生物炭负载纳米零价铁去除水中铬、硒的研究

发布时间：2020-05-07 17:41

【摘要】：随着社会的发展,重金属污染水体的现象也越来越多。研究开发重金属处理新材料与新技术对重金属废水的无害化处理具有重要的意义。本文利用农作物的副产品——玉米秸秆,浸渍Fe~(3+)高温热解,制得生物炭负载纳米零价铁,并用来处理含铬、硒废水。对制得的生物炭负载纳米零价铁进行表征(XRD、TEM、BET),XRD分析显示在2θ为44.8°、65.2°和82.5°发现明显的零价铁特征衍射峰。从TEM图片上可以看出纳米零价铁均匀的分布在生物炭上,纳米零价铁粒径大概在50 nm左右。通过BET分析,计算得出两种材料BC-nZVI1.5-800;BC-nZVI3-800的比表面积为497.69 m~2·g~(-1),438.91 m~2·g~(-1),最可几孔径为2 nm左右。研究了pH值、空气和Fe~(2+)离子、共存阴离子对生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(Ⅵ))、Se(Ⅵ)和Se(Ⅳ)影响。同时也研究生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(Ⅵ))、Se(Ⅵ)和Se(Ⅳ)的动力学和等温线。通过对实验结果的分析,在pH值为4.0的条件下去除率最高,随着pH值的增大,去除量变低,其原因是高pH值条件会使纳米零价铁表面钝化。对动力学数据拟合,结果表明去除过程符合拟二级动力学模型,动力学常数分别为Cr(Ⅵ)):0.62 g·(mg·min)~(-1)、Se(Ⅵ):0.0016 g·(mg·min)~(-1)、Se(Ⅳ):0.0002 g·(mg·min)~(-1)。通过等温线数据拟合,发现该过程符合Langmuir吸附等温模型,三种污染物在35℃下平衡吸附量分别为为Cr(Ⅵ)):45.51 mg·g~(-1)、Se(Ⅵ):35.12 mg·g~(-1)、Se(Ⅳ):108.44 mg·g~(-1)。阴离子对去除效果的影响按照HACl~-NO_3~-SO_4~(2-)的顺序依次增大,HA、Cl~-、SO_4~(2-)主要表现为竞争纳米零价铁表面的活性点位,NO_3~-是竞争性的氧化还原阴离子,可以被纳米零价铁还原。通过实验验证了Fe~(2+)在去除过程中的作用,Fe~(2+)可以增加零价铁表面氧化物层的导电性,增加了电子在纳米零价铁腐蚀产物中的传递速率。将吸附后固体通过XPS进行表征,生物炭负载纳米零价铁将Cr(Ⅵ))、Se(Ⅵ)分别还原成Cr(Ⅲ)、Se(Ⅳ)吸附在固体表面上,而Se(Ⅳ)先被吸附在生物炭负载纳米零价铁表面,之后有部分Se(Ⅳ)被还原成Se(0)。
【图文】：

透射电镜,透射电镜,零价铁,生物炭

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0050100150200Volumeadsorbed(cm3STP/g)Relative pressure (P/P0)2 4 6 8 10 12 14 16 18 200.000.020.04dV/dW(cm3STPPore diameter (nm)0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0204060801001201400 5 10 15 200.10.20.30.40.50.60.7Volumeadsorbed(cm3STP/g)Relative pressure (P/P0)dV/dW(cm3STP/g)Pore diameter (nm)图 2.2 BC-nZVI1.5㧟800（a）以及 BC-nZVI3㧟800（b）吸附-脱附等温线及孔径分布图Figure.2.2 Adsorption - desorption isotherm and pore size distribution of BC-nZVI1.5㧟800（a）andBC-nZVI3㧟800（b）.3.3 TEM 分析图 2.3a 为 BC-nZVI1.5-800 电镜图，图 2.3b 为 BC-nZVI3-800 电镜图。通过 TEM 显微镜图 2.3 图片可以看到，制得的生物炭负载纳米零价铁中的纳米零价铁均匀的在生物炭上，并且纳米零价铁的直径大概在 50 nm 左右。a b
【学位授予单位】：沈阳化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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