硫化零价铁对三价锑去除性能的提高：表征、效果及反应机理
发布时间：2020-04-11 02:46
【摘要】：许多在水中以含氧酸根形式存在的金属或非金属离子,对生态环境危害严重,在此之中,锑(Sb)也因为其越来越大的污染性而受到人们的广泛关注。对于这种污染,零价铁(ZVI)常用于有氧条件下的水处理。铁氧化物,包括和零价铁相关的氧化物等通过吸附或氧化还原作用来去除污染物,比如金属离子的去除等。近年来,因为硫化零价铁容易制备以及与环境中的污染物有高的反应活性等优点而越来越得到大家的重视。污染物的去除是一个复杂的混合过程,包含氧化还原作用、吸附作用、共沉淀作用。在这项研究中,零价铁和硫化零价铁共同用于去除目标污染物三价锑(Sb(Ⅲ))。研究在敞口并且混合均匀的批次反应器中进行,以此装置来进行三价锑(Sb(Ⅲ))的去除实验。本文研究了各种实验变量,例如,pH值、铁的投加量、初始三价锑的浓度、零价铁和硫化零价铁的老化时间、二价铁离子(Fe(Ⅱ))的投加量、转速(RPM)等,影响三价锑(Sb(Ⅲ))的去除,并且在相同的实验条件下比较零价铁和硫化零价铁的实验结果。通过分析和拟合锑在液相中的浓度变化,研究了三价锑(Sb(Ⅲ))的去除动力学。本研究还用固相特征来分析硫化对零价铁的形态学和表面各反应参数的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等系列表征方法来具体分析零价铁和硫化零价铁对三价锑(Sb(Ⅲ))的去除机理。研究结果表明,硫化零价铁可以极大地提高Sb(Ⅲ)的去除效果:在实验的标准条件下,零价铁系统中实验的反应速率常数(kobs)值是0.0012 min-1,而硫化零价铁体系中反应速率常数(kobs)值提高到了 0.018 min-1,提高了 15倍之多。研究采用固相特征来分析硫化作用对零价铁的形态学和表面各反应参数的影响。扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)证实了 S-ZVI材料中硫元素(S)的存在。X射线光电子能谱(XPS)表明,三价锑(Sb(Ⅲ))的去除过程主要是Sb(Ⅲ)被氧化成Sb(Ⅴ),并且和铁氧化物发生吸附作用和共沉淀作用。零价铁表面的硫化亚铁(FeS)层有更强的传导性,加速了电子的传递过程。此外,硫化作用促进了铁的腐蚀,生成了更强的形成的吸附态亚铁Fe(Ⅱ),这也更加促进了三价铁氧化物的形成,从而提高了三价锑(Sb(Ⅲ))的吸附作用和氧化作用。
【图文】：
甲基橙，酸性橙ＩＩ，酸性橙ＩＶ，酸性红３，酸性蓝１１３等）的去除相关的逡逑铁的参考数据库（几乎覆盖从１９９６－２０１５年发表的有关ＺＶＩ的所有相关研宄应用）逡逑［５Ｑ］如图１－１所示，结果表明，，１９９９年后，几乎每年都有越来越多的文献发表。逡逑最初，大多数研究人员对零价铁修复技术的研究集中在厌氧条件。但随着时间的逡逑发展，好氧条件下的研究越来越多，吸引了更多的关注。逡逑零价铁对偶氮染料废水的去除机理，主要是通过零价铁的还原作用发生还原逡逑反应来将染料的发色基团（偶氮键）破坏［５１＿５３］。然后通过吸附和共沉淀作用，将逡逑染料去除。目前国内对偶氮染料的脱色过程进行分析表明：在适当的条件下，当逡逑零价铁与染料溶液接触时，染料分子中的偶氮键将断裂，破坏了原染料中的发色逡逑基或助色基，而且利用铁的絮凝作用，将染料吸附聚集在其表面以达到脱色的目逡逑的。Ｘｕ等将印染废水利用零价铁处理后
２．邋３．邋２硫化铁去除水体中Ｓｂ邋（ＩＩＩ）的研究方法逡逑本文批次试验在１邋Ｌ的敞口烧杯中进行，反应温度水浴控制在室温（２５±１°Ｃ）逡逑下，如下图２－１所示。向１Ｌ邋ｌｍｇ／Ｌ的Ｓｂ（ＩＩＩ）溶液中加入０．１邋ｇ零价铁或硫化零价逡逑铁，溶液包含１邋ｍＭ的硫酸钠（Ｎａ２Ｓ０４）作为背景电解质。用氢氧化钠溶液（ＮａＯＨ）逡逑或者硫酸溶液（Ｈ２Ｓ０４）将反应液初始ｐＨ调节至５．０。然后将反应装置利用机械逡逑搅拌器在转速４００邋ｒｐｍ邋（标准条件）下进行混合并充分反应。为了后期的研宄，逡逑实验过程中定期（０、５、１０、１５、２０、３０、４５、６０、９０、１２０、１８０邋ｍｉｎ）从溶液逡逑中取５邋ｍＬ样品，然后用０２２邋（ｉｍ的滤膜进行过滤。