铁基材料产羟基自由基特征与除砷机制
发布时间：2021-02-28 02:32
砷作为一种无机污染物在世界各地的地下水中和工业废水中频频检出,现有的处理技术很难应对日益增长的污染需求。因此,开发更行之有效的吸附剂以及对去除机理的探究显得非常有必要。本研究以As为目标污染物,通过开发独特的铁基矿物体系（包括高温高压菱铁矿（SID-HTP）和活性零价铁（AIM））,探究了两种体系下对于As的处理效率,羟基自由基产生,影响因素及综合反应机理等。得出主要结论如下:（1）SID-HTP吸附剂的结晶程度好、菱铁矿占比高。好氧条件下,SID-HTP对As（V）的去除效果明显高于厌氧条件。好氧条件下SID-HTP在较宽的pH值范围内有着对As（V）极佳的去除效果。菱铁矿向针铁矿和纤铁矿的矿物转化是SID-HTP高效去除As（V）的主要原因。（2）在好氧除砷过程中,SID-HTP体系中产生了羟基自由基,产量随着固体比的提升而增加。体系中羟基自由基的产生主要发生在固体上（80%）,水溶液中溶解Fe2+贡献的羟基自由基产量约为20%。pH值对SID-HTP体系产生羟基自由基的影响较大,酸性条件下羟基自由基产量较高。SO42-
【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】：
世界范围内遭受砷污染威胁的人口分布(Jadhavetal.,2015)
4重点。在自然界中有超过两百种矿物会向水体持续中释放As，造成地下水和地表水的砷污染问题非常严重。其次，因其毒性，常常被归类为无机污染物，且在工业应用中较为广泛，大量工业废水中含有很高浓度的As。因此，如何安全，经济，高效的去除水体中这类污染物，成为众多研究人员面临的很大挑战。图1-2水中砷形态随着Eh和pH的变化(KumaresanandRiyazuddin,2001)1.3铁基化合物除砷在最近的这20年来，铁基化合物被视为有效的As处理体系，因其高效的处理效果和低廉的造价，逐渐引起学者们的广泛关注。在研究初期，大量天然矿物因其在自然中广泛存在且经济等特点，学者们将这些天然矿物大进行研究，发现对于污染物特别是As等高毒性无机污染物的去除效果不错。但随着研究的深入，一些缺点逐渐暴露，主要的缺点是表面极易发生钝化且无法应对长期的As处理。此后，随着合成矿物的出现，逐步取代了天然矿物的研究。相较于天然矿物，合成矿物有着更高的纯度，这意味着更好的处理效果。同时伴随着工业化生产，其造价也逐渐可以接受。比如ZVI体系，如铁粉、零价铁、纳米零价铁等。零价铁通常作为还原剂在还原体系下有着广泛的应用，对于As的去除也有着不俗的效
27显现出极大的优势(Liangetal.,2017;MamindyPajanyetal.,2011)。图2-1N2吸附解吸附等温曲线通过分析SID-HTP的BET比表面积，我们已经对这种菱铁矿的物理结构性质有了比较细致的了解。而FTIR红外光谱分析，通过红外光源，可以用来侦测各种不同的化学分子性质，且对同时出现的不同种类的化学性质具有较高的鉴别能力。如图2-2所示，在不同条件下处理的SID-HTP，如原始样品、厌氧条件下去除砷后的样品、好氧条件下去除砷后的样品，都具有相似的吸附震动峰，但具体在三种条件下特征峰的出现与偏移又有着些许的不同。总的来讲，在范围3000-3600cm-1之间内应归类于O-H特征峰；在1621cm-1处为水分子的水解特征峰(Jiaetal.,2007;Mulleretal.,2010;Tangetal.,2013)；在1460和865cm-1两处均为碳酸盐的C-O特征峰；在1025cm-1处的特征峰可以归类为金属氧化物的羟基峰(M-OH)(Lietal.,2010)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]食品中砷的形态分析研究进展[J]. 胥佳佳,冯鑫,汤静,胡秋辉,赵立艳. 食品安全质量检测学报. 2016(06)
[2]高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征[J]. 周殷竹,郭华明,逯海. 现代地质. 2015(02)
[3]失守的中国地下水[J]. 江镕. 环境. 2013(04)
[4]高砷地下水研究的热点及发展趋势[J]. 贾永锋,郭华明. 地球科学进展. 2013(01)
[5]大同盆地地下水砷异常及其成因研究[J]. 王焰新,苏春利,谢先军,谢作明. 中国地质. 2010(03)
[6]中国北方高砷地下水分布特征及成因分析[J]. 韩双宝,张福存,张徽,贾小丰,何锦,李旭峰. 中国地质. 2010(03)
[7]饮用水除砷技术研究进展[J]. 李晓波. 环境工程学报. 2009(05)
[8]Fe/C微电解-超声波/Fenton氧化-活性炭吸附处理仲丁灵农药废水[J]. 邱俊,朱乐辉,裴浩言,孙娟. 环境污染与防治. 2009(04)
