硫化與弱磁場加速零價(jià)鐵去除水體中的偶氮染料及機(jī)理研究.pdf

1、染料廢水因其具有色度高、有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜、酸堿度等水質(zhì)波動(dòng)大和毒性大（具有致癌、致畸、致突變效應(yīng)）等特點(diǎn)，排放到環(huán)境中會對人類和其他生物的健康造成較嚴(yán)重的影響。由于零價(jià)鐵(ZVI)含量豐富、廉價(jià)易得、還原性較強(qiáng)和環(huán)境友好等特點(diǎn)，近二十多年來被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)和治理，利用零價(jià)鐵處理染料廢水也受到了越來越多的關(guān)注。然而，零價(jià)鐵在生產(chǎn)和使用過程中其表面生成的鈍化膜會降低其反應(yīng)活性，減慢污染物的去除速率。本文利用硫化和弱磁場(WMF)

2、來提高零價(jià)鐵的反應(yīng)活性，加快偶氮染料（橙黃Ⅰ）的去除，取得了較好的效果。實(shí)驗(yàn)中利用市售微米零價(jià)鐵和硫化鈉制備了平均粒徑為30μm的Fe/FeS顆粒，在好氧攪拌的中性反應(yīng)溶液中，研究了弱磁場、硫酸鈉、Fe/FeS投加量、橙黃Ⅰ初始濃度、Fe(Ⅱ)和異丙醇等對反應(yīng)的影響，并在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下與單純的零價(jià)鐵的去除效果進(jìn)行對比分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，反應(yīng)活性符合以下趨勢:Fe/FeO-WMF＜＜Fe/FeS-WMF＜Fe/FeS+WMF≈Fe/Fe

3、O+WMF，其中Fe/FeO代表普通的市售零價(jià)鐵，F(xiàn)e/FeS代表硫化后的零價(jià)鐵。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合偽一級動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，根據(jù)擬合出來的表觀速率常數(shù)(kobs)可以得出硫化和弱磁場的加入極大地提高了橙黃Ⅰ的去除率，提高倍數(shù)為2.4-71.8倍，同時(shí)硫化和弱磁場的組合也具有一定的協(xié)同作用。
　　本文研究了好氧條件下硫化零價(jià)鐵和零價(jià)鐵的腐蝕過程，并構(gòu)建了反應(yīng)過程中溶解氧驅(qū)動(dòng)鈍化模型，模型擬合數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)吻合較好，這說明了零價(jià)鐵的表面鈍化

4、主要是受溶解氧的影響，并且此模型和“氧垂曲線”具有相似性。根據(jù)紫外掃描圖譜和液相色譜-質(zhì)譜分析結(jié)果得出硫化和弱磁場加速了偶氮鍵（發(fā)色基團(tuán)）的還原斷裂，但并沒有改變零價(jià)鐵去除橙黃Ⅰ的機(jī)理。同時(shí)偶氮鍵斷裂后生成的1-氨基-4-萘酚在有氧條件下不穩(wěn)定，會變成相應(yīng)的醌類物質(zhì)。弱磁場的強(qiáng)化作用主要是由于磁場梯度力加速了溶液中的順磁性物質(zhì)(如反應(yīng)過程中生成的Fe(Ⅱ))向高磁場強(qiáng)度的方向移動(dòng)，進(jìn)而減弱了零價(jià)鐵表面整體反應(yīng)位點(diǎn)的鈍化，促進(jìn)了零價(jià)鐵的腐

5、蝕;而硫化提高零價(jià)鐵反應(yīng)活性的原因可能主要是其催化效應(yīng)以及吸附態(tài)二價(jià)鐵的還原作用等。硫化和弱磁場均能提高零價(jià)鐵的重復(fù)使用性。本文首次采用了連續(xù)施加、交替施加和始終不施加弱磁場的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在交替施加弱磁場時(shí)，當(dāng)去掉弱磁場以后零價(jià)鐵的反應(yīng)活性并沒有降低，反而變得更強(qiáng)，這說明弱磁場產(chǎn)的“剩磁”效應(yīng)可能會超過弱磁場持續(xù)存在時(shí)產(chǎn)生的效果，因此當(dāng)弱磁場和零價(jià)鐵被應(yīng)用于實(shí)際污水處理時(shí)，連續(xù)地施加弱磁場應(yīng)該是不必要的，這也為以后的實(shí)際應(yīng)用提供