包覆型納米鐵的制備及用于地下水污染修復(fù)的實驗研究.pdf

1、近年來,隨著三氯乙烯(TCE)等鹵代烴類污染物在環(huán)境中,尤其是在地下水中的不斷積累,水體的鹵代烴類污染已經(jīng)成為了非常嚴重的環(huán)境問題。地下水的鹵代烴污染修復(fù)也已成為全球環(huán)境污染修復(fù)的重要內(nèi)容。 納米技術(shù)的發(fā)展給污染物的處理帶來了一種頗具潛力的新方法,其中納米鐵材料具有粒徑小,比表面積大,表面活性高,還原能力強等特點,能夠有效去除有機物、重金屬和硝酸鹽等多種污染物,已越來越多的被應(yīng)用于土壤和地下水污染修復(fù)的研究。 但是,目前

2、納米鐵在地下水環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用尚存在一些問題。高活性的納米鐵暴露在空氣中會發(fā)生自燃,當緩慢接觸空氣時會被氧化,在其表面生成氧化鐵膜而損失其表面活性。在液相中處理疏水性有機物時,由于納米鐵極性與其不同,兩者難于接觸而使反應(yīng)速率低。這些因素使得納米鐵在實際應(yīng)用中受到了很大的限制。 本論文針對這些問題,結(jié)合國家自然科學(xué)基金“乳化炭載納米鐵原位修復(fù)地下水中有機氯代烴”的部分內(nèi)容,制備了表面包覆型納米鐵材料,研究了包覆型納米鐵在空氣中的穩(wěn)

3、定性；并考察了其對TCE的還原脫氯性能；探討了脫氯反應(yīng)的動力學(xué)和反應(yīng)機理。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果有： 1.用乳液聚合法制備了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆型納米鐵材料,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過包覆的納米鐵表面親油性和抗氧化性均有所提高,接觸空氣未發(fā)生自燃,但于空氣中放置一周后仍發(fā)生了明顯氧化。 將納米材料制備與微乳聚合相結(jié)合,開發(fā)出一種新型的微乳原位聚合法制備包覆型納米鐵,該方法可將納米粒子的生成、粒徑控制、抗團聚、抗氧化保護在一個

4、體系中一次性實現(xiàn),在生成的納米粒子外層形成穩(wěn)定的PMMA包覆層。用這種新型微乳液原位聚合法制備的包覆型納米鐵的抗氧化性更強,能夠在空氣中放置兩周不被氧化。 2.用微乳液原位聚合法制備的包覆型納米鐵進行了TCE降解實驗。探討了溶液初始pH,納米鐵投加劑量,TCE初始濃度,溶解氧等因素對反應(yīng)的影響。 包覆型納米鐵在反應(yīng)中同時發(fā)揮吸附和還原降解的作用,吸附在包覆型納米鐵表面的TCE分子溶脹、穿透PMMA包覆層到達鐵表面與其發(fā)生

5、反應(yīng),但由于包覆層的存在,這種材料的降解速率比未包覆的材料有所降低。 溶液初始pH越低,TCE去除速率越大；振蕩速度的提高可加快傳質(zhì)過程,提高反應(yīng)速率；溶液中納米鐵劑量的增加可以加快反應(yīng)的進行；TCE初始濃度的越大,TCE的去除速率越慢；反應(yīng)體系中有溶解氧存在時,溶解氧作為電子受體與TCE進行競爭消耗納米鐵,減慢反應(yīng)速率；共存離子的存在會降低鐵還原TCE的能力；周期實驗顯示,反應(yīng)中生成的鐵氧化物和氫氧化物沉積在鐵的表面,逐漸將有

6、活性的零價鐵包覆,使其還原性能逐漸減弱。 柱實驗研究表明,TCE溶液流速越慢,與填充鐵的接觸時間越長,接觸越充分,柱的去除率越高。 3.研究了微乳原位聚合包覆型納米鐵去除TCE的反應(yīng)動力學(xué),探討了其對TCE的脫氯還原機理。 通過線性回歸驗證納米鐵對TCE的還原脫氯較好的符合準一級反應(yīng)動力學(xué)模型。分析了包覆型納米鐵與TCE反應(yīng)的固-液相反應(yīng)動力學(xué)模型,證明化學(xué)還原是控制該反應(yīng)速率的最主要步驟。 在包覆型納米