負(fù)載型納米零價鐵去除溶液中Pb(Ⅱ)的性能及機(jī)理研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的大力推進(jìn)，重金屬污染事件頻頻發(fā)生，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。其中鉛及其化合物是一種不可降解的環(huán)境污染物，性質(zhì)穩(wěn)定，可通過廢水、廢氣和廢渣大量流入環(huán)境，產(chǎn)生污染，危害人體健康，作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒物，鉛對人體尤其是兒童的健康和智力危害異常嚴(yán)重。因此，鉛污染環(huán)境的修復(fù)技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注。
　　自從上世紀(jì)80年代末，零價鐵便被報(bào)道可以用來去除水中的氯代有機(jī)物，近年來利用零價鐵處理水體中污染物已成

2、為非常熱門的研究領(lǐng)域，特別在去除重金屬方面得到了廣泛的應(yīng)用。納米零價鐵（NZVI）不但具有零價鐵的特性，而且比普通零價鐵具有更強(qiáng)的吸附性、更大的比表面積及更高的反應(yīng)活性，但是NZVI也存在化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易氧化、易團(tuán)聚等問題。有研究表明，將NZVI固定在某些特定的載體上制成負(fù)載型的NZVI，可以有效防止粒子的團(tuán)聚，提高反應(yīng)活性。
　　本研究考慮玉米淀粉具有無毒、廉價易得、可生物降解、無二次污染等特點(diǎn)，選擇玉米淀粉作為載體，制備一種

3、新型的復(fù)合材料——玉米淀粉負(fù)載型納米零價鐵（NZVI/CS）。分別使用NZVI/CS和NZVI去除溶液中的Pb(Ⅱ)，根據(jù)正交試驗(yàn)確定了去除Pb(Ⅱ)的最佳條件，并運(yùn)用等溫吸附模型、熱力學(xué)模型和動力學(xué)模型，從宏觀角度探討負(fù)載型納米零價鐵去除溶液中Pb(II)的行為及規(guī)律；研究和運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）、比表面積（BET）、X射線衍射（XRD）等分析技術(shù)手段對合成的材料進(jìn)行表征分析，從微觀角度探討負(fù)載型納米零價鐵去除溶

4、液中Pb(II)的機(jī)理。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果有：
　　1.使用液相還原法制備NZVI/CS的最佳條件為：BH4—與Fe3+比例值為4:1，玉米淀粉與NZVI的比例為1.5:1。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)直觀分析確定了影響試驗(yàn)去除效果的因素排序依次為：溶液pH值>NZVI/CS投加量>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時間，并確定了最佳去除條件。通過最佳條件對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NZVI/CS具有更好的去除性能，在60min時，去除率可達(dá)到100%，NZVI和玉米淀粉僅為8

5、3%和51%，因此，引入玉米淀粉可有效提高NZVI的穩(wěn)定性及反應(yīng)活性。
　　2.對兩種材料分別進(jìn)行等溫吸附、熱力學(xué)、動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，兩種材料對Pb(Ⅱ)的吸附均更符合Langmuir等溫吸附方程，屬于單分子層化學(xué)吸附；對Pb(Ⅱ)的吸附為自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，且隨著初始Pb(Ⅱ)濃度的增加，自發(fā)程度越來越低，隨著溫度的升高，吸附效果越好，吉布斯自由能ΔG0在-20～0KJ/mol，屬于物理吸附；準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能夠更好的描述吸附Pb

6、(Ⅱ)的過程，運(yùn)用Arrhenius方程計(jì)算得出表觀活化能Ea均在0～40KJ/mol，屬于物理吸附。因此，兩種材料對Pb(Ⅱ)的吸附過程是物理吸附與化學(xué)吸附并存的過程。
　　3.由SEM分析可知：NZVI/CS與NZVI相比，顆粒大小均勻且表面光滑，粒徑明顯變小，平均粒徑在50nm左右，主要呈鏈狀球體，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少；由EDS分析可知：NZVI/CS較NZVI，表面Fe元素含量增加明顯，O元素含量降低，引入玉米淀粉降低了NZV

7、I的氧化程度，增加了其比表面積。由BET分析可知：NZVI的比表面積為28.44m2·g-1，NZVI/CS的比表面積為46.82m2·g-1，說明使用玉米淀粉負(fù)載后的NZVI粒徑變小了、比表面積增大了；由XRD分析可知：NZVI/CS反應(yīng)前的特征峰在2θ=44.7°左右，與鐵的110晶面（2θ=44.6732°）所對應(yīng)的最強(qiáng)衍射峰相符合，并沒有看到任何鐵氧化物的衍射峰出現(xiàn)，說明樣品中主要為單質(zhì)鐵，幾乎沒有鐵氧化物存在，產(chǎn)品純度較高，由