高岭土负载硫化纳米零价铁激活过硫酸盐去除电子垃圾拆解地土壤中的十溴联苯醚

发布时间：2020-08-11 11:54

【摘要】：十溴联苯醚(BDE209)是电子垃圾拆解地区土壤中的主要有机污染物,进入土壤中的BDE209很难被降解,严重威胁当地环境安全和人体健康。使用纳米零价铁-化学氧化联合技术可以达到对BDE209的矿化,避免降解不彻底导致对环境的二次污染。本文使用液相还原法合成高岭土负载硫化纳米零价铁(K@S-nZVI),将其用于激活过硫酸盐(PS)降解电子垃圾拆解地土壤中的BDE209,对反应条件进行优化并探索其降解机理,主要研究成果如下:(1)对合成的K@S-nZVI进行表征,SEM表征可观察到硫化纳米零价铁颗粒均匀附着在片状高岭土上,且表面呈现褶皱状;XRD和XPS分析显示,K@S-nZVI的表面含有零价铁、铁的氧化物、铁的氢氧化物和铁的硫化物,证明纳米零价铁被成功硫化。(2)与传统的纳米零价铁和硫化纳米零价铁相比,K@S-nZVI激活PS氧化体系对BDE209的降解效果最好。这是由于使用负载和包覆两种改性方法制备得到的K@S-nZVI分散性更好,且不易氧化团聚,能够在较长时间保持稳定。(3)探讨了硫铁比、PS的浓度、K@S-nZVI的投加量、pH值和温度对BDE209降解效果的影响,结果表明,K@S-nZVI的硫化程度过高或过低都会降低对BDE209的降解效果,投加过量的K@S-nZVI会使降解效果下降,降解效果会随PS的浓度和温度的增加而增加,酸性环境会促进降解反应的进行,而碱性环境会对降解反应有抑制作用。当硫铁比为1:4,PS与K@S-nZVI的摩尔比为2:1,PS的浓度为0.2 mol/L,pH值为3,温度为313 K时,K@S-nZVI激活PS氧化体系对BDE209的降解效率可以达到88.32%。该降解过程符合伪一级动力学模型,反应速率常数(k_(obs))与反应体系温度符合阿伦尼乌斯公式,反应活化能为52.4 kJ/mol。(4)在K@S-nZVI激活PS氧化体系中同时存在SO_4~-·和HO·,在酸性条件下,SO_4~-·在降解反应中占主导地位,中性条件下,SO_4~-·和HO·同时对降解反应起作用,而在碱性条件下HO·对降解反应的贡献更大。(5)在K@S-nZVI激活PS氧化体系降解土壤中BDE209的过程中,PS的浓度是一个逐步下降的过程,反应结束后,仍有16%左右的PS剩余。(6)使用K@S-nZVI激活PS氧化体系降解土壤中BDE209的产物包括BDE207、BDE206、BDE203、BDE196、BDE190、BDE183、BDE154、BDE153、BDE119、BDE99、BDE66、BDE47、BDE28、BDE17和BDE7,说明该体系对BDE209的降解是一个逐步脱溴的过程。随后自由基进行取代反应,并攻击低溴代联苯醚的醚键和苯环,最终将BDE209分解为二氧化碳、水和短链羧酸。
【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】：X53
【图文】：

处理流程图,电子垃圾,处理流程

子垃圾拆解地主要分布在广东贵屿镇、清远龙塘镇、浙江台州等地，在这些地区着大量等待处理的电子垃圾，这些电子垃圾在光照和降水等外界因素作用下，持境中释放有毒有害物质。由于资金匮乏和技术水平的限制，当地居民多采用简单的方法处理电子垃圾废弃物（如图 1-1 所示）：通过切割分离电子垃圾的各个组件塑料、橡胶、铁片和铜片等；采用火烧融或酸洗的方式将电线及电缆表面的橡胶收集铜丝；用火加热电路板，待其软化后用镊子分离电路板上的晶片、电容和焊锡；将电子垃圾混合均匀后放入熔炉，从炉渣中回收铜和其他贵金属。这些原始技术在实际操作中存在极大风险，焚烧过程中会产生大量烟尘，在加热作用下，圾中的有毒物质会释放进入外界环境，酸洗过程中，重金属溶入强酸，酸洗结束后的酸液被倾倒，其中的重金属和持久性有机污染物也会随之渗入土壤中，并随地和地下水逐步向远处扩散。没有利用价值的电子垃圾会被填埋，持续向环境中释物质。综上，电子垃圾拆解地区及周边地区环境状态不容乐观。

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定义和性质BDEs）是一种广泛应用于电子产品中的溴代阻燃构式如图 1-2 所示。根据溴原子的个数和与苯环的系组，共 209 种溴代联苯醚。PBDEs 的沸点在 583 K中，PBDEs 只属于一种添加剂，并不与电子产品中品的运行、废弃堆放、拆解、热处理和焚烧过程中学性质稳定，进入环境中的 PBDEs 不易被降解，用向周边地区扩散，并随着食物链富集对生物造成表明，PBDEs 可改变供试动物甲状腺细胞形态、使通过调整生物体内的信号化学物质，影响内分泌系大脑皮层关键蛋白的表达[18]。王兴华[19]研究发现集在肝脏中，损害肝脏功能。

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研究技术路线

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