鋅對環(huán)境污染物偶氮染料及六價鉻的還原去除研究.pdf

1、偶氮染料和重金屬六價鉻是對人類有嚴重毒害作用的兩類典型環(huán)境污染物。
　　廣泛應用于紡織品、食品和皮革制品等產(chǎn)業(yè)的大約有2000多種結構不同的偶氮染料，而世界總產(chǎn)量的15％都在染色過程中流失，以工業(yè)廢水的形式排放到環(huán)境中，并且因成份復雜、色度高、可生化性差，偶氮染料屬難降解有機污染物，傳統(tǒng)的處理方法很難使其達標，是染料工業(yè)廢水處理的一大難題。
　　重金屬鉻是廣泛存在于自然界的一種元素，具有可變氧化數(shù)，主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ

2、)兩種形態(tài)存在于環(huán)境中。Cr(Ⅵ)具有高毒性和高遷移性，對人類和環(huán)境有著嚴重的污染和毒害作用。由于鉻的特殊物理和化學性質，鉻及其化合物是冶金、金屬加工、電鍍、顏料和有機合成等行業(yè)中常用的基本原料。在這些行業(yè)的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量含鉻廢渣和廢水因不能有效地控制或不合理的排放，導致了我國許多地區(qū)存在著嚴重的鉻污染問題。
　　采用商業(yè)微米級零價鋅作為還原劑對偶氮染料和六價鉻進行還原是有效的去除手段。本文研究了零價金屬鋅對偶氮染料的還原降

3、解路徑、動力學和結構活性關系。并以偶氮染料甲基橙和重金屬六價鉻為目標污染物，研究了硅膠協(xié)同微米級鋅粉還原去除這兩類污染物的反應動力學及作用機理。本論文共分為三部分:
　　第一部分:通過批量試驗研究了在多種不同鋅粉用量下對19種偶氮染料的還原降解路徑、動力學及結構活性關系，并探討了鋅粉顆粒表面鈍化形成的氧化鋅對偶氮染料的吸附作用。乙腈對吸附到零價金屬表面的偶氮染料的萃取研究及氧化鋅對偶氮染料的吸附解吸研究表明零價鋅粉對偶氮染料的還原

4、降解過程中第一步即偶氮染料吸附到零價鋅活性位點的反應是明確存在的，而且是可逆過程。零價鋅粉對偶氮染料的還原降解并不是單純的還原作用，而是吸附與還原并存。這使得零價鋅對偶氮染料的降解動力學不再遵循簡單的一級動力學規(guī)律而變得復雜化。本研究據(jù)此建立了新的動力學模型，用整體擬合法對動力學曲線進行擬合并計算得到了各反應階段速率常數(shù)。最后利用多元回歸分析法得出預測性較好的鋅粉還原偶氮染料動力學活性與其結構定量關系與定性關系。
　　第二部分:通

5、過批量試驗研究了在多種不同反應條件下硅膠協(xié)同酸洗處理后的零價鋅還原降解偶氮染料甲基橙的作用機理及其影響因素。單獨鋅粉存在下，由于鋅粉表面很快腐蝕形成氧化層，阻礙反應的進行，導致甲基橙的還原降解進展緩慢和不完全。當體系中硅膠與鋅粉共存的時候，甲基橙的還原降解無論在酸性、中性或堿性環(huán)境下都得到了非常有效的強化，并且在所有初始pH條件下在整個還原降解過程中體系pH均保持在近中性，這對實際應用中污水的排放有很重要的環(huán)境意義。研究表明甲基橙的去除

6、率隨著pH的降低，硅膠及鋅粉初始劑量的增加以及硅膠比表面積的增加而增大。通過對甲基橙還原降解過程中產(chǎn)物的轉化及降解路徑分析，有無硅膠體系中不同時間段總有機碳去除率的對比，以及采用電鏡掃描對反應前后鋅粉和硅膠顆粒的表面形態(tài)表征等手段深入研究了硅膠協(xié)同零價鋅還原降解偶氮染料甲基橙的作用機理。動力學實驗數(shù)據(jù)分析得出硅膠協(xié)同鋅粉對甲基橙的還原降解反應遵循準一級動力學規(guī)律。
　　第三部分:在pH4-10條件下，研究了硅膠協(xié)同零價鋅對水體中的

7、Cr(Ⅵ)的還原及對體系中總Cr的有效去除。結果表明，單獨鋅粉存在下，由于鋅粉表面因氧化形成鈍化層，阻礙反應的進行，導致Cr(Ⅵ)的還原及總Cr的去除量都較低，并且還原率及去除率均隨著反應時間的進行和pH升高明顯降低。但在硅膠與鋅粉共存的體系中，在所有實驗pH條件下均能在短時間內(nèi)達到高效的Cr(Ⅵ)的還原及總Cr的去除，而且反應后的pH均維持在近中性范圍。pH值的降低，鋅粉和硅膠的投放量的增加以及硅膠比表面積的增加均能有效地提高Cr(Ⅵ