非均相催化降解地下水中有机氯化合物的机理研究
发布时间：2020-12-06 04:10
有机氯化合物难以被生物降解、毒性极强,会通过挥发、泄露等途径进入环境,现已在水体中普遍检出,长此以往将严重破坏生态环境,危害人体健康,对此类污染水体的治理已经刻不容缓。纳米零价铁因比表面积大、反应活性强、价格低廉等优点而在环境修复领域受到广泛关注,但易团聚和氧化的特点使其在实际应用过程中受到诸多限制。如何通过材料改性、方法优化等方式提升纳米零价铁的性能已成为时下研究的热点。本研究选取两种典型的有机氯化合物——四氯化碳和2,4-D作为目标污染物,通过优化后的还原共沉淀法制备出四氧化三铁负载纳米零价铁颗粒和四氧化三铁负载铁钯双金属复合颗粒,利用零价铁的特性分别构成Fe0@Fe3O4协同还原体系、Fe0/Pd@Fe3O4双金属复合还原体系及Fe0@Fe3O4/H2O2非均相类芬顿体系从氧化还原两种途径对目标污染物进行降解。考察了不同体系下溶液pH值、反应...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Fe0@Fe3O4制备装置简图
第2章催化剂的的制备与表征302.2.3Fe0@Fe3O4的表征刚制备出的Fe0@Fe3O4纳米颗粒外观为黑色粉末状。如扫描电镜（SEM）图2-2(a)所示，受自身纳米尺寸及磁偶极子间相互作用力的影响，Fe0@Fe3O4多以链状分布，个体颗粒呈圆球状，尺寸主要在50~300nm之间。相似研究认为这种结构是由零价铁附着在Fe3O4表面构成的，该结构特征可以增加nZVI的比表面积，改善因其聚集和钝化造成的反应活性下降问题，进而提高催化颗粒的稳定性（Tanetal.,2017）。与单一纳米零价铁颗粒相比，引入Fe3O4作为载体可以使该种复合材料具有更好的分散性（Zhuetal.,2009；Fanetal.,2012）。相关研究证实，引入活性炭、石墨烯、树脂和多壁碳纳米管等外部载体是避免纳米零价铁颗粒团聚的有效途径之一（Avilaetal.,2014；Lvetal.,2011；Lietal.,2015；Duarteetal.,2009）。与活性炭、石墨烯等材料相比，Fe3O4颗粒在改善以上问题的同时可以加速电子在nZVI到目标污染物质之间的转移；此外，Fe0-Fe3O4间还存在着原电池的协同作用。图2-2Fe0@Fe3O4纳米颗粒(a)扫描电镜图(b)透射电镜图(c)X射线能谱分析
中国地质大学（北京）博士学位论文31图2-2(b)中的透射电镜（TEM）分析表明，复合纳米颗粒的表面存在一层铁的氧化膜，这是由于零价铁极强的还原性使得其在制备、储存和制样分析过程中存在着难以避免的氧化。图2-2(c)为Fe0@Fe3O4纳米颗粒外层的EDS谱图，反映了该物质外层的元素分布。附着在Fe3O4表面的高活性零价铁在合成、干燥、储存及应用过程中极易被氧化成氧化铁，外层分析中氧元素（O）的存在可以证实这种现象（Lvetal.,2011）。此外，样品中碳（C）的存在主要是分析检测过程中使用的导电胶和制备过程中引入的杂质所导致的。nZVI和Fe0@Fe3O4的氮吸附-解吸等温线及比表面积、孔体积和平均孔径见图2-3及表2-3。图2-3Fe0@Fe3O4颗粒和纳米零价铁的BJH低温吸附-脱附等温线及孔径分布图表2-3纳米零价铁颗粒及Fe0@Fe3O4纳米颗粒BET参数样品比表面积(m2/g)孔体积(cm3/g)平均孔径(nm)nZVI14.5600.11028.185Fe0@Fe3O467.1270.21611.321
【参考文献】：
期刊论文
[1]催化臭氧氧化降解PCB有机废液及其机理[J]. 鲁蓝锶,陈际达,鄢婷,付登林,文亚男,邓智博,张柔. 环境工程学报. 2019(09)
[2]WO3-TiO2/ZSM-5催化剂的制备及其光催化脱氯性能[J]. 崔世强,闫锋,于洪华. 石油化工. 2019(05)
[3]Interfacial mechanisms of heterogeneous Fenton reactions catalyzed by iron-based materials: A review[J]. Jie He,Xiaofang Yang,Bin Men,Dongsheng Wang. Journal of Environmental Sciences. 2016(01)
[4]蒸汽-空气混合注射修复TCE污染的二维土箱实验研究[J]. 王宁,彭胜,陈家军. 环境科学. 2014(07)
[5]稳定态纳米零价铁-厌氧菌联合处理法降解2,4,6-三氯苯酚[J]. 舒亚婕,万金泉,关泽宇,马邕文. 化工环保. 2014(03)
[6]纳米零价铁催化过氧化氢强化修复4-氯硝基苯污染地下水的研究[J]. 付融冰. 环境科学. 2014(04)
[7]Insight into the mode of action of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid（2,4-D） as an herbicide[J]. Yaling Song. Journal of Integrative Plant Biology. 2014(02)
[8]2,4-二氯苯酚的电化学氧化降解反应研究[J]. 马淳安,王芬,卢金金,李美超,郑万芳. 高等学校化学学报. 2013(12)
[9]曝气吹脱法去除水中三氯乙烯等有机污染物[J]. 向华,施俭,张青,陆峰. 净水技术. 2011(05)
[10]Fe（OH）2悬浮液在EDTA作用下氧气氧化生成δ-FeOOH的机理研究[J]. 魏雨,孟哲,贾振斌,马子川. 高等学校化学学报. 2005(05)
