介孔孔道限域納米零價鐵的制備及在地下水污染修復中的應用.pdf

1、納米零價鐵因具備較高的反應活性而成為環(huán)境污染修復領(lǐng)域的一個研究熱點，但是納米零價鐵易團聚和易氧化的特性使得其應用規(guī)模受到了限制。近年來，以介孔材料負載納米零價鐵被認為是可以緩解納米零價鐵缺陷的有效方式之一。目前這類負載技術(shù)主要包括傳統(tǒng)的化學液相還原法和高溫H2還原法。然而，傳統(tǒng)液相還原法制備的納米鐵顆粒只是隨機地分布在載體的外表面，介孔孔道的諸多優(yōu)點沒有被充分利用，高溫H2還原技術(shù)雖然可以有效將納米鐵微粒限域在孔道內(nèi)部，但操作條件較為苛

2、刻，危險性高。為此，本文提出了一種新的介孔孔道限域制備納米零價鐵的方法-“雙溶劑”液相還原技術(shù)，利用該技術(shù)實現(xiàn)了常溫常壓條件下將超細納米零價鐵粒子穩(wěn)定分散于介孔氧化硅的有序孔道內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，以地下水中常見污染物Cr(Ⅵ)和硝基苯作為目標物，考察所制備的新型納米鐵復合材料對地下水中重金屬和難降解有機物的還原性能。本論文的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:
　　(1)構(gòu)建“雙溶劑”液相還原新技術(shù)，制備出新型的NZVIs/SBA-15納米鐵

3、復合材料。采用N2吸附/脫附(BET)、X-射線衍射(XRD)、X-射線光電子能譜(XPS)、掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)以及全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)等方法對樣品進行表征，分析了“雙溶劑”液相還原技術(shù)的反應機理。結(jié)果表明，“雙溶劑”液相還原技術(shù)可以在SBA-15有序介孔孔道內(nèi)原位限域制備納米零價鐵粒子，有效避免了納米鐵粒子的團聚，減小了納米鐵粒子的尺寸，所制的納米零價鐵在孔道內(nèi)的平均粒徑約為5.9nm?！?/p>

4、雙溶劑”液相還原技術(shù)采用“雙溶劑”浸漬技術(shù)預先將Fe3+物種固定在有序介孔孔道內(nèi)部，再以疏水性環(huán)己烷作為第一溶劑，對介孔孔道內(nèi)表面進行醇化，增強孔道的親水性行為，以微量水（配制還原劑溶液）為第二溶劑，還原劑小液滴在疏水性環(huán)己烷氛圍、毛細作用和孔道的親水性行為的共同作用下被迫進入孔道，在孔道內(nèi)完成的鐵物種的還原反應。
　　(2)以地下水中重金屬Cr(Ⅵ)和芳香基化合物硝基苯作為目標污染物，考察了NZVIs/SBA-15對模擬地下水中

5、的重金屬及芳香基化合物的還原性能。結(jié)果表明，限域在孔道內(nèi)的納米零件鐵比擔載在載體外表面的納米零價鐵具有更高的反應活性，可以實現(xiàn)快速高效地去除水中的Cr(Ⅵ)和硝基苯，還原反應遵循一級動力學模型。在pH為5.5的條件下，0A7g/L(以Fe0當量用量計)的NZVIs/SBA-15對20mg/L的Cr(Ⅵ)的去除率高達99.7％，反應速率常數(shù)Kobs為0.600min-1。0.25g幾的NZVIs/SBA-15對20mg/L的硝基苯去除率可

6、以達到97.2‰反應速率常數(shù)Kobs為0.215min-1。NZVIs/SBA-15對污染物的去除主要是在介孔孔道內(nèi)完成，溶液中污染物先被NZVIs/SBA-15吸附，在毛細作用下迅速浸漬到介孔孔道中，與孔道內(nèi)納米零價鐵發(fā)生界面氧化還原反應，F(xiàn)e0作為電子供體將污染物還原。反應生成的沉淀物主要沉積在納米零價鐵表面，少量的Fe2+或Fe3+容易脫離孔道。
　　(3)考察了硬度、碳酸鹽以及腐殖酸等地下水中常見化學組對NZVIs/S B

7、A-15修復地下水污染的影響。硬度對NZVIs/SBA-15還原Cr(Ⅵ)和硝基苯均表現(xiàn)出抑制作用，鎂硬度的抻制作用要大于鈣硬度。CO32-存在會對NZVIs/SBA-15的污染修復性能產(chǎn)生抑制作用。在反應初期和高濃度條件下，HCO3-的緩沖作用促進了NZVIs/SBA-15孔道內(nèi)Fe0的腐蝕，但隨著反應時間的延長HCO3-又表現(xiàn)出抑制作用。腐殖酸對NZVIs/SBA-15反應活性幾乎沒有影響，但會降低污染物的去除速度。在Ca2+、HC