不同負(fù)載型納米零價鐵對水中Cu(II)和Cr(VI)的去除研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水體受重金屬污染嚴(yán)重，當(dāng)前水污染的治理成為現(xiàn)代社會最關(guān)注的問題。以零價鐵還原去除重金屬成為一個非?；钴S的研究領(lǐng)域。而納米零價鐵因其比表面積大、反應(yīng)活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于重金屬、硝酸鹽等污染物的治理。但由于納米零價鐵在空氣中不穩(wěn)定，且在使用中易團(tuán)聚，致使其反應(yīng)活性大大下降。針對上述問題，為了提高納米零價鐵的反應(yīng)活性，本文制備了多種負(fù)載型納米零價鐵，并將其用于水中 Cu(II)、Cr(VI)的去除，探究幾種負(fù)載型納米零價

2、鐵對水中 Cu(II)、Cr(VI)的去除效果及主要影響因素。并將其應(yīng)用于人工濕地中，探究其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。論文得出的主要結(jié)論如下：
　　（1）無機(jī)礦物材料具有多孔性結(jié)構(gòu)，可將納米零價鐵固定在其表面或內(nèi)部空隙中，以提高納米零價鐵的穩(wěn)定性。將制得的四種無機(jī)礦物負(fù)載型納米零價鐵（海泡石-nZVI、Na-蒙脫石-nZVI、Ca-蒙脫石-nZVI和沸石-nZVI）用于 Cu(II)、Cr(VI)的去除，發(fā)現(xiàn)當(dāng) m無機(jī)礦物：mFe2+

3、比例為4:1時，處理效果最好，可視為最佳比例；而四種無機(jī)礦物-nZVI對 Cu(II)去除率由大到小依次為 Na-蒙脫石-nZVI（98.26％）≈海泡石-nZVI（98.17%）>Ca-蒙脫石-nZVI（69.85%）>沸石-nZVI（63.11%），對 Cr(VI)去除率由大到小依次為 Na-蒙脫石-nZVI（98.76%）>沸石-nZVI（95.68%）>海泡石-nZVI（88.55%）>Ca-蒙脫石-nZVI（82.27%）；對

4、比研究空氣中存放15天后的負(fù)載型納米零價鐵與新鮮制備的負(fù)載型納米零價鐵對重金屬的去除效果，發(fā)現(xiàn)海泡石-nZVI和Na-蒙脫石-nZVI具有較好的穩(wěn)定性，而Ca-蒙脫石-nZVI和沸石-nZVI顆粒的穩(wěn)定性較差，15天后對Cu(II)的去除率分別下降了7.92%、7.93%，對Cr(VI)的去除率分別下降了9.59%、34.49%。可見，Na-蒙脫石-nZVI對水中 Cu(II)、Cr(VI)都具有較好的去除效果，且穩(wěn)定性強(qiáng)。
　　

5、（2）考察體系pH值、初始濃度以及Na-蒙脫石-nZVI（Mt-nZVI）投加量對去除Cu(II)、Cr(VI)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與普通nZVI相比， Mt-nZVI對40mg/LCu(II)、30 mg/L Cr(VI)具有更好的去除率，三種材料對Cu(II)、Cr(VI)的處理效率為Mt-nZVI>nZVI>Mt；Cu(II)去除率隨著pH的升高而升高，而Cr(VI)去除率隨著pH升高而降低；初始濃度的降低有利于 Cu(II)、Cr

6、(VI)去除率的提高；Mt-nZVI投加量的增加有利于 Cu(II)、Cr(VI)的去除；通過計(jì)算，Mt-nZVI顆粒去除 Cu(II)、Cr(VI)的動力學(xué)更符合擬二級動力學(xué)模型，其吸附行為更符合Langmuir吸附模型，并可得Mt-nZVI顆粒對Cu(II)的最大吸附量為133.51mg/g，對Cr(VI)的最大吸附量為24.09 mg/g。
　?。?）包埋法可將Mt-nZVI顆粒包埋于內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，相比前述的負(fù)載型零價鐵，該方

7、法提高了出水水質(zhì)，降低了分離操作的難度，并且避免了納米顆粒在使用中存在的環(huán)境風(fēng)險。但研究發(fā)現(xiàn)，相較于Mt-nZVI顆粒，經(jīng)SA包埋后的小球因傳質(zhì)阻力增加、接觸面積減小等原因，導(dǎo)致去除率降低，但隨著時間的增加，包埋小球?qū)u(II)、Cr(VI)的去除可持續(xù)進(jìn)行，在24h后，對40mg/L Cu(II)、30 mg/LCr(VI)的去除率分別達(dá)到92.11%、89.49%。此外，根據(jù)Mt-nZVI和SA比例對制備 SA/Mt-nZVI小球

8、物理性能及對 Cu(II)、Cr(VI)處理能力的影響，發(fā)現(xiàn)6.0wt%的Mt-nZVI顆粒和2.0 wt%的海藻酸鈉為最佳比例；初始pH的增加有利于Cu(II)的去除，但不利于Cr(VI)的去除，初始濃度的降低有利于Cu(II)、Cr(VI)去除率的提高；SA/Mt-nZVI小球去除 Cu(II)、Cr(VI)動力學(xué)過程遵循擬二級動力學(xué)模型的規(guī)律，其吸附行為可以用 Langmuir等溫吸附模型擬合，并可得對 Cu(II)的最大吸附量為

9、63.90 mg/g，對Cr(VI)的最大吸附量為17.25mg/g；XPS結(jié)果表明 SA/Mt-nZVI小球?qū)?Cu(II)、Cr(VI)的去除機(jī)理包括吸附和還原兩個步驟。SA/Mt-nZVI小球可有效凈化水中的Cu(II)、Cr(VI)，且可重復(fù)使用。重復(fù)使用3次后，對Cu(II)的去除率仍維持在59.52%，對Cr(VI)的去除率反而增加，達(dá)到96.82%。
　?。?）將SA/Mt-nZVI小球置于人工濕地中，探究其應(yīng)用于人

10、工濕地中的可行性。結(jié)果表明，與Mt-nZVI顆粒相比，SA/Mt-nZVI小球因其出水水質(zhì)澄清，出鐵量少而更適用于人工濕地凈化污染物；人工濕地中添加SA/Mt-nZVI小球可以顯著提高Cu(II)和Cr(VI)的去除率，且去除率隨SA/Mt-nZVI小球添加量的增加而增加，而出水Fe2+與總鐵的濃度也與 SA/Mt-nZVI小球添加量呈線性正相關(guān)；將 SA/Mt-nZVI小球（2.0 g）在人工濕地中連續(xù)使用兩次，對Cu(II)的去除率