论文部分内容阅读
零价铁（zero-valent iron,ZVI）处理重金属污染物被认为是一种很有发展潜力的环境修复技术。然而当零价铁与重金属污染物反应时,会导致介质pH升高,使得铁表面覆盖了铁氧化物钝化膜,抑制了内核铁与污染物间的电子转移,从而影响零价铁的反应活性和使用寿命。黄铁矿（FeS2）是地壳中分布最广的硫化铁矿物,也具有还原去除重金属污染物的能力,它与污染物反应时则能降低反应介质的pH,因而当合适量的黄铁矿与零价铁混合时,可有效地缓冲反应体系的pH变化、提高对污染物去除能力。本文采用模拟PRB柱实验方法,首次将零价铁与黄铁矿作为混合活性填料去除模拟废水中的Cr（VI）。通过考察零价铁与黄铁矿的混合方式、混合比例、介质pH等对Cr（VI）去除率的影响,并与黄铁矿或零价铁作单一活性物质的反应体系进行比较;结合批处理实验方法,通过分析各种反应体系中介质pH、溶液中各组分浓度的变化,以及扫描电镜和能谱分析（Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectrometer,SEM-EDS）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）等手段考察反应过程中零价铁、黄铁矿表面组成、价态的变化,对零价铁与黄铁矿协同去除Cr（VI）的作用机理进行了较为深入的研究。此外,还利用对Ni（II）有良好吸附性能的荷负电的钠基膨润土作载体,将其制备成钠基膨润土负载纳米铁（NZVI/Na-bent）,比较研究了NZVI与NZVI/Na-bent对Ni（II）的去除和还原效率,结合反应过程中介质pH的变化、反应前后NZVI与NZVI/Na-bent表面的元素组成、重复使用性能,探讨了Na-bent对NZVI/Na-bent去除Ni（II）的协同作用机理。主要研究结果如下:（1）在模拟PRB柱试验中,ZVI和FeS2的均匀混合体系对废水中Cr（VI）的去除率明显高于相同质量ZVI或FeS2分别去除Cr（VI）的加和,显示出良好的协同效应,而且介质pH越低,协同效应越明显。（2）ZVI和FeS2混合体系与Cr（VI）反应过程中,介质的pH值低于ZVI体系,流出液中SO42-离子浓度和Fe2+均高于ZVI或FeS2单一体系,而且混合体系中的FeS2较表面钝化的ZVI,能更有效地将与Cr（VI）反应产生的Fe3+更多地循环转化为具还原活性的Fe2+。表明:混合体系与Cr（VI）反应时,ZVI和FeS2两者单位质量的还原能力均得到显著提高。（3）批处理实验的结果表明,混合体系所有还原活性物质(零价铁、黄铁矿、溶液中Fe2+及键合Fe2+、S22-)对Cr（VI）的去除率中,Fe2+和键合Fe2+是最重要的还原剂,其贡献率为55.9%。（4）NZVI/Na-bent对Ni（II）的去除率远远高于NZVI和Na-bent对Ni（II）去除率之和,显示出Na-bent对NZVI去除Ni（II）良好的协同效应。载体Na-bent不仅可以增强NZVI颗粒的分散性、并能促使Ni（II）在负载纳米铁表面富集,此外,载体表面富含的硅/铝羟基可有效地缓冲介质pH,减少NZVI表面铁（氢）氧化物的产生,还可以将NZVI表面的部分腐蚀产物转移到Na-bent上,因而NZVI/Na-bent能有效将Ni（II）还原为流动性差、毒性低的Ni0（是已有文献报道中对Ni（II）还原率最高的NZVI）。