磁場(chǎng)強(qiáng)化零價(jià)鐵去除水中Se(IV)和Se(VI)的效能和機(jī)制.pdf

1、隨著工業(yè)化的發(fā)展，水體中Se(IV)和Se(VI)的污染問題越來越嚴(yán)重。零價(jià)鐵(ZVI)作為一種綠色、廉價(jià)的還原劑被廣泛應(yīng)用于水中污染物的去除，但零價(jià)鐵具有反應(yīng)活性低且反應(yīng)過程中生成的鐵氧化物會(huì)進(jìn)一步降低其反應(yīng)活性的缺點(diǎn)。此外，零價(jià)鐵對(duì)Se(IV)和Se(VI)的去除性能缺少系統(tǒng)性的研究。因此本論文較系統(tǒng)地研究了零價(jià)鐵除Se(IV)效能和反應(yīng)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上率先提出了利用磁場(chǎng)來強(qiáng)化零價(jià)鐵除Se(IV)和Se(VI)的新技術(shù)，系統(tǒng)研究了

2、磁場(chǎng)對(duì)零價(jià)鐵除Se(IV)和Se(VI)機(jī)理的影響，并考察了磁場(chǎng)對(duì)已鈍化零價(jià)鐵(老化鐵)除Se(IV)過程的加速作用，最后通過磁場(chǎng)數(shù)值模擬等手段分析了磁場(chǎng)能加速零價(jià)鐵腐蝕的主要機(jī)理。
　　在磁力攪拌條件下，零價(jià)鐵與 Se(IV)的反應(yīng)符合假一級(jí)動(dòng)力學(xué)，當(dāng)pH從4.0升高到7.0，反應(yīng)的速率常數(shù)從0.467 min-1降低到0.037 min-1。相比厭氧情況，有氧情況下，Se(IV)的去除速率更快；Se(IV)去除速率隨著鐵投量的

3、增加、溫度的升高和零價(jià)鐵粒徑的降低而逐漸提高。當(dāng)Se(IV)的初始濃度從9.9 mg·L-1增加到78.6 mg·L-1，Se(IV)的去除速率先升高后降低。Fe2+的生成速率與Se(IV)的去除速率之間有很好的線性相關(guān)性，且投加鄰菲羅啉后Se(IV)的去除速率被極大地抑制，結(jié)合軟X射線顯微成像技術(shù)(SXTM)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Fe2+吸附在鐵氧化物表面，從而證明吸附在鐵氧化物表面的Fe2+和零價(jià)鐵共同將Se(IV)還原去除；X射線近邊結(jié)構(gòu)譜(

4、XANES)分析證明Se(IV)是先被吸附到鐵氧化物表面而后被零價(jià)鐵還原去除的。相比其他文獻(xiàn)中Se(IV)的去除方法，零價(jià)鐵除Se(IV)是一種更加快速有效綠色環(huán)保的方法。
　　針對(duì)研究過程中發(fā)現(xiàn)的磁力攪拌條件下比機(jī)械攪拌條件下零價(jià)鐵除Se(IV)速率更快的現(xiàn)象，研究首次發(fā)現(xiàn)磁力攪拌器提供的磁場(chǎng)可以提高零價(jià)鐵除Se(IV)的反應(yīng)速率。因而，論文進(jìn)一步系統(tǒng)地研究了磁場(chǎng)在不同pH和不同Se(IV)初始濃度下對(duì)零價(jià)鐵除Se(IV)動(dòng)力學(xué)

5、的影響。結(jié)果表明：磁場(chǎng)的存在大大提高了Se(IV)的去除速率，將零價(jià)鐵除 Se(IV)的有效 pH范圍從4.0～6.0擴(kuò)展為4.0～7.2；磁場(chǎng)大大提高了零價(jià)鐵對(duì)不同濃度Se(IV)的去除速率且Se(IV)的初始濃度越低磁場(chǎng)的提高作用越明顯。磁場(chǎng)的存在不僅加速了Se(IV)的去除，也大大提高了Fe2+的釋放速率、氧化還原電位(ORP)的降低速率及無定形鐵氧化物轉(zhuǎn)化為纖鐵礦的程度。X射線近邊結(jié)構(gòu)譜(XANES譜)分析表明，當(dāng)pH=6.0、

6、初始Se(IV)濃度≤20 mg·L-1時(shí)，磁場(chǎng)的存在加速了零價(jià)鐵還原Se(IV)為Se(0)的速度；當(dāng)pH=7.0、初始Se(IV)濃度為40 mg·L-1時(shí)，零價(jià)鐵通過先吸附后還原將Se(IV)還原為 Se(0)；當(dāng)pH=7.2時(shí)，零價(jià)鐵對(duì) Se(IV)的去除主要通過吸附作用完成；無論磁場(chǎng)存在與否，當(dāng)初始Se(IV)濃度為40 mg·L-1、pH為4.0～6.0時(shí)零價(jià)鐵通過快速還原去除Se(IV)。
　　Se(VI)是一種很難

7、被零價(jià)鐵去除的污染物，基于磁場(chǎng)可以極大地提高零價(jià)鐵的反應(yīng)活性，本論文對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)化零價(jià)鐵除Se(VI)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究結(jié)果表明：無磁場(chǎng)存在的情況下，零價(jià)鐵與Se(VI)反應(yīng)72 h基本無法將其去除。在磁場(chǎng)存在時(shí)，零價(jià)鐵可以較快地將Se(VI)去除，反應(yīng)符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)。但是當(dāng)零價(jià)鐵消耗完以后，生成的鐵氧化物對(duì)Se(VI)基本無去除。腐蝕產(chǎn)物的XRD分析和鐵邊的XANES譜結(jié)果表明該反應(yīng)過程的主要腐蝕產(chǎn)物為磁鐵礦(Fe3O4)和纖鐵礦(

8、γ-FeOOH)。硒邊的XANES譜分析結(jié)果表明Se(VI)的去除由三種途徑共同作用：一種是Se(VI)被還原為Se(IV)，還原后的Se(IV)被鐵氧化物或鐵的氫氧化物吸附共沉去除；另一種是 Se(VI)被還原為 Se(IV)進(jìn)一步再被還原為Se(0)然后再被去除；此外，腐蝕產(chǎn)物對(duì)Se(VI)有微弱的吸附作用，也可以將其去除一部分。
　　由于磁場(chǎng)對(duì)零價(jià)鐵還原Se(IV)的過程有較大地促進(jìn)作用，論文進(jìn)一步制備了一系列的老化鐵(AZ

9、VI)來深入研究磁場(chǎng)對(duì)老化鐵的去鈍化能力。研究結(jié)果表明，磁場(chǎng)存在的情況下，老化時(shí)間為6~60 h的老化鐵在去除Se(IV)的過程中具有相近的速率常數(shù)，但相比無磁場(chǎng)時(shí)的速率常數(shù)提高了10～100倍左右。XANES譜結(jié)果表明，磁場(chǎng)存在使得老化6~60 h的老化鐵去除Se(IV)的機(jī)理由先吸附后還原變?yōu)榭焖龠€原。Fe2+和Se(IV)去除之間的相關(guān)性分析也進(jìn)一步驗(yàn)證了該機(jī)理。因此，磁場(chǎng)是一種非常有效的去鈍化老化鐵的方法。
　　磁場(chǎng)能提高