改性微米铁对三氯乙烯的去除效能研究
本文关键词： 地下水 三氯乙烯 黄原胶 改性微米铁 出处：《中国海洋大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：目前,我国乃至世界许多地区的地下水都不同程度受到氯代烃类有机物污染,严重威胁居民的饮用水安全。利用零价铁材料构建地下水原位反应带是一项具有广泛应用前景的地下水污染修复技术。微米铁依据其低廉的价格、较低的健康风险和良好的反应活性,成为了该技术的理想介质。目前,该技术应用的主要瓶颈是微米铁在地下迁移过程中的重力沉降和活性降低问题。本文通过表面改性手段,制备出具有良好悬浮稳定性和反应活性的稳定化微米铁,应用于地下水中典型氯代烃类污染物——三氯乙烯(Trichloroethylene, TCE)污染的修复,对因地制宜的构建稳定微米铁原位反应带修复系统具有重要指导意义。首先,选取黄原胶(xanthan gum, XG)、瓜尔胶(guar gum, GG)和羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose, CMC)作为受试稳定剂,分别设置3g/L和6g/L两种投加浓度,对微米铁进行表面改性,通过考察改性微米铁的悬浮稳定性和TCE去除效能,筛选出最优稳定剂。其次,为了深入探讨黄原胶对微米铁反应活性的影响机制,分别研究了其去除TCE的两种主要作用过程(吸附和还原),并对反应体系中关键水化学指标(pH、Eh、Fe2+)及铁表面钝化层构成进行了分析。最后,考虑到实际地下水环境中,不同水化学因子会对微米铁的反应活性产生一定影响,选择代表性水化学因子(包括胡敏酸钠(]HA)、Ca2+-HCO3-、 Na+-Cl-),考察其对改性微米铁反应活性的影响。(1)稳定剂筛选：沉降试验中,10 min时,相对分光光度值由小到大依次是CMC3 (0.24)CMC6 (0.45) GG3 (0.75)GG6 (0.98)XG3 (0.91) XG6 (0.94)(文中用XG3表示3g/L XG改性后的微米铁,以此类推有XG6、 GG3、GG6、CMC3、CMC6)。相对分光光度值降低的越多,表示重力沉降越显著；反之则表示其悬浮稳定性越好。TCE降解的动力学批量试验结果显示,同等稳定剂浓度下,XG3对TCE的去除率提高了31.85%,而GG3和CMC3对TCE的去除率分别只提高了15.61%和9.69%。XG可以缓冲溶液pH的变化,抑制表面钝化的发生,从而促进微米铁对TCE的还原。综上,从提高微米铁的稳定性和反应活性两个角度考虑,黄原胶都表现出最好的改性效果。(2)黄原胶的影响机制：微米铁对TCE的去除主要通过吸附和还原作用来完成,基于黄原胶的表面改性抑制了微米铁对TCE的吸附,但促进了微米铁对TCE的还原,因此整体上提高了微米铁对TCE的去除效能。FTIR图谱显示,黄原胶作为一种高聚合分子饱含亲水性的官能团,被吸附到铁的表面,此吸附以分子间作用力氢键连接,与TCE竞争活性位点,因此阻碍了TCE吸附到微米铁表面,影响TCE向微米铁的传质。此外,黄原胶可以缓冲溶液体系pH的变化,抑制表面钝化,提高TCE的还原。(3)水化学因子的影响：水化学因子对微米铁的吸附作用影响不大,但对微米铁的还原作用产生不同程度的影响。其中胡敏酸钠(5-20 mg/L)促进了微米铁对TCE的还原,主要是因为胡敏酸钠可以和亚铁离子络合,从而抑制了铁的氧化物和氢氧化物的产生,减少表面钝化,从而促进微米铁与TCE的反应。而Ca(HCO3)2 (0.4-2 mM)抑制了微米铁对TCE的还原,由于Ca2+和HCO3-能参与产生碳酸钙和碱式碳酸铁等沉淀,加剧了表面钝化过程,从而不利于微米铁反应的进行。NaCl (10～100 mM)对微米铁去除TCE影响不显著。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X523
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，本文编号：1499912
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