ZVI還原技術(shù)用于地下水污染物的同步修復(fù)及評(píng)估預(yù)測(cè)模擬研究.pdf

1、零價(jià)鐵(ZVI)是一種強(qiáng)還原劑，對(duì)于地下水污染物去除具有良好的效果。本文在試驗(yàn)過(guò)程中，采用化學(xué)還原法制備了微米級(jí)Pd／Fe雙金屬，納米級(jí)Fe和納米級(jí)Ni／Fe雙金屬等催化還原劑，通過(guò)TEM、BET-N<,2>、XRD等表征手段對(duì)還原鐵粉、納米級(jí)、普通Pd／Fe顆粒和納米級(jí)Pd／Fe等顆粒的形狀和大小、比表面積以及納米級(jí)Fe和納米級(jí)Pd／Fe的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定。分別選用還原鐵粉、納米級(jí)Fe對(duì)六價(jià)鉻去除率進(jìn)行了系統(tǒng)研究；采用普通Pd／Fe

2、雙金屬和納米級(jí)Ni／Fe雙金屬對(duì)鄰、對(duì)硝基氯苯進(jìn)行了催化還原脫氯研究；然后采用納米級(jí)Ni／Fe對(duì)六價(jià)鉻和對(duì)硝基氯苯進(jìn)行了同步修復(fù)研究，得出反應(yīng)過(guò)程中各反應(yīng)物和生成物的濃度變化規(guī)律?？疾炝瞬煌呋€原劑、鈀化率、納米級(jí)Pd／Fe投加量、反應(yīng)溫度、初始pH值以及反應(yīng)物初始濃度等因素對(duì)處理效果和反應(yīng)速率的影響。通過(guò)產(chǎn)物分析結(jié)合鉻的氧化還原電勢(shì)E-pH圖研究了六價(jià)鉻的去除機(jī)理，通過(guò)中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物分析研究了對(duì)硝基氯苯的催化還原脫氯的反應(yīng)機(jī)理。

3、最后通過(guò)地下水原位修復(fù)中試裝置，結(jié)合中試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了ZVI修復(fù)污染地下水的預(yù)測(cè)模型。 本文主要結(jié)論如下： 1．通過(guò)TEM分析得出純還原鐵粉的表面比較光滑、均勻；普通Pd／Fe表面形成了許多白色小突起，這些白色突起構(gòu)成了表面催化活性位。大多數(shù)納米級(jí)Fe和納米級(jí)Ni／Fe顆粒的直徑都在100nm以下，但有團(tuán)聚現(xiàn)象，球狀顆粒連接成樹(shù)枝狀。BET-N<,2>測(cè)得還原鐵粉，鈀／鐵(0.005％)，納米

4、鐵的比表面積分別為0.49、0.62、12.4m<'2>／g。納米級(jí)Fe和普通Pd／Fe的XRD譜圖上都出現(xiàn)與Fe的110衍射(d=0.2027nm)相對(duì)應(yīng)的衍射峰，而普通Pd／Fe的XRD譜圖上并未出現(xiàn)金屬Pd的衍射峰。 2．影響零價(jià)鐵去除六價(jià)鉻反應(yīng)速率的因素有：零價(jià)鐵投加量、六價(jià)鉻初始濃度、反應(yīng)溫度和初始pH值、腐殖酸濃度、銅離子濃度、淀粉投加量等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明較大的零價(jià)鐵投加量、較高的反應(yīng)溫度和較低的初始pH值有利于六

5、價(jià)鉻的去除反應(yīng)。腐殖酸濃度、銅離子濃度和淀粉投加量則存在一個(gè)合適的濃度范圍使六價(jià)鉻的去除反應(yīng)速率最快。Cr(VI)去除的表觀動(dòng)力學(xué)常數(shù)與鐵粉的投加量、比表面積呈線性遞增關(guān)系；隨著初始pH值的升高而減緩。 3．影響零價(jià)鐵雙金屬體系(Pd/Fe或Ni/Fe)對(duì)鄰、對(duì)硝基氯苯催化還原脫氯效果和反應(yīng)速率的因素有：鈀化率(鎳化率)、雙金屬投加量、反應(yīng)溫度、初始pH值、鄰、對(duì)硝基氯苯初始濃度和搖床轉(zhuǎn)速。較高的鈀化率(鎳化率)、雙金屬投加量

6、和較高的反應(yīng)溫度有利于脫氯反應(yīng)；而初始 pH 值則存在一個(gè)適宜值。反應(yīng)物的物質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)速率有著明顯的影響，相同條件下p-NCB 比o-NCB更容易降解。 4．納米級(jí)Fe同步修復(fù)p-NCB和Cr(VI)的產(chǎn)物為p-CAN和Cr(Ⅲ)，同步修復(fù)p-NCB和Ni(Ⅱ)中的產(chǎn)物為苯胺和Ni。p-NCB和Cr(VI)在反應(yīng)中存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，p-NCB和Ni(Ⅱ)在反應(yīng)中存在協(xié)同效應(yīng)。納米級(jí)Ni/Fe雙金屬應(yīng)用于p-NCB和Cr(VI)的

7、同步修復(fù)，可取得很好的脫氯效果。反應(yīng)產(chǎn)物為Cr(Ⅲ)和苯胺，并不釋放中間產(chǎn)物。較高的Ni(Ⅱ)濃度和反應(yīng)溫度，可以促進(jìn)還原降解反應(yīng)的進(jìn)行。而較高的Cr(VI)，p-NCB初始濃度或者初始pH值，會(huì)導(dǎo)致還原降解效率的下降。 5．零價(jià)鐵還原降解Cr(VI)的機(jī)理為：零價(jià)鐵在水中發(fā)生電腐蝕反應(yīng)，生成Fe<'2＋>和H2。在此作用下Cr(VI)在零價(jià)鐵表面被還原，產(chǎn)物為Cr(Ⅲ)氫氧化物，同時(shí)Fe也不斷被氧化成Fe(Ⅲ)氫氧化物。兩種

8、金屬氫氧化物在零價(jià)鐵表面形成Fe(1-X)Cr<,x>OOH沉淀物，覆蓋了零價(jià)鐵的表面。零價(jià)鐵雙金屬體系對(duì)p-NCB的催化還原脫氯的機(jī)理為：Fe與水或氫離子反應(yīng)產(chǎn)生H，F(xiàn)e被氧化為Fe<,2＋>。p-NCB在H和催化劑Pd或 Ni作用下被還原脫氯，過(guò)程是p-NCB先被降解為對(duì)氯苯胺，然后再被降解為苯胺并脫氯。Fe<,2＋>與溶液中的溶解氧和OH反應(yīng)，在納米級(jí)Pd/Fe表面上形成鈍化層，阻礙了催化還原脫氯反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。 6．采用