柠檬酸缓冲体系增强Bi/Fe0氧化降解阿特拉津的研究

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农业的快速发展导致阿特拉津(ATR)作为常用除草剂带来的水污染问题日益严重。零价铁(Fe0)由于还原能力强、低毒性和廉价等优点被广泛研究。但由于Fe0降解污染物主要以还原机理作为主导,反应速率较慢,因此需要对其进行改性以降低体系活化能,增强其氧化降解的能力。本文使用硼氢化钠(NaBH4)还原法制备出Fe0和双金属性Bi/Fe0纳米颗粒,结合柠檬酸(CA)/柠檬酸钠(NaCA)形成Fe0+NaCA+CA和Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系,实现了对ATR的氧化降解。同时探讨了Fe0+NaCA+CA和Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系对ATR的循环降解效果。对Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系反应过程中的重要因子和中间产物进行了分析,探究了ATR可能的降解路径。本文的主要结论如下:
  (1)利用NaBH4还原法制备得到Fe0纳米颗粒,在Fe0+NaCA+CA缓冲体系下,实现了对ATR的氧化降解。实验发现,Fe0+NaCA+CA缓冲体系在3小时内可以去除52%的ATR。EPR分析表明,Fe0+NaCA+CA缓冲体系中活性物种产率也高于Fe0+NaCA和Fe0+CA体系。通过循环降解实验发现,Fe0+NaCA+CA缓冲体系对ATR具有较好的循环降解效果,说明缓冲体系有效的减缓了Fe0的腐蚀效率,延长了其使用寿命。
  (2 )制备得到双金属性Bi/Fe0纳米颗粒,当Bi和Fe的摩尔比为4%时,Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系对ATR具有最好的降解效果,在3小时内可以去除73%的ATR,相比Fe0+NaCA+CA缓冲体系高出21%,说明Bi/Fe0双金属改性有效的增强了Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系对ATR的氧化降解能力。而在Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系中,对ATR的三次循环降解效率均能达到73%左右,且Bi/Fe0使用前后的XRD图谱并无明显变化,说明Bi/Fe0在Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系中具有较好稳定性。
  (3)Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系与Bi/Fe0+CA体系相比,降低了对环境的酸度影响,并且减少了铁离子的释放,使得对环境的附加影响更低。随着反应的进行,Bi/Fe0+NaCA+CA缓冲体系的pH为弱碱性,Fe(Ⅱ)[Cit]?可进一步H2O2反应生成?OH,从而继续降解ATR。Fe(Ⅲ)的含量随着循环次数的增加而增大,表明Bi/Fe0在反应过程中被氧化。但与此同时,Fenton反应继续进行,生成活性物种促进降解。
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