黄铁矿/零价铁协同去除硝基苯的作用机理研究

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零价铁具有价廉易得、安全无毒、还原性较强等优点,被广泛用于去除环境中具有氧化性的有机污染物和有毒金属离子等。但零价铁与污染物反应时,会导致介质pH升高,使得铁表面钝化,降低零价铁的反应活性和使用寿命,这成为制约其进一步推广的最重要因素。黄铁矿(FeS2)广泛存在于厌氧环境中,是地壳中分布最广的硫化物矿物,具有还原去除污染物的能力,同时还能降低反应介质的pH。因此,将黄铁矿与零价铁混合处理污染物有助于减少零价铁表面的钝化产物,提高其反应活性。本文将不同混合比例黄铁矿与零价铁,在不同pH介质中混合处理硝基苯,并与黄铁矿或零价铁作单一还原物质的反应体系进行比较,结合M?ssbauer谱、XPS、XANES、SEM-EDS、XRD、HPLC等手段,考察反应过程中的反应物与产物浓度、介质pH、反应前后零价铁与黄铁矿表面组成与结构的变化,较为深入地探讨了黄铁矿和零价铁在还原降解硝基苯反应中的协同作用机制。主要结果表明如下:(1)黄铁矿/零价铁对硝基苯的去除率远高于相同质量的黄铁矿、零价铁分别与硝基苯反应的去除率加和,显示了明显的协同效应。当黄铁矿/零价铁质量比为1.06.0、pH0为6.0时,对硝基苯的还原速率常数是单一零价铁体系的8.55-23.1倍。(2)黄铁矿/零价铁混合体系,在初始pH0 5.010.0介质中仍能完全去除硝基苯,而零价铁体系在初始pH0≥7.0时对硝基苯的还原去除率几乎为零,表明混合反应体系具有更广的pH适用范围。(3)从零价铁/黄铁矿与硝基苯反应后回收得到的零价铁重复还原硝基苯,其去除率远高于原始的ZVI。(4)机理研究表明:黄铁矿协同零价铁还原硝基苯时,显示了多重功能。黄铁矿的存在,能明显抑制反应介质pH的升高,减少铁表面(氢)氧化物的生成;能促进更多还原活性Fe2+的再生;特别有意义的是用M?ssbauer谱和XRD都证实在混合反应过程中能在线生成高活性的FeS@Fe,这为零价铁与污染物反应过程中原位硫化,合成高活性的FeS@Fe提供了一种全新的方法。
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