納米鐵系金屬復合材料去除地下水中硝酸鹽污染的研究.pdf

1、近年來隨工農業(yè)的快速發(fā)展，地下水中硝酸鹽的污染已成為一個相當重要的環(huán)境問題，且污染具有日益惡化的趨勢，目前已引起人們的普遍關注。結合納米技術對環(huán)境污染進行修復是當今世界一個新的發(fā)展方向。納米材料具有粒徑小，比表面積大以及表面活性高等特點，并可直接注入地下對污染區(qū)域實現(xiàn)原位修復，因此合成新型高效的納米材料去除地下水中硝酸鹽污染已成為環(huán)境中的一個研究熱點課題。 目前應用于地下水中硝酸鹽去除的技術主要有生物反硝化、離子交換技術、膜分離

2、法和化學還原修復等技術；其中生物處理法具有高效低耗的特點，但會導致出水中含有細菌和殘留有機物，必須進行后續(xù)處理；離子交換和膜分離等物理化學處理技術只是將硝酸鹽污染物進行了濃縮或轉移，并沒有對其進行徹底去除，同時產生高濃度再生廢液同樣需要處理；而在化學還原反硝化中，應用負載型催化劑可將大部分硝酸鹽轉化為N<,2>，但催化還原過程中需要以 H<,2>作為還原劑，而H<,2>容易爆炸，不便于工程施用；納米Fe<'0>可快速還原地下水中的硝酸鹽

3、，但其產物主要為NH<,4><'+>-N，只有很小部分硝酸鹽可能被轉化為N<,2>。 針對以上問題，本文采用液相還原法制備了納米級Fe/Ni、Fe/Cu、Fe/Pd和Fe/Pd/Cu金屬復合材料，并首次將納米Fe/Ni和納米Fe/Pd/Cu顆粒應用于地下水中硝酸鹽污染物的去除，采用TEM-EDS、SEM、XRD、BET等分析手段對納米材料的結構、組成進行了表征，系統(tǒng)的研究了不同催化劑金屬對硝酸鹽還原中間產物和最終產物的影響，同時

4、對納米顆粒還原NO<,3><'->的反應機理進行了探討。與普通鐵屑相比，納米Fe<'0>具有很高的反應活性，金屬催化劑Ni、Cu、Pd的引入進一步提高了NO<,3><'->的去除速率，且不同催化劑種類對還原速率及還原產物具有不同的影響。 對比普通鐵屑與納米零價鐵去除NO<,3><'->的反應，溶液pH是影響鐵屑反應速率的主要影響因素，酸性條件有利于鐵屑還原去除NO<,3><'->，而納米Fe<'0>即使在中性初始pH條件下也具有

5、較高的反應活性；將鐵屑與納米Fe<'0>分別應用于地浸采鈾實際地下水，普通鐵屑反應5 h，硝酸鹽去除率為93％，而納米Fe<'0>15分鐘即可將硝酸鹽污染物完全去除，但約96％的NO<,3><'->被轉化為NH<,4><'+>-N。 在納米：Fe/Ni去除硝酸鹽的研究中，當Ni負載量為5.0％時，且在中性pH條件下，納米顆粒具有最高的反應活性；新鮮制備的Fe/Ni納米雙金屬顆粒，在空氣中緩慢氧化22h后可穩(wěn)定存在于空氣中，但其反

6、應活性降為原來的十分之一，與納米Fe<'0>反應活性相當，繼續(xù)老化44 h對納米Fe/Ni的反應活性影響不大；反應中有少量NO<,2><'->作為中間副產物被檢出，但最終與NO<,3><'->一起被同時去除，NH<,4><'+>轉化率在84.6％～90.6％范圍內，改變Ni負載量、溶液初始pH值、初始濃度等實驗條件對改善產物選擇性的貢獻很?。徽J為硝酸鹽的脫硝反應經歷了NO<,3><'->→NO<,2><'->→NH<,4><'+>兩個轉

7、化步驟，為連續(xù)分步反應，其中NO<,3><'->→NO<,2><'->為整個反應的速度控制步驟。 以Cu為催化劑催化還原硝酸鹽，當Cu負載量為5.0％時，納米Fe/Cu與硝酸鹽反應具有最快的去除速率，30min可將硝酸鹽完全去除；反應過程中有30％的NO<,3><'->可被還原為中間副產物NO<,2><'->，提高nano-Fe/Cu的反應活性，有利于NO<,2><'->在溶液中的積累，但NO<,2><'->可進一步被轉化為NH

8、<,4><'+>或N<,2>，NH<,4><'+>最終轉化率為79.4％～82.8％；納米Fe/Cu復合材料還原NO<,3><'->的反應歷程與納米Fe/Ni相似，為連續(xù)分步反應，與nano-Fe/Ni反應體系不同的是，金屬Cu催化劑對NO<,2><'->具有較高的選擇性，NO<,3><'->→NO<,2><'->轉化速率較快，而NO<,2><'->→NH<,4><'+>的轉化速率較慢。 本文同時合成了納米Fe/Pd以及納米Fe