限域亚铁赤铁矿吸附五氯苯酚及芬顿氧化去除亚甲基蓝的研究

发布时间：2020-05-10 23:46

【摘要】：中国是一个农业大国,长期以来,农业上农药除草剂的使用,某种程度上促进了农业生产,而反过来也有不利的一面,例如:环境污染问题。为了满足人们对时尚生活的追求,纺织印染行业发展迅速,染料让人们的生活更加多彩,但是,难免会释放到环境中,给人们带来不美观的体验。当前,这类环境污染问题已经刻不容缓,为了解决这系列问题,专家学者专注于此。在水资源日趋紧张的今天,因地制宜的寻找一条废水的处理途径显得格外重要。铁元素作为地球上排行第四的丰量元素,分布广泛,主要以铁氧化物为主要存在形式。随着人们对环境保护意识的提高,铁氧化物参与的生物地球化学循环过程也成为研究者们关注的热点。虽然铁氧化物参与环境调控机制的研究占主导地位,但是利用铁氧化物设计环境友好的且有实际应用价值的污染物调控路线的研究却很少。因此,本文利用几种不同形貌特征的赤铁矿,设计对环境中典型的有机含氯污染物五氯苯酚与印染废水污染物亚甲基蓝的去除路线,并对比研究污染物去除方式,评价赤铁矿的去除效果,为实现它们工业化应用提供技术参考。具体研究内容与结果如下:1、赤铁矿在环境修复过程中起着重要的作用,对环境污染物以吸附作用为主,但是传统吸附的效果并不能让人满意,并且可适用性较窄,只对部分污染物起作用。为此需要对传统吸附方式进行改进,通过额外投加亚铁离子,设计了限域亚铁离子的赤铁矿对五氯苯酚的高效吸附。首先通过对两种赤铁矿进行XRD、Ramman光谱、SEM以及TEM表征的表征,考察其形貌特征,分别是六边形纳米片(HNPs)和纳米立方体(HNCs),随后用赤铁矿与亚铁作用,HNPs对Fe(Ⅱ)吸附程度为79.07%,对应的 HNCs 为 74.23%,最大吸附量 HNPs 为 3.81 mg/g,HNCs 为 3.69 mg/g,再改变不同条件研究对吸附行为的影响,亚铁离子浓度在达到2 mmol/L以后吸附效果没有明显提高,五氯苯酚浓度达到100 mg/L时在300 min内仍然能实现较高程度的吸附,表明所设置的吸附条件是合理的。最后利用ATR-FTIR技术得出五氯苯酚在限域亚铁赤铁矿上的吸附模式为非质子化的内球配位模式。本研究设计HNPs/Fe(Ⅱ)与HNCs/Fe(Ⅱ)对五氯苯酚的吸附大约在3h内完成,HNPs/Fe(Ⅱ)的吸附率在约2h时已经达到了 97.1%,对应的HNCs/Fe(Ⅱ)在约3h完成96.8%的五氯苯酚的吸附。本研究为赤铁矿吸附污染物提供了一种新思路,同时也揭示了五氯苯酚在这种限域亚铁离子的赤铁矿上的吸附模式。2、芬顿氧化技术是公认有效的一种处理环境污染物的技术,但是传统芬顿技术有着一些弊端,比如只能在pH较低的环境中起作用,而同时随着反应进行,驱动芬顿反应的亚铁离子被氧化,形成的三价铁容易形成沉淀,进而使得反应不能持续进行,为了解决这一难题,非均相芬顿反应应运而生,但是赤铁矿主要组成为三价铁,并不能有效驱动芬顿反应进行,因此通过额外加入亚铁离子构建赤铁矿负载非均相类芬顿体系,实现对印染废水亚甲基蓝的高效降解。本章研究了赤铁矿纳米棒(HNRs),纳米片(HNPs),纳米立方块(HNCs)的形貌特征,并研究了亚铁离子与这三者的作用,Fe(Ⅱ)在这三种赤铁矿上的吸附程度,分别为74.71%,79.35%和43%。利用开路电位解释它们与亚铁作用差异的原因,HNRs比其余两者更容易积聚表面电荷,从而与能Fe(Ⅱ)产生更强作用。比较三种体系分解过氧化氢的速率,其中HNRs/Fe(Ⅱ)、HNPs/Fe(Ⅱ)和 HNCs/Fe(Ⅱ)的速率常数分别为 0.1224 min-1,0.1069 min-1和0.0912 min-1。研究了反应活性物种,得出主要活性物种是羟基自由基。改变反应条件,过氧化氢浓度达到0.02 mmol/L以后亚甲基蓝降解速率提升不大。考察了赤铁矿的可回收性能,经过六次循环回收实验,降解程度的降低不到5%,结合TOC和GC-MS,提出亚甲基蓝可能的降解历程。本研究设计的赤铁矿负载非均相类芬顿反应,实现对亚甲基蓝的快速降解。
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染料废水,亚甲基蓝,物理化学,生物技术

染料废水污染，对于通过物理，化学，物理化学和生物技术来处理它们的研宄兴趣逡逑一直在增加，自２０１０年以来ＳｃｉＦｉｎｄｅｒ出版的２７，０００多种出版物证明了这一点，如逡逑图１．１所示［６８］。逡逑８逡逑

曲线,五氯苯酚,标准浓度,吸光度

２．邋３．邋１五氯苯酚标准曲线的绘制逡逑将０－１０邋ｍｇ／Ｌ的五氯苯酚溶液用Ｃａｒｙ邋６０型ＵＶ－Ｖｉｓ测定其最大吸收波长和对应逡逑浓度的吸光度。如图２．１所示，亚甲基蓝在３１９邋ｎｍ处有最大吸收波长，测量３１９邋ｎｍ逡逑波长处各浓度梯度的待测液吸光度，如表３．１所示。逡逑逦邋表２－３亚甲基蓝标准曲线数据逡逑浓度邋ｍｇ／Ｌ逦｜逦０逦｜逦１逦｜逦２逦｜逦５逦｜逦１０逦｜逦１５逦｜逦２０逦｜逦３０逦｜逦５０邋＾逡逑吸光度邋０逦０．０２７逦０．０２６逦０．０７８逦０．１６８逦０．２６１逦０．３４４逦０．５４２逦０．９１６邋＂逡逑在ＵＶ－Ｖｉｓ下分别测试酸性ｐＨ＝３和碱性ｐＨ＝８五氯苯酚的紫外吸收峰，由于ＰＣＰ逡逑在酸性中是以ＰＣＰ主要存在形式的，而在碱性条件下以ＰＣＰＮａ为主要存在形式。逡逑３．０邋｜逦＇逦■丨丨丨逦逦逡逑逦邋Ｈ＝８逦＇邋ｙ＝０．０１８４９ｘ－０．０１３４７邋Ｒ２＝０．９９逡逑ａ邋２５＊邋Ｎ逦逦ｐＨ＝３逦ｂｅ－逡逑ｉ２０，１逡逑１：逦Ｈ邋Ｘ逡逑０．０１１逦＊逦＂｜逦？逦｜逦１邋ｉ邋＇—ｉ＇＂＇—＇邋ｉ逦、邋ｉ邋＊邋ｉ邋＊邋ｉ邋＊邋ｉ邋■邋ｉ邋■邋ｉ邋？邋ｉ邋？邋ｉ邋？逦？邋＇Ｉ邋＊邋ｉ邋＇逡逑２00逦２５０逦３００逦３５０逦４００逦４５０逦０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逦３
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O647.3;X703

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