铁基微纳米材料去除水中酸性橙Ⅱ及甲草胺的研究

发布时间：2020-06-09 10:27

【摘要】：各种化学品造成的水污染已成为世界上最严重的问题之一。水污染不仅会导致水质恶化,而且影响到土壤、大气等一系列生态环境。此外,它还会影响饮用水及农产品质量,威胁到人体健康。因此,不仅要从源头上阻止污水的排放,同时还需要将被污染的水处理到一个适当的标准。在过去的几十年中,学者们已经开发出各种微纳米技术来处理废水。研究者们合成各种微纳米材料用于水的修复和治理,取得大量成果。本文合成了具有微米纳米多级结构的零价铁材料(mnZVI)及零价铁铜双金属材料(mnFe/Cu),并将它们分别应用于偶氮染料酸性橙Ⅱ(AOII)和酰胺类除草剂甲草胺(Ala)的去除。1.微纳零价铁去除染料酸性橙Ⅱ(AOII):在空气气氛中,mnZVI可以快速彻底去除AOⅡ，即在120 s内0.17g/L的mnZVI完全去除20mg/L的AOⅡ，其速率常数为0.031 s-1(比文献报道的mZVI高800倍,nZVI高7000倍),反应符合准一级动力学;在氩气气氛中反应只需90s,其速率常数是空气中的1.16倍。对有氧反应后mnZVI高分辨XPS图谱分析发现,其表面铁氧化物(FexOy)含量较高,阻碍电子转移。ESR表征结果显示，，mnZVI与H2O作用瞬间产生大量高还原活性的氢自由基(·H)。通过有氧/无氧实验、UV-Vis、HPLC及理论计算等结果,系统研究了 mnZVI/AOII/Air体系的反应机理,以及目标污染物酸性橙Ⅱ在该体系中的降解路径。2.微纳铁铜双金属去除甲草胺(Ala):在空气气氛下,30 min内1 g/LmnFe/Cu完全去除20 mg/L的Ala,其速率常数是Ar气氛的11.36倍。整个体系对甲草胺的去除速率比mnZVI提高8倍,去除反应符合准一级动力学。用叔丁醇(TBA)将体系中产生的羟基自由基(·OH)捕获后，30 min内Ala的去除率由100%降至23%,表明Ala的降解主要是·OH的氧化作用。在去除Ala的过程中,mnFe/Cu表现快速的原因包含以下几方面:(1)零价铜的掺入使该材料表现出更高的孔隙率和比表面积;(2)Cu0可以将Fe3+全部还原为Fe2+，Fe2+活化分子氧,促进芬顿反应的进行,产生大量的·OH;⑶mnFe/Cu腐蚀电位低(-0.3eV),具有较强的给电子能力。甲草胺的脱氯率为100%。通过GC-MS分析Ala的中间产物,我们提出了 mnFe/Cu/Air类芬顿体系降解Ala的反应机理及目标污染物的降解路径。
【图文】：

中国水资源,测站,综合评估,公报

农业、工业、其他用水分别消耗了现有淡水的６２．４、２１．６、和１６％。工农业总逡逑共消耗现有水资源的８４％，而全国废污水排放总量达到了７６５亿吨。２０１６年，对全国逡逑２１０４个测站监测数据进行了地下水质量综合评估（如图１－１）。由图可知，水质优良逡逑的测站比例仅为２．９％，良好的测站比例为２１．１％，较差的测站比例为５６．２％，极差的逡逑测站比例为１９．８％。其中，较差和极差的测站占到了７６％，可见我国水污染的严重逡逑性。据不完全统计，我国约有２６％邋（约３．６亿）人喝不上符合标准的饮用水［６］。水污逡逑染加剧了生产过程中的用水压力，从而使我国水资源出现短缺的现象，影响国家经逡逑济的发展。逡逑极差逦优良逦良好逡逑１９．８０％逦２１．１０％逡逑５６．２０％逡逑图１－１邋２０１６年对全国２１０４个测站监测数据进行地下水质量综合评估结果逡逑（数据来源于中国水资源公报）逡逑１逡逑

过程图,有机物氧化,阳极表面,过程

电化学氧化技术：电化学氧化法分为直接氧化与间接氧化。直接氧化是在水介逡逑质中，不添加任何物质，电极直接把有机污染物和部分无机污染物氧化为无害物质逡逑（如图１－２）；间接氧化则是在阳极加入能产生强氧化剂的基团，间接氧化废水中的逡逑有机物，达到强化降解的目的。但在实际应用中，往往是两种机理协同作用［２７］。例逡逑如，Ｐｉｐｉ［７７］等研宄了在电流为１００邋ｍＡ时，以空气扩散电极为阴极，硼参杂的金刚逡逑石电极为阳极降解Ａｌａ。结果显示，该体系中主要是利用紫外光、电子转移以及阳逡逑极发生类Ｆｅｎｔｏｎ反应使表面产生？０！！三者的协同作用，实现Ａｌａ的高效降解及矿化，逡逑３６０邋ｍｉｎ内Ａｌａ的降解率为１００％，矿化率为７８％。该方法在处理工农业中产生的大逡逑量废水时，存在成本较高、耗电大等问题，在实际推广存在一定困难。逡逑吸附逡逑广逡逑（逡逑阳极邋１氧化逡逑４逦中间产物逡逑图１－２阳极表面的有机物氧化过程逡逑光催化氧化技术：由于光催化降解技术借助的是太阳能这种绿色能源，在去除逡逑环境污染物的应用越来越多
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TB383.1

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