液氮处理铁粉去除水中重金属及无机阴离子的研究
发布时间：2021-01-05 11:09
随着人类经济的发展,地球面临着相对严峻的环境问题,例如重金属及无机阴离子污染。这些污染问题严重地影响了生态安全和社会的可持续发展,因此环境修复成为当下研究热点。在环境治理中,零价铁因其高效低毒性等特性而被广泛应用,但微米零价铁颗粒尺寸较大,有效利用率低,易与空气和水接触形成氧化膜而使活性降低。在本文中,我们采用液氮浸泡铁粉,低温诱导铁粉表面产生裂缝,暴露出更多的零价铁和二价铁。对于不同的重金属污染物,液氮处理表现出截然不同的作用。液氮处理后的铁粉对锌（Zn）、镉（Cd）、汞（Hg）、银（Ag）的去除效果增强,相反,对镍（Ni）、铅（Pb）、铜（Cu）的去除则被抑制。我们发现,这主要与氧化还原电势和去除机制有关。液氮处理后的铁粉,Fe（0）会增多,溶液中能产生更多的OH-,从而会促进Zn（Ⅱ）和Cd（Ⅰ）的共沉淀。同时,增加的Fe（0）和Fe（Ⅱ）都能够促进Hg（Ⅱ）和Ag（Ⅰ）的还原。然而,在被液氮处理后,铁粉表面的-OH或其他官能团的减少则可能会抑制镍（Ni）、铅（Pb）和铜（Cu）的去除。另外,我们发现液氮处理能促进铁粉去除硝酸根的效率。在中性或碱性条件下,铁粉几乎不能去除硝酸根,...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１７年中国地下水质状况??我国虽然水资源总量丰富，但由于人口基数大，人均占有量少
零价铁去除污染物有几个固有的局限性，零价铁具有低反应性，因为它覆盖有在其??制造过程中产生的固有钝化层并且具有相对低的比表面积。??零价铁的反应性下降随时间，由于所引起的腐蚀产物，表面钝化形成氢氧化物??［３９，４０］，如Ｆｅ（ＯＨ）２沉淀，Ｆｅ（ＯＨ）３以及碳酸化合物ＦｅＣ〇３【４１，４２，４３］。此外，一些污染物??可以钝化零价铁，导致零价铁的反应性下降；由于Ｈ＋直接参与腐蚀反应和钝化膜在??金属表面沉淀所带来的质量传递限制，零价铁的反应性随着ｐＨ的增加而急剧下降，??因此零价铁技术通常仅在酸性条件下有效。??１．４．２零价铁的改性与修饰??由于零价铁表面易形成各种铁氧化物，所以改性零价铁表面是科研人员最近十??几年的出发点。根据这些改良方法的共性和特点，我们在此列举以下几类：原始零??价铁的预处理、酸洗零价铁表面、Ｈ２预处理、超声、微波、弱磁场、球磨零价铁等??来提高零价铁的反应活性，增强去除污染物的效率。??１．４．２．１预处理原始零价铁??商品零价铁粉由于生产过程中的氧气存在，其表面往往会形成不同程度的氧化??
１．４．２．３Ｈ２预处理??据研宄报道，Ｈ２处理零价铁的合成也有利于提高零价铁的反应活性。有研宄用４００°Ｃ的氢气来改性零价铁表面以加速零价铁对硝酸盐的去除［５８］。与未经预处的零价铁相比，经Ｈ２预处理的零价铁去除硝酸盐通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和??程序升温还原（ＴＰＲ）表明处理后的铁粉表面更加光滑，没有点蚀和裂缝，并且对于未经预处理的铁粉，预处理的铁上的氧分数更少。结果表明，Ｈ２预处理的零铁对硝酸盐还原的增强主要归因于表面活性位点的增加，表面的铁氧化层厚度变??薄。还有报道１１２在４００°（：下进行预处理零价铁，由于Ｈ２还原预处理，反应位点的??数量和每单位铁表面积的吸附容量均增加因此，Ｈ２预处理促进了通过同时附和还原从污染水中除去ＴＣＥ。而本身三氯乙烯（ＴＣＥ）在金属铁－水体系中的下是由于还原反应和在铁表面上的吸附的结合。特别是高度不纯的铁，加速了?ＴＣＥ??从水相中的去除，但延迟了稳态条件的普遍存在，此方法就很好的解决了该问题。??但Ｈ２处理铁粉仍然存在其优点，比如，虽然它不产生废水或污泥。然而，Ｈ２处理的应用可能受到反应发生所需的髙温的限制。操作复杂且难控制，成本高，易推广应用，这是在理论上适合，应用型较差。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略[J]. 穆毅,贾法龙,艾智慧,张礼知. 化学学报. 2017(06)
[2]新形势下我国农村水污染现状、成因与对策[J]. 莫欣岳,李欢,杨宏,潘峰,张镭. 世界科技研究与发展. 2016(05)
[3]我国农药生产现状和农药减量使用的重要意义[J]. 束放,熊延坤. 山东农药信息. 2016(02)
[4]浅析农村饮用水源污染原因及改善措施[J]. 赵欣华. 资源节约与环保. 2016(01)
