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氯酚类污染物具有难生物降解性、生物累积性和“三致”效应,属于备受关注的一类优先控制污染物。针对水体中氯酚类污染物的处理,国内外相关领域已开展了大量研究工作,开发出多种治理技术。20世纪80年代末以来,作为一种可有效脱氯的还原剂,纳米零价金属逐渐受到人们的关注,成为化学还原法中一个重要的研究领域。
本论文选择PCP作为研究对象,采用化学还原法制的得纳米铁、纳米Ni/Fe双金属为材料,考察了纳米铁对水体中PCP的处理特性;并详细的考察了水体中NO3-的存在对纳米铁降解PCP的影响;并对纳米Ni/Fe双金属及纳米铁与H2O2联用技术对PCP的脱氯特性做了研究;探讨了纳米铁降解PCP的反应过程动力学及作用机理。取得了一下研究成果:
(1)利用化学还原法成功地制备出纳米铁、纳米Ni/Fe双余属,其粒径均在100 nm以下。纳米铁的比表面积为32.84 m2/g,并且具有良好的稳定性。纳米Ni/Fe双金属粒径主要分布在40-50 nm,颗粒尺寸小于纳米铁,无明显团聚现象。
(2)详细考察了纳米铁对PCP的处理特性,系统研究了PCP的初始浓度、温度、初始pH值、转速等因素对脱氯过程的影响,结果表明较低的初始浓度、较高的温度、较大的转速及酸性条件更有利于脱氯。
(3)当溶液中PCP与NO3-共存时,Fe0对硝酸根和PCP的降解效果都会受到抑制,存在竞争作用。结果表明当PCP的初始浓度为0.1mmol/L时,NO3-的浓度低于lmmol/L时无明显影响;当NO3-的浓度达到2mmol/L时,PCP的降解受到明显抑制;当NO3-的浓度≥3mmol/L时,PCP的降解几乎被停止。
(4)考察了纳米Ni/Fe双金属、纳米铁与H2O2联用技术对PCP的脱氯特性,结果表明对纳米Ni/Fe双金属能够提高对PCP的脱氯能力,与。H2O2的联用亦能大大提高脱氯率。
(5)纳米铁对PCP的降解过程可分为两个阶段,分别符合准一级动力学方程。其表观反应速率常数随着初始浓度的增加而降低。环境温度对反应速率常数的影响较大,根据Arrhenius方程可计算出其活化能为15 kJ/mol。纳米Ni/Fe双金属体系的表观反应速率常数远大于纳米铁体系。
(6)研究了纳米铁处理PCP的作用机理,结果表明可逆性吸附对氯酚类污染物去除的贡献很小,但中间产物的吸附不容忽视。Fe及H2的还原作用是脱氯的主要机制;金属Ni能将体系中产生的H2吸附在其表面,促进对氯酚的脱氯,Ni在体系中充当催化剂。纳米铁反应后转化为Fe2O3/Fe3O4以及γ-FeOOH。