活性炭負(fù)載納米零價(jià)鐵去除水中含氧酸鹽的研究.pdf

1、溴酸鹽和高氯酸鹽是水中常見的兩種含氧酸鹽，因其潛在致癌性和甲狀腺干擾效應(yīng)而被廣泛關(guān)注。加之其溶解度高和吸附性低，使得其主要通過水體系統(tǒng)或以水為介質(zhì)危害環(huán)境和人類。水與生命活動息息相關(guān)，研究水環(huán)境中高氯酸鹽和溴酸鹽具有重要意義。本文采用活性炭負(fù)載納米鐵(nZVI-GAC)去除水中的溴酸鹽和高氯酸鹽，結(jié)合納米零價(jià)鐵比表面積大、反應(yīng)活性高、強(qiáng)還原性的特點(diǎn)以及活性炭的吸附性能，高效節(jié)能地降解水中的這兩種易流動的含氧酸鹽。
　　本文根據(jù)水處

2、理理論，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段，采用浸潤法制備出了Fe（II）-GAC材料，并利用NaNH4還原法制備得到負(fù)載型納米零價(jià)鐵 nZVI-GAC材料。利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和紅外光譜（FITR）等對其結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)進(jìn)行表征。在溴酸鹽與高氯酸鹽單組份情況下，考察分析了nZVI-GAC去除溴酸鹽與高氯酸鹽的影響因素；在其雙組份實(shí)驗(yàn)的條件下，分析了pH值、溫度對含氧酸鹽降解的影響，并探討了溴酸鹽與高氯酸鹽之間的相互影響。在上述研究的基礎(chǔ)

3、上，對nZVI-GAC去除溴酸鹽和高氯酸鹽的反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)產(chǎn)物以及去除機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究結(jié)果表明：
　　1.亞鐵離子及納米零價(jià)鐵離子分別以不同的形態(tài)分布在活性炭表面，nZVI-GAC成功負(fù)載了α-Fe，活性炭的引入阻止了鐵納米顆粒間的接觸及氧化，而且增加了納米零價(jià)鐵顆粒的分散度，從而增大了nZVI-GAC的比表面積以及活性位點(diǎn)。
　　2.溴酸鹽與高氯酸鹽單組份實(shí)驗(yàn)時，相比于Fe（Ⅱ）-GAC，nZVI-GAC對溴酸鹽

4、和高氯酸鹽的去除率顯著提高，且溴酸鹽被nZVI-GAC完全降解；在活性炭負(fù)載的納米零價(jià)鐵含量為0.893％~3.633%時，隨著含量的增加，溴酸鹽的降解效率加快，效果越好。但在納米零價(jià)鐵含量為0.893%~2.422%時，高氯酸鹽的去除率隨鐵含量的增加而增加，當(dāng)負(fù)載鐵含量為2.422%時，具有最高的去除率85%，當(dāng)負(fù)載納米零價(jià)鐵的含量大于1.969%時，水中析出的鐵離子濃度顯著增加，造成對環(huán)境的二次污染。對于不同的溴酸鹽與高氯酸鹽初始濃

5、度，溴酸鹽與高氯酸鹽達(dá)到吸附平衡時，最大吸附容量分別為28mg/g和16mg/L。溶液的初始pH值越低，越有利于nZVI-GAC對溴酸鹽的降解；而在pH=5時，高氯酸鹽達(dá)到最高的去除率86%。水中共存離子的存在一定程度上都會抑制nZVI-GAC去除溴酸鹽及高氯酸鹽，隨著共存離子濃度的增加，抑制作用增大，而且對溴酸鹽和高氯酸鹽的抑制作用大小排序?yàn)椋篜O43->CO32->NO3->Cl-。
　　3.溴酸鹽和高氯酸鹽在水中共同存在時，

6、酸性條件有利于溴酸鹽的降解。在溫度為25℃時，溴酸鹽的達(dá)到最高去除率94.8%。當(dāng)pH=7時，高氯酸鹽的去除率最高且為80%，中性條件有助于對高氯酸鹽去除。在溫度為15℃時，高氯酸鹽的去除率為60%，在溫度為55℃時，高氯酸鹽具有最高去除率為85%，因此，溫度的提高有助高氯酸鹽的降解。
　　4. nZVI-GAC對溴酸鹽和高氯酸鹽的去除實(shí)驗(yàn)均符合準(zhǔn)一級動力學(xué)；nZVI-GAC去除溴酸鹽及高氯酸鹽的機(jī)制包括吸附和還原兩種機(jī)制，nZV