0 mg·L-1Cr(Ⅵ)能在15 min内被完全去除。S-nZVI/SC还原去除Cr(Ⅵ)的反应符合准一级反应动力学方程;(3)硫化可有效提升nZVI/SC对Cd(Ⅱ)的去除效率,硫化改性后的S-nZVI/SC对Cd(Ⅱ)的去除率比硫化前增大了2.63倍。Cd(Ⅱ)去除率随反应温度和S-nZVI/SC用量的增大而增大,而随Cd(Ⅱ)起始浓度的增大而降低;硫化后的S-nZVI/SC适用性强,在pH为3.09.0的范围内,S-nZVI/SC去除Cd(Ⅱ)不受介质酸度的影响,但Cd(Ⅱ)去除率随温度的升高而增大,在pH为6.0的介质中,15.0 mg S-nZVI/SC对5.00 mL 500.0mg·L-11 Cd(Ⅱ)的去除率由25℃时的82.70%增大到了45℃时的98.08%;(4)酵母菌负载的nZVI可用于去除水体中的4-硝基苯酚,但硫化对nZVI/SC去除4-NP有一定的抑制作用,且4-NP的去除率随Na2S用量的增大而降低。4-NP的去除率随nZVI/SC用量的增加而增大,而随4-NP起始浓度的增大而降低。4-NP去除受反应温度的影响,35℃时4-NP的去除率最高。35℃时,在pH为4.0的介质中,反应0.5 h时,40.0 mg nZVI/SC对0.042 mmol L-1 4-NP的去除率可达90.81%。
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