[9]光助Fenton氧化法降解水中六氯苯的研究[J]. 陈芳艳,倪建玲,唐玉斌. 环境工程学报. 2008(07)
[10]吸附法去除饮用水中砷的研究进展[J]. 李定龙,朱宏飞,关小红. 水资源保护. 2007(06)
博士论文
[1]非均相类-Fenton体系和活化过硫酸盐体系氧化降解2,4-二氯苯氧乙酸[D]. 陈海.中国地质大学(北京) 2017
硕士论文
[1]有机碳和无机碳对改性天然菱铁矿除砷的影响及机理[D]. 李付兰.中国地质大学(北京) 2017
本文编号：3055176
【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】：
世界范围内遭受砷污染威胁的人口分布(Jadhavetal.,2015)
4重点。在自然界中有超过两百种矿物会向水体持续中释放As，造成地下水和地表水的砷污染问题非常严重。其次，因其毒性，常常被归类为无机污染物，且在工业应用中较为广泛，大量工业废水中含有很高浓度的As。因此，如何安全，经济，高效的去除水体中这类污染物，成为众多研究人员面临的很大挑战。图1-2水中砷形态随着Eh和pH的变化(KumaresanandRiyazuddin,2001)1.3铁基化合物除砷在最近的这20年来，铁基化合物被视为有效的As处理体系，因其高效的处理效果和低廉的造价，逐渐引起学者们的广泛关注。在研究初期，大量天然矿物因其在自然中广泛存在且经济等特点，学者们将这些天然矿物大进行研究，发现对于污染物特别是As等高毒性无机污染物的去除效果不错。但随着研究的深入，一些缺点逐渐暴露，主要的缺点是表面极易发生钝化且无法应对长期的As处理。此后，随着合成矿物的出现，逐步取代了天然矿物的研究。相较于天然矿物，合成矿物有着更高的纯度，这意味着更好的处理效果。同时伴随着工业化生产，其造价也逐渐可以接受。比如ZVI体系，如铁粉、零价铁、纳米零价铁等。零价铁通常作为还原剂在还原体系下有着广泛的应用，对于As的去除也有着不俗的效
27显现出极大的优势(Liangetal.,2017;MamindyPajanyetal.,2011)。图2-1N2吸附解吸附等温曲线通过分析SID-HTP的BET比表面积，我们已经对这种菱铁矿的物理结构性质有了比较细致的了解。而FTIR红外光谱分析，通过红外光源，可以用来侦测各种不同的化学分子性质，且对同时出现的不同种类的化学性质具有较高的鉴别能力。如图2-2所示，在不同条件下处理的SID-HTP，如原始样品、厌氧条件下去除砷后的样品、好氧条件下去除砷后的样品，都具有相似的吸附震动峰，但具体在三种条件下特征峰的出现与偏移又有着些许的不同。总的来讲，在范围3000-3600cm-1之间内应归类于O-H特征峰；在1621cm-1处为水分子的水解特征峰(Jiaetal.,2007;Mulleretal.,2010;Tangetal.,2013)；在1460和865cm-1两处均为碳酸盐的C-O特征峰；在1025cm-1处的特征峰可以归类为金属氧化物的羟基峰(M-OH)(Lietal.,2010)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]食品中砷的形态分析研究进展[J]. 胥佳佳,冯鑫,汤静,胡秋辉,赵立艳. 食品安全质量检测学报. 2016(06)
[2]高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征[J]. 周殷竹,郭华明,逯海. 现代地质. 2015(02)
[3]失守的中国地下水[J]. 江镕. 环境. 2013(04)
[4]高砷地下水研究的热点及发展趋势[J]. 贾永锋,郭华明. 地球科学进展. 2013(01)
[5]大同盆地地下水砷异常及其成因研究[J]. 王焰新,苏春利,谢先军,谢作明. 中国地质. 2010(03)
[6]中国北方高砷地下水分布特征及成因分析[J]. 韩双宝,张福存,张徽,贾小丰,何锦,李旭峰. 中国地质. 2010(03)
[7]饮用水除砷技术研究进展[J]. 李晓波. 环境工程学报. 2009(05)
[8]Fe/C微电解-超声波/Fenton氧化-活性炭吸附处理仲丁灵农药废水[J]. 邱俊,朱乐辉,裴浩言,孙娟. 环境污染与防治. 2009(04)
[9]光助Fenton氧化法降解水中六氯苯的研究[J]. 陈芳艳,倪建玲,唐玉斌. 环境工程学报. 2008(07)
[10]吸附法去除饮用水中砷的研究进展[J]. 李定龙,朱宏飞,关小红. 水资源保护. 2007(06)
博士论文
[1]非均相类-Fenton体系和活化过硫酸盐体系氧化降解2,4-二氯苯氧乙酸[D]. 陈海.中国地质大学(北京) 2017
硕士论文
[1]有机碳和无机碳对改性天然菱铁矿除砷的影响及机理[D]. 李付兰.中国地质大学(北京) 2017
本文编号：3055176
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