绿色合成纳米零价铁与膨胀珍珠岩负载纳米零价铁降解混合染料的研究

发布时间：2020-03-19 07:36

【摘要】：我国印染行业在近年来迅速发展,废水排放量也日益增加。这类废水颜色强烈、毒性高、底物浓度高,其中间代谢产物降解性差、可致突变和致癌强,对人体健康、水生生物生存以及自然水体环境存在巨大的危害。因此,能够安全地、有效地降解染料废水是目前水体修复的一大研究热点。而纳米零价铁作为高效的环境修复材料,被广泛地应用于水体和土壤污染修复。本文的研究中,制备了两种纳米零价铁:利用葡萄籽提取液绿色合成纳米零价铁(GS-nZVI)和以膨胀珍珠岩作为载体制备了负载型纳米零价铁(P-nZVI),针对偶氮混合染料(酸性大红与甲基橙)进行降解研究。(1)绿色合成纳米零价铁联用H_2O_2降解混合染料的研究。使用葡萄籽提取液绿色合成的纳米零价铁为类芬顿反应的催化剂降解混合染料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术对催化降解混合染料反应前后的绿色合成纳米零价铁进行表征分析。结果表明,成功制备得到纳米零价铁,粒径在20-100nm之间,反应前后的纳米零价铁表面都包覆有多酚类物质,降低零价铁的团聚与氧化。考察溶液pH值、反应温度、二价铁盐溶浓度以及H_2O_2加入量对降解混合染料的影响。结果表明:随着pH值的减小、温度的升高,染料能更好的被降解;研究范围内,H_2O_2浓度为10%时,混合染料的降解效果最佳。混合溶液中酸性大红和甲基橙染料的降解率最高可达到98.7%和99.4%。在不调节溶液pH的情况下(pH=6.8),类芬顿法对混合溶液中的酸性大红和甲基橙的降解率分别可达94.43%和97.49%,而采用传统芬顿法的降解率为47.80%和71.84%。因此GS-nZVI/H_2O_2类芬顿法在通常为中性条件的自然水体中能保持良好的降解效果。动力学分析结果显示,伪一级动力学模型和伪二级动力学模型均能用于描述类芬顿体系对混合染料的氧化降解过程,说明该过程包括化学氧化降解和吸附,且以化学降解为主。吸附动力学的研究显示:伪二级吸附模型能很好拟合这一过程;采用粒子内扩散模型对吸附过程的分析结果显示:吸附主要是化学吸附,是由液相扩散和粒子内扩散过程共同组成的。热力学结果表明?G~00,?H~00,?S~00,降解过程是吸热和自发的反应过程,整个体系是熵增加的过程。反应降解过程中的紫外-可见光谱图显示GS-nZVI/H_2O_2类芬顿法能够有效降解混合染料。(2)膨胀珍珠岩负载纳米零价铁降解混合染料的研究以膨胀珍珠岩作为载体制备了负载型纳米零价铁,扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)的表征结果显示:制备得到的纳米零价铁颗粒呈球状结构,粒径在5-70nm之间,均匀的附着于膨胀珍珠岩表面。膨胀珍珠岩负载型纳米零价铁降解混合染料的研究中,考察了P-nZVI投加量、溶液pH值、反应温度、混合溶液初始浓度对混合染料降解的影响。结果表明:纳米零价铁与膨胀珍珠岩负载率为1:2时,随着pH的降低、温度的升高、染料初始浓度的减小,染料的降解效果提高。混合染料溶液中酸性大红和甲基橙染料的浓度皆为100mg/L时,不调节pH(pH=6.8),加入P-nZVI 2g/L,反应温度为303.15K,酸性大红和甲基橙染料的降解率可达99.01%和98.78%。动力学分析表明,P-nZVI对混合染料的还原降解过程同时符合拟一级动力学模型与伪二级动力学模型,说明降解过程是还原降解和吸附共存的。其中吸附动力学显示伪二级吸附模型能很好拟合这一过程,表明吸附以化学吸附为主。热力学分析结果显示,?G~00,?H~00,?S~00,即P-nZVI降解染料的反应是吸热和自发的反应过程,整个体系是熵增加的过程。降解过程中的紫外-可见光谱图表明P-nZVI能够对混合染料进行了有效的脱色。综上所述,研究中分别采用绿色合成纳米零价铁联用H_2O_2氧化降解混合染料,与膨胀珍珠岩负载型纳米零价铁直接还原降解混合染料,两种方式降解机理不同,但都能达到很好地降解效果。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TB383.1

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