纳米零价铁/累托石的制备及其在超声条件下降解有机污染物的研究

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近年来,随着国家污水排放标准的逐步提高,染料等有机废水因其毒性高、可生化性差、难以用传统的水处理技术处理而受到了广泛的关注,如何高效地处理染料等有机废水一直是污水处理领域的研究热点。纳米零价铁(nZVI)因其具有较大的比表面积和较高的反应活性,且能够有效地处理有机废水而备受重视。然而,在实际中,单独使用nZVI仍存在着很多不足,例如稳定性差、颗粒易团聚等,从而导致降解效率差。为了解决上述问题,许多材料被选择作为载体负载nZVI颗粒以减少nZVI颗粒的团聚。超声(US)辐射能够产生羟基自由基、超氧自由基等可降解有机污染物的活性物质,故通常作为物理辅助手段用于污水处理中。本研究选择价廉易得的累托石(Rectorite)粘土为载体,合成了纳米零价铁/累托石(nZVI/R)复合材料,分析了其物理化学特性,研究了其在超声条件下对水溶液有机污染物的降解性能。主要研究内容如下:  以累托石作为载体,通过液相还原法将Fe3+还原为nZVI,成功制备了nZVI/R复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气脱附吸附等表征技术对nZVI/R复合材料的组成和结构等进行了分析。XRD分析结果表明,nZVI/R复合材料被成功地制备;SEM分析结果表明,nZVI/R复合材料中的nZVI颗粒高度分散;BET计算结果可知,nZVI/R复合材料的比表面积为21.43 m2/g,大于累托石的比表面积(4.30m2/g)和nZVI颗粒的比表面积(17.97 m2/g)。  以难生物降解的偶氮染料甲基橙(MO)水溶液为目标污染物,评价了nZVI/R复合材料在超声条件下对水溶液中MO的降解性能,探讨了US/nZVI/R体系中反应初始pH值、nZVI/R复合材料的投加量等参数对MO溶液降解效果的影响。实验结果表明,反应20 min时,MO溶液的去除率和COD去除率分别达到93%和64%以上,超声辐射可以显著提高nZVI/R对MO的降解效果,并且US/nZVI/R体系在较宽的pH范围(2-9)内对 MO溶液均具有较好的降解效果。为了证明nZVI/R复合材料的普适性,本实验还研究了US/nZVI/R体系对水溶液中抗生素甲硝唑的降解。实验结果显示,US/nZVI/R体系对甲硝唑水溶液也具有很好的降解效果,反应不到10 min,甲硝唑的去除率可以达到97%以上。通过化学荧光法测定了反应的活性基团,分析了US/nZVI/R体系降解有机污染物的可能机理。  综上所述,nZVI/R复合材料对甲基橙和甲硝唑水溶液均具有较好的降解效果,对染料和医药等难降解废水的处理有很好的应用前景。
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