根据图２－２所示的预实验过程逡逑（去除动力学、最佳操作条件等实验结果见图２－２，实验选出最合适的实验条件：逡逑初始ｐＨ为５，初始Ｓｂ（ＩＩＩ）浓度为］ｍｇ／Ｌ，零价铁或硫化零价铁投加量为０．１邋ｇ／Ｌ，逡逑硫酸钠使用量为１邋ｍＭ，并以此为基准实验条件来进行下面的所有实验。实验主逡逑要检测零价铁和硫化零价铁的老化时间、二价铁离子（Ｆｅ（ＩＩ））的投加量、转速逡逑（ＲＰＭ）等影响因素对三价锑（Ｓｂ（ＩＩＩｐ去除的效果影响，检测各种掩蔽剂：异逡逑丙醇（ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ）、过氧化氢歧化酶（ｃａｔａｌａｓｅ）、超氧基歧化酶（ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ逡逑ｄｉｓｍｕｔａｓｅ邋）等
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
本文编号：2623047
【图文】：
甲基橙，酸性橙ＩＩ，酸性橙ＩＶ，酸性红３，酸性蓝１１３等）的去除相关的逡逑铁的参考数据库（几乎覆盖从１９９６－２０１５年发表的有关ＺＶＩ的所有相关研宄应用）逡逑［５Ｑ］如图１－１所示，结果表明，，１９９９年后，几乎每年都有越来越多的文献发表。逡逑最初，大多数研究人员对零价铁修复技术的研究集中在厌氧条件。但随着时间的逡逑发展，好氧条件下的研究越来越多，吸引了更多的关注。逡逑零价铁对偶氮染料废水的去除机理，主要是通过零价铁的还原作用发生还原逡逑反应来将染料的发色基团（偶氮键）破坏［５１＿５３］。然后通过吸附和共沉淀作用，将逡逑染料去除。目前国内对偶氮染料的脱色过程进行分析表明：在适当的条件下，当逡逑零价铁与染料溶液接触时，染料分子中的偶氮键将断裂，破坏了原染料中的发色逡逑基或助色基，而且利用铁的絮凝作用，将染料吸附聚集在其表面以达到脱色的目逡逑的。Ｘｕ等将印染废水利用零价铁处理后
２．邋３．邋２硫化铁去除水体中Ｓｂ邋（ＩＩＩ）的研究方法逡逑本文批次试验在１邋Ｌ的敞口烧杯中进行，反应温度水浴控制在室温（２５±１°Ｃ）逡逑下，如下图２－１所示。向１Ｌ邋ｌｍｇ／Ｌ的Ｓｂ（ＩＩＩ）溶液中加入０．１邋ｇ零价铁或硫化零价逡逑铁，溶液包含１邋ｍＭ的硫酸钠（Ｎａ２Ｓ０４）作为背景电解质。用氢氧化钠溶液（ＮａＯＨ）逡逑或者硫酸溶液（Ｈ２Ｓ０４）将反应液初始ｐＨ调节至５．０。然后将反应装置利用机械逡逑搅拌器在转速４００邋ｒｐｍ邋（标准条件）下进行混合并充分反应。为了后期的研宄，逡逑实验过程中定期（０、５、１０、１５、２０、３０、４５、６０、９０、１２０、１８０邋ｍｉｎ）从溶液逡逑中取５邋ｍＬ样品，然后用０２２邋（ｉｍ的滤膜进行过滤。根据图２－２所示的预实验过程逡逑（去除动力学、最佳操作条件等实验结果见图２－２，实验选出最合适的实验条件：逡逑初始ｐＨ为５，初始Ｓｂ（ＩＩＩ）浓度为］ｍｇ／Ｌ，零价铁或硫化零价铁投加量为０．１邋ｇ／Ｌ，逡逑硫酸钠使用量为１邋ｍＭ，并以此为基准实验条件来进行下面的所有实验。实验主逡逑要检测零价铁和硫化零价铁的老化时间、二价铁离子（Ｆｅ（ＩＩ））的投加量、转速逡逑（ＲＰＭ）等影响因素对三价锑（Ｓｂ（ＩＩＩｐ去除的效果影响，检测各种掩蔽剂：异逡逑丙醇（ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ）、过氧化氢歧化酶（ｃａｔａｌａｓｅ）、超氧基歧化酶（ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ逡逑ｄｉｓｍｕｔａｓｅ邋）等
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【参考文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 张炳亮;硫化与弱磁场加速零价铁去除水体中的偶氮染料及机理研究[D];山东大学;2017年
2 林盛;弱磁场作用下零价铁（ZVI）对水体中Sb（Ⅲ）的去除机理[D];山东大学;2016年
本文编号：2623047
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