纳米零价铁的制备、改性及去除水中典型重金属和有机物的效能与机理

发布时间：2023-05-18 22:55

　　随着工业生产规模的不断扩大,重金属和有机类污染物大量排放到天然水体中造成了严重的环境污染问题。由于这些污染物具有种类复杂、存在周期长、难以被去除等特点,导致传统的水处理技术对其去除能力有限。因此,探索新型、高效、经济地去除水体中重金属和有机污染物的材料和方法是一项很有价值的研究课题。纳米零价铁(nZVI)具备了纳米材料优异的吸附性能和铁良好的还原性能,能够高效去除环境中多种污染物。本文通过液相还原法制备了具有高反应活性的nZVI,研究了 nZVI和改性nZVI去除水中典型重金属(Cr(Ⅵ))和有机污染物硝基苯的效能与机理。在此基础上,探究了纳米零价铁活化过硫酸盐产生高效自由基去除难降解有机污染物咖啡因的效能。研究结果将为nZVI的实际应用提供理论指导。本文主要从以下四个方面开展实验研究:(1)通过液相还原法制备了 nZVI并对其进行扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)、比表面积(BET)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)和粒度分析,以探究nZVI的表面形貌、晶相特征、元素组成和粒径分布等,为研究nZVI去除污染物的内在机理提供理论基础。SEM...

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
文章中缩写对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 铬的来源、危害及去除方法
        1.1.2 硝基苯的来源、危害及去除方法
        1.1.3 咖啡因的来源、危害及去除方法
    1.2 纳米零价铁的研究进展
    1.3 纳米零价铁去除重金属和有机污染物的研究
        1.3.1 去除重金属的研究进展
        1.3.2 去除有机污染物的研究进展
        1.3.3 纳米零价铁活化过硫酸盐去除有机污染物的研究
    1.4 课题选题意义及目的
    1.5 本文的主要研究内容
        1.5.1 nZVI及其改性材料的表征
        1.5.2 nZVI对六价铬的去除效果研究
        1.5.3 nZVI对硝基苯的去除效果研究
        1.5.4 nZVI活化过硫酸盐对咖啡因的去除效果研究
    1.6 技术路线图
第二章 实验材料与方法
    2.1 实验材料与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 实验步骤
        2.2.1 nZVI及其改性nZVI的制备
        2.2.2 nZVI去除六价铬实验
        2.2.3 nZVI对硝基苯去除实验研究
        2.2.4 nZVI活化过硫酸盐降解咖啡因实验
    2.3 检测分析方法
        2.3.1 nZVI及其改性nZVI的表征方法
        2.3.2 六价铬的检测方法
        2.3.3 硝基苯和咖啡因的检测方法
        2.3.4 可溶性铁的检测方法
    2.4 数据分析和数据计算方法
        2.4.1 吸附量
        2.4.2 吸附动力学模型
        2.4.3 吸附热力学模型
        2.4.4 内扩散模型
        2.4.5 阿伦尼乌斯方程
第三章 nZVI及其改性材料的表征
    3.1 SEM-EDS和BET结果分析
    3.2 XRD结果分析
    3.3 改性nZVI材料表征
    3.4 本章小结
第四章 nZVI对六价铬的去除效能和机理研究
    4.1 不同工艺条件下nZVI去除Cr(Ⅵ)的研究
        4.1.1 溶液初始pH的影响
        4.1.2 nZVI投加量和Cr(Ⅵ)初始浓度的影响
        4.1.3 温度的影响
    4.2 nZVI去除Cr(Ⅵ)的反应动力学、热力学和离子扩散模型研究
        4.2.1 动力学模型探讨
        4.2.2 等温吸附模型探讨
        4.2.3 粒子扩散模型探讨
        4.2.4 反应活化能研究
    4.3 水体基质的影响
        4.3.1 水体常见阴离子的影响
        4.3.2 Ca²⁺和Mg²⁺的影响
        4.3.3 腐殖酸的影响
    4.4 nZVI去除Cr(Ⅵ)的反应机理
        4.4.1 nZVI反应前后表征特性
        4.4.2 反应机理
    4.5 不同的改性方法对Cr(Ⅵ)去除效率的影响
    4.6 本章小结
第五章 nZVI对硝基苯的去除效果研究
    5.1 硝基苯初始浓度的影响
    5.2 水体基质的影响
        5.2.1 Cl^-的影响
        5.2.2 腐殖酸的影响
    5.3 不同的改性方法对硝基苯去除效能的影响
    5.4 反应产物研究
    5.5 nZVI活化过硫酸盐降解硝基苯的研究
    5.6 本章小结
第六章 nZVI活化过硫酸盐去除咖啡因的效能
    6.1 单因素实验
        6.1.1 不同体系降解咖啡因的对比研究
        6.1.2 nZVI投加量的影响
    6.2 自由基鉴定
    6.3 水体基质的影响
        6.3.1 常见阴离子的影响
        6.3.2 腐殖酸的影响
    6.4 溶液中可溶性铁的释放研究
    6.5 nZVI/PS体系降解其他有机污染物的研究
    6.6 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3819158