[5]重金属离子捕集沉淀剂DTCR处理含镉废水工艺研究[J]. 田忠,赵渊,张粉艳,孙来九. 应用化工. 2008(10)
[6]含镉废水处理现状及其生物处理技术的进展[J]. 王璞,闵小波,柴立元. 工业安全与环保. 2006(08)
[7]重金属污染及其对植物生长发育的影响[J]. 刘万玲. 安徽农业科学. 2006(16)
[8]浅析我国水资源与水污染治理现状[J]. 陈红书. 云南环境科学. 2003(S1)
[9]重金属污染研究新进展[J]. 王学锋,朱桂芬. 环境科学与技术. 2003(01)
本文编号：2958554
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１７年中国地下水质状况??我国虽然水资源总量丰富，但由于人口基数大，人均占有量少
零价铁去除污染物有几个固有的局限性，零价铁具有低反应性，因为它覆盖有在其??制造过程中产生的固有钝化层并且具有相对低的比表面积。??零价铁的反应性下降随时间，由于所引起的腐蚀产物，表面钝化形成氢氧化物??［３９，４０］，如Ｆｅ（ＯＨ）２沉淀，Ｆｅ（ＯＨ）３以及碳酸化合物ＦｅＣ〇３【４１，４２，４３］。此外，一些污染物??可以钝化零价铁，导致零价铁的反应性下降；由于Ｈ＋直接参与腐蚀反应和钝化膜在??金属表面沉淀所带来的质量传递限制，零价铁的反应性随着ｐＨ的增加而急剧下降，??因此零价铁技术通常仅在酸性条件下有效。??１．４．２零价铁的改性与修饰??由于零价铁表面易形成各种铁氧化物，所以改性零价铁表面是科研人员最近十??几年的出发点。根据这些改良方法的共性和特点，我们在此列举以下几类：原始零??价铁的预处理、酸洗零价铁表面、Ｈ２预处理、超声、微波、弱磁场、球磨零价铁等??来提高零价铁的反应活性，增强去除污染物的效率。??１．４．２．１预处理原始零价铁??商品零价铁粉由于生产过程中的氧气存在，其表面往往会形成不同程度的氧化??
１．４．２．３Ｈ２预处理??据研宄报道，Ｈ２处理零价铁的合成也有利于提高零价铁的反应活性。有研宄用４００°Ｃ的氢气来改性零价铁表面以加速零价铁对硝酸盐的去除［５８］。与未经预处的零价铁相比，经Ｈ２预处理的零价铁去除硝酸盐通过扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和??程序升温还原（ＴＰＲ）表明处理后的铁粉表面更加光滑，没有点蚀和裂缝，并且对于未经预处理的铁粉，预处理的铁上的氧分数更少。结果表明，Ｈ２预处理的零铁对硝酸盐还原的增强主要归因于表面活性位点的增加，表面的铁氧化层厚度变??薄。还有报道１１２在４００°（：下进行预处理零价铁，由于Ｈ２还原预处理，反应位点的??数量和每单位铁表面积的吸附容量均增加因此，Ｈ２预处理促进了通过同时附和还原从污染水中除去ＴＣＥ。而本身三氯乙烯（ＴＣＥ）在金属铁－水体系中的下是由于还原反应和在铁表面上的吸附的结合。特别是高度不纯的铁，加速了?ＴＣＥ??从水相中的去除，但延迟了稳态条件的普遍存在，此方法就很好的解决了该问题。??但Ｈ２处理铁粉仍然存在其优点，比如，虽然它不产生废水或污泥。然而，Ｈ２处理的应用可能受到反应发生所需的髙温的限制。操作复杂且难控制，成本高，易推广应用，这是在理论上适合，应用型较差。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略[J]. 穆毅,贾法龙,艾智慧,张礼知. 化学学报. 2017(06)
[2]新形势下我国农村水污染现状、成因与对策[J]. 莫欣岳,李欢,杨宏,潘峰,张镭. 世界科技研究与发展. 2016(05)
[3]我国农药生产现状和农药减量使用的重要意义[J]. 束放,熊延坤. 山东农药信息. 2016(02)
[4]浅析农村饮用水源污染原因及改善措施[J]. 赵欣华. 资源节约与环保. 2016(01)
[5]重金属离子捕集沉淀剂DTCR处理含镉废水工艺研究[J]. 田忠,赵渊,张粉艳,孙来九. 应用化工. 2008(10)
[6]含镉废水处理现状及其生物处理技术的进展[J]. 王璞,闵小波,柴立元. 工业安全与环保. 2006(08)
[7]重金属污染及其对植物生长发育的影响[J]. 刘万玲. 安徽农业科学. 2006(16)
[8]浅析我国水资源与水污染治理现状[J]. 陈红书. 云南环境科学. 2003(S1)
[9]重金属污染研究新进展[J]. 王学锋,朱桂芬. 环境科学与技术. 2003(01)
本文编号：2958554
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