殼聚糖穩(wěn)定納米鐵的制備與修復(fù)地表水中六價(jià)鉻污染的研究.pdf

1、地表水是人類的重要資源，在人們的生產(chǎn)和生活中具有不可替代的作用。但是，隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一些工廠企業(yè)不合理排放含鉻廢水，導(dǎo)致大量鉻尤其是Cr(VI)進(jìn)入地表水中，引起嚴(yán)重的污染。Cr(VI)以其較大的毒害作用引發(fā)了一系列負(fù)面效應(yīng)，影響了周圍動(dòng)物，植物以及人類的健康。因此，解決地表水中Cr(VI)的污染問(wèn)題成為了環(huán)境工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 近幾年的研究表明，零價(jià)鐵材料尤其是納米級(jí)零價(jià)鐵材料由于具有高的反應(yīng)活性，可修復(fù)多種

2、環(huán)境污染物等特點(diǎn)，成為目前環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)中一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。但是在實(shí)際應(yīng)用中納米鐵材料仍然存在一些問(wèn)題需要解決，如納米鐵合成條件不易控制，極易團(tuán)聚，空氣穩(wěn)定性差。這些因素都對(duì)納米鐵材料的制備和使用提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
　　 針對(duì)以上問(wèn)題，本論文在天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃(天津市自然科學(xué)基金)的資助下，對(duì)納米鐵制備的液相還原法進(jìn)行改進(jìn)，制備出殼聚糖穩(wěn)定的納米鐵材料并用于地表水Cr(VI)污染的修復(fù)。論文研究了殼聚糖穩(wěn)

3、定納米鐵的穩(wěn)定性，在靜態(tài)條件和動(dòng)態(tài)條件下考察了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)地表水中Cr(VI)的去除能力，探討了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵去除Cr(VI)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理。論文的主要研究?jī)?nèi)容分為以下四部分：
　　 1.通過(guò)優(yōu)化制備條件得到了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵制備的最佳方法為：將分子量為100000的殼聚糖溶解于0.05 mol/L HNO3溶液中，得到質(zhì)量百分含量為0.5％的殼聚糖硝酸溶液。使用前通過(guò)0.22μm的微孔濾膜過(guò)濾去除不溶部分，然后向裝有3

4、 ml上述殼聚糖溶液的三口燒瓶中加入10 ml含有0.2978 gFeSO4·7H2O的水溶液，加入去離子水使體系的總體積為15 mL，用真空線向溶液中通入高純氮?dú)獬ンw系中的氧(通氣時(shí)間為30min)，并在整個(gè)合成的過(guò)程中持續(xù)向體系中通入氮?dú)獗３譄o(wú)氧環(huán)境，然后再攪拌10分鐘使之充分混合均勻。同時(shí)將10 mL新配制的含0.2889 g KBH4的水溶液從恒壓漏斗中逐滴加入三口燒瓶中，滴速控制約為2滴/秒，在20℃下反應(yīng)90分鐘，生成黑色

5、的納米鐵顆粒。反應(yīng)結(jié)束后，用磁選法分離出納米鐵粒子，再用脫氧去離子水洗滌三次，每次用水150ml，得到殼聚糖穩(wěn)定納米鐵復(fù)合粒子。
　　 2.殼聚糖穩(wěn)定納米鐵的表征分析結(jié)果顯示，殼聚糖穩(wěn)定納米鐵粒徑的分布范圍為20-150 nm，平均粒徑為82.4 nm，且具有一定的抗氧化性能。與普通納米鐵相比，殼聚糖穩(wěn)定納米鐵呈現(xiàn)了很好的分散狀態(tài)。
　　 3.采用批實(shí)驗(yàn)和柱實(shí)驗(yàn)研究了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)地表水中Cr(VI)的去除能力。殼聚

6、糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)水中Cr(VI)的去除能力高于200目鐵粉和普通納米鐵，每克殼聚糖穩(wěn)定納米鐵可以去除鉻148.08 mg。地表水中的Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、有機(jī)物和溶解氧等因素都對(duì)Cr(VI)的去除產(chǎn)生影響，但是殼聚糖穩(wěn)定納米鐵仍然顯示出納米材料所特有的優(yōu)勢(shì)。
　　 4.殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)Cr(VI)的去除是基于吸附和還原的雙重作用。去除Cr(VI)反應(yīng)的表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)隨Cr(VI)初始濃度的升高而降低

7、。增加Cr(VI)的初始濃度促進(jìn)了表面鈍化層的形成降低零價(jià)鐵的腐蝕速率，從而降低了Cr(VI)的還原速率。殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)Cr(VI)的吸附量與Cr(VI)的初始濃度成正比。反應(yīng)的表觀活化能為33 kJ mol-1，證明殼聚糖穩(wěn)定納米鐵去除Cr(VI)的反應(yīng)是由化學(xué)反應(yīng)所控制的，而非物理過(guò)程控制的。殼聚糖分子鰲合了產(chǎn)物中的Fe(III)，使得樣品表面Fe(III)的含量增加，這也阻礙了納米鐵表面氫氧化物鈍化層的形成，促進(jìn)Cr(VI)的