硕士论文
[1]新型Pd/PPy-rGO/foam-Ni电极的制备及其电化学还原三氯生的研究[D]. 栾聪.天津工业大学 2019
[2]电化学法还原降解四氯化碳及其中间产物[D]. 杨卓.中国地质大学(北京) 2018
[3]纳米零价铁处理水中含氯有机物和铅的研究[D]. 余淑贞.景德镇陶瓷大学 2016
本文编号：2900696
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Fe0@Fe3O4制备装置简图
第2章催化剂的的制备与表征302.2.3Fe0@Fe3O4的表征刚制备出的Fe0@Fe3O4纳米颗粒外观为黑色粉末状。如扫描电镜（SEM）图2-2(a)所示，受自身纳米尺寸及磁偶极子间相互作用力的影响，Fe0@Fe3O4多以链状分布，个体颗粒呈圆球状，尺寸主要在50~300nm之间。相似研究认为这种结构是由零价铁附着在Fe3O4表面构成的，该结构特征可以增加nZVI的比表面积，改善因其聚集和钝化造成的反应活性下降问题，进而提高催化颗粒的稳定性（Tanetal.,2017）。与单一纳米零价铁颗粒相比，引入Fe3O4作为载体可以使该种复合材料具有更好的分散性（Zhuetal.,2009；Fanetal.,2012）。相关研究证实，引入活性炭、石墨烯、树脂和多壁碳纳米管等外部载体是避免纳米零价铁颗粒团聚的有效途径之一（Avilaetal.,2014；Lvetal.,2011；Lietal.,2015；Duarteetal.,2009）。与活性炭、石墨烯等材料相比，Fe3O4颗粒在改善以上问题的同时可以加速电子在nZVI到目标污染物质之间的转移；此外，Fe0-Fe3O4间还存在着原电池的协同作用。图2-2Fe0@Fe3O4纳米颗粒(a)扫描电镜图(b)透射电镜图(c)X射线能谱分析
中国地质大学（北京）博士学位论文31图2-2(b)中的透射电镜（TEM）分析表明，复合纳米颗粒的表面存在一层铁的氧化膜，这是由于零价铁极强的还原性使得其在制备、储存和制样分析过程中存在着难以避免的氧化。图2-2(c)为Fe0@Fe3O4纳米颗粒外层的EDS谱图，反映了该物质外层的元素分布。附着在Fe3O4表面的高活性零价铁在合成、干燥、储存及应用过程中极易被氧化成氧化铁，外层分析中氧元素（O）的存在可以证实这种现象（Lvetal.,2011）。此外，样品中碳（C）的存在主要是分析检测过程中使用的导电胶和制备过程中引入的杂质所导致的。nZVI和Fe0@Fe3O4的氮吸附-解吸等温线及比表面积、孔体积和平均孔径见图2-3及表2-3。图2-3Fe0@Fe3O4颗粒和纳米零价铁的BJH低温吸附-脱附等温线及孔径分布图表2-3纳米零价铁颗粒及Fe0@Fe3O4纳米颗粒BET参数样品比表面积(m2/g)孔体积(cm3/g)平均孔径(nm)nZVI14.5600.11028.185Fe0@Fe3O467.1270.21611.321
【参考文献】：
期刊论文
[1]催化臭氧氧化降解PCB有机废液及其机理[J]. 鲁蓝锶,陈际达,鄢婷,付登林,文亚男,邓智博,张柔. 环境工程学报. 2019(09)
[2]WO3-TiO2/ZSM-5催化剂的制备及其光催化脱氯性能[J]. 崔世强,闫锋,于洪华. 石油化工. 2019(05)
[3]Interfacial mechanisms of heterogeneous Fenton reactions catalyzed by iron-based materials: A review[J]. Jie He,Xiaofang Yang,Bin Men,Dongsheng Wang. Journal of Environmental Sciences. 2016(01)
[4]蒸汽-空气混合注射修复TCE污染的二维土箱实验研究[J]. 王宁,彭胜,陈家军. 环境科学. 2014(07)
[5]稳定态纳米零价铁-厌氧菌联合处理法降解2,4,6-三氯苯酚[J]. 舒亚婕,万金泉,关泽宇,马邕文. 化工环保. 2014(03)
[6]纳米零价铁催化过氧化氢强化修复4-氯硝基苯污染地下水的研究[J]. 付融冰. 环境科学. 2014(04)
[7]Insight into the mode of action of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid（2,4-D） as an herbicide[J]. Yaling Song. Journal of Integrative Plant Biology. 2014(02)
[8]2,4-二氯苯酚的电化学氧化降解反应研究[J]. 马淳安,王芬,卢金金,李美超,郑万芳. 高等学校化学学报. 2013(12)
[9]曝气吹脱法去除水中三氯乙烯等有机污染物[J]. 向华,施俭,张青,陆峰. 净水技术. 2011(05)
[10]Fe（OH）2悬浮液在EDTA作用下氧气氧化生成δ-FeOOH的机理研究[J]. 魏雨,孟哲,贾振斌,马子川. 高等学校化学学报. 2005(05)
硕士论文
[1]新型Pd/PPy-rGO/foam-Ni电极的制备及其电化学还原三氯生的研究[D]. 栾聪.天津工业大学 2019
[2]电化学法还原降解四氯化碳及其中间产物[D]. 杨卓.中国地质大学(北京) 2018
[3]纳米零价铁处理水中含氯有机物和铅的研究[D]. 余淑贞.景德镇陶瓷大学 2016
本文编号：2900696
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