论文部分内容阅读
硝酸盐虽然毒性不强，但由于其来源广泛，具有高水溶性，使其成为全世界分布最广的污染物之一，对环境卫生和公众健康都带来不小的隐患。负载型纳米零价铁nZVI，具有较高的比表面积、吸附和还原活性，在地下水硝酸盐去除方面有良好的应用前景。本课题主要研究了负载型nZVI的新型制备法及对硝酸盐的去除效率，及铁粉还原硝酸盐的动力学机制，推测出零价铁还原硝酸盐氮的去除机理以及影响硝酸盐去除效率的限制性因素。 廉价高效的制备方法，是纳米零价铁nZVI在地下水硝酸盐去除方面得到广泛应用的重要先决条件。在本研究中，以氯化高铁为前驱物，在一定的乙醇/水比、温度以及油酸的存在条件下，制备获得均匀分散在正己烷中的油酸铁、氢氧化铁和羟基氧化铁等铁源。铁源经负载后在H2的还原作用下成功还原成负载型纳米零价铁nZVI，粒径在10-100nm左右。 新型负载型纳米零价铁(nZVI)的制备主要研究了在制备过程中不同反应参数对还原产物的影响，对五种反应参数(铁源；载体；反应温度；反应时间；H2流速)进行了优化。在载体选取上炭黑(CB)优于活性炭(AC)；在铁源选取上油酸铁(OA)、羟基氧化铁(FeOOH)优于氢氧化铁(OH)；以油酸铁(OA)为铁源的负载物理想的反应温度是1000-1100℃，理想的反应时间是120-180min，理想的H2流速是10ml/min。以羟基氧化铁(FeOOH)为铁源的负载物理想的反应温度是800-900℃，理想反应时间是120-300min，理想的H2流速是10ml/min。在负载型nZVI质量为0.025g，硝酸根浓度为14mg/L且初始pH=2，反应液体积为5ml条件下研究了不同铁碳比(5.83％、11.66％、23.31％)的炭黑-油酸铁(CB-OA)在不同温度(900℃、1000℃、1100℃)下的还原产物对硝酸盐的去除效率得出：高浓度铁碳比(Fe/C=23.32％)铁源(CB-OA)在900℃生成的负载型nZVI对硝酸盐的去除效率为98.2％；中浓度铁碳比(Fe/C=11.66％)铁源(CB-OA)在1000℃生成的负载型nZVI对硝酸盐的去除效率为83-3％；低浓度铁碳比(Fe/C=5.83％)铁源(CB-OA)在900-1100℃下生成的负载型nZVI对硝酸盐的去除效率差异不大，约40％。 铁粉去除硝酸盐的机制探讨重点研究了在不同条件(pH/O2/Cr2O72-)下铁粉对硝酸盐氮的还原特性，探讨了铁粉还原硝酸盐的去除机理。在厌氧且实验过程中不调节pH的条件下，无论初始pH为多少，铁粉对硝酸盐的去除率几乎为零。在有氧且实验过程中不调节pH的条件下，在溶液初始pH值较低时去除效果较好，去除率达78.9％。随着pH的升高，硝酸盐的去除效率随之降低。在无氧且实验过程中加酸保持溶液pH=2时，2h后铁粉对硝酸盐的去除效率高达71.4％。当无氧且保持溶液pH等于5、8、10时，2h后溶液中硝酸盐浓度仍为14mg/L。研究中提出反应过程中铁粉表面生成的Fe(Ⅱ)，是阻碍硝酸盐氮去除的关键因素。持续的H+和O2/Cr2O72-能够有效地剥离致密的Fe(Ⅱ)，使其结构改变成疏松多孔状或者被氧化为水溶性的离子态，NO3-获得e-而得以去除。同时，在电化学实验中，检测出铁电极和碳电极两端具有较高的电流和电压，说明Fe表面的e-通过铜线进行传递，验证了硝酸盐去除中Fe(Ⅱ)的阻碍性，证实了推论的正确性。