论文部分内容阅读
近年来,在人类只是一味的追求经济发展的背景下,社会上出现了各种各样的环境问题,人类的生活和生存环境正面临着严重的考验,目前各国都将环境污染治理作为头等大事。纳米零价铁颗粒具有较高的反应活性和较大的比表面积,可以应用于多种环境污染物的修复,受到了广泛的关注。然而,纳米零价铁(nZVI)暴露在空气中容易自燃,即使与空气缓慢接触也会被氧化,表面生成铁氧化物膜,从而使其失去活性;另外,虽然纳米零价铁粒子制备的方法较多,有蒸发凝聚法、热等离子法、高能球磨法、固相还原法、液相还原法等。其中,液相还原法因其工艺相对简单,因此受到了广泛的关注。但该方法在制备过程中需要惰性气体的保护,大大增加了制备的难度和成本;这些问题都影响着纳米零价铁的实际应用。针对以上问题,本研究首次采用流变相反应法以大分子有机物琼脂、素甲基纤维素(CMC)和水溶性淀粉为包裹剂制备了表面包裹型纳米零价铁材料,通过X射线粉末衍射(XRD)仪、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等对所得样品的形貌、结构和组成进行表征;并考察了其对重金属Cr(VI)和Pb(II)的还原去除性能;并探讨了其反应所符合的动力学模型和反应机理。论文的主要研究结论有:1.分别以廉价环保的琼脂、羧甲基纤维素钠和水溶性淀粉为表面修饰剂利用流变相反应法制备包裹型纳米零价铁。最佳合成条件为:常温下,以FeSO4·7H2O: KBH4=1:3(摩尔比)作为固相介质,0.06g/ml包裹剂水溶液为液相介质,固液反应比为1:2,反应时间为2h;2.包裹型纳米零价铁材料表征结果显示:琼脂包裹的纳米零价铁粒径的分布范围为约为60-120nm,颗粒分布均匀,没有发生团聚现象,有较好的分散性,且具有一定的抗氧化性能;羧甲基纤维素钠包裹的纳米零价铁颗粒分布均匀,粒径约为50-100nm,羧甲基纤维素将纳米铁颗粒包覆成球形并被相互隔离开,呈离散状态而未相互连接,具有较好的分散性;淀粉包裹的纳米零价铁粒径约8-20nm,铁粒子周围有呈灰白色淀粉包裹层,厚度均匀。包裹后粒子呈现出明显的核壳结构,核壳粒子外形为圆形或椭圆形,未发现链状或者团聚成堆的复合粒子,颗粒具有较好的分散性;3.包裹型纳米零价铁还原Cr(VI)的结果表明:影响Cr(VI)去除效果的主要因素有pH值、Cr(VI)初始浓度和包裹型纳米零价铁的用量。其中,较小的pH值、较低的初始Cr(VI)浓度和较高的样品的投加量都有利于Cr(VI)的去除;包裹型纳米零价铁还原去除Cr(VI)的体系符合准一级反应动力学。反应速率随着Cr(VI)初始浓度和pH值的升高而降低,随着纳米铁样品投加量的增加而升高。4.包裹型纳米零价铁去除Pb(II)的主要影响因素有:初始pH值、样品的投加量和Pb(II)的初始浓度。试验结果表明,反应的最佳pH值为5,另外较低的初始Pb(II)浓度和较高的样品的投加量都有利于Pb(II)的去除;包裹型纳米零价铁还原去除Pb(II)的体系符合准一级反应动力学。