負(fù)載型納米零價(jià)鐵的制備及其去除幾種典型農(nóng)業(yè)污染物的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著化肥、農(nóng)藥大量施用、循環(huán)污水農(nóng)用灌溉等，農(nóng)業(yè)污染日益嚴(yán)重，已成為我國(guó)最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，威脅到食品安全和人體健康，因此急需采取有效的方法進(jìn)行農(nóng)業(yè)污染防控。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米零價(jià)鐵在環(huán)境治理中的應(yīng)用備受關(guān)注。本文制備了具有高反應(yīng)活性的納米零價(jià)鐵(NZVI)以及殼聚糖改性的硅藻土負(fù)載型的納米零價(jià)鐵(NZVI/CDt)，研究了兩種材料對(duì)幾種典型農(nóng)業(yè)污染物硝酸鹽氮、重金屬Cu2+及環(huán)丙沙星的去除效果，為新型功能材料作用于農(nóng)業(yè)污染治理

2、提供理論依據(jù)。本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行:
　　(1)液相還原法制備納米零價(jià)鐵(NZVI)及殼聚糖改性的硅藻土負(fù)載型的納米零價(jià)鐵(NZVI/CDt)并對(duì)其進(jìn)行X射線衍射(XRD)分析、掃描電子顯微鏡(SEM)分析、透射電子顯微鏡(TEM)分析、X射線光電子能譜(XPS)分析和Zeta電位表征和分析，來(lái)探究材料晶相組成、表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、樣品元素組成等，為研究負(fù)載效果和去除污染物效果和機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。XRD和XPS表征結(jié)果顯示NZV

3、I負(fù)載于CDt上，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)成功制備出NZVI/CDt復(fù)合材料。SEM和TEM結(jié)果顯示未負(fù)載納米零價(jià)鐵顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，呈鏈狀，而經(jīng)過(guò)硅藻土負(fù)載后，納米零價(jià)鐵均勻分散在改性硅藻土表面，部分納米鐵顆粒鑲嵌在硅藻土孔隙內(nèi)，個(gè)體呈球形，粒徑小于100nm，說(shuō)明硅藻土是個(gè)良好的載體材料，對(duì)強(qiáng)化其去除污染物的能力起了重要作用。Zeta電位顯示NZVI/CDt材料的零點(diǎn)電位pHZPC約為6.7。
　　(2)考察了納米零價(jià)鐵(NZVI)及殼聚糖改性

4、的硅藻土負(fù)載型的納米零價(jià)鐵(NZVI/CDt)對(duì)硝酸鹽氮(NO3--N)的去除效果，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立NZVI和NZVI/CDt去除NO3--N的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，并研究反應(yīng)機(jī)理以及材料的重復(fù)利用性。結(jié)果顯示，NZVI/CDt復(fù)合材料提高了對(duì)NO3--N去除能力，并且緩解了pH值對(duì)NO3--N去除的影響。在pH=7，溫度25℃，NO3--N初始濃度為20mg/L，復(fù)合材料投加量為5.141g/L的實(shí)驗(yàn)條件下，NZVI/CDt對(duì)NO3--N的

5、去除率為90.05％。隨著pH值的升高NZVI對(duì)NO3--N的去除率降低，在酸性條件下更有利于NO3--N的去除;對(duì)NZVI/CDt而言，pH對(duì)NZVI/CDt去除NO3--N影響較小，在不同pH條件下NZVI/CDt對(duì)NO3--N均有良好的去除效果。NZVI/CDt去除NO3--N最終產(chǎn)物主要是以NH4+-N為主，該反應(yīng)過(guò)程符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。NZVI/CDt比NZVI穩(wěn)定性高，重復(fù)利用性強(qiáng)。
　　(3)對(duì)比研究了殼聚糖改性的

6、硅藻土(CDt)、納米零價(jià)鐵(NZVI)和殼聚糖改性的硅藻土負(fù)載型的納米零價(jià)鐵(NZVI/CDt)和對(duì)重金屬Cu2+的去除效果，并單獨(dú)考察了NZVI/CDt顆粒投加量、體系pH、Cu2+初始濃度對(duì)Cu2+去除效果的影響。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立NZVI/CDt對(duì)Cu2+的吸附模型和吸附動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)XPS分析反應(yīng)產(chǎn)物，研究其反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明，在pH為5，初始濃度為20mg/L，NZVI/CDt投加量為0.75g/L的實(shí)驗(yàn)條件下，反應(yīng)4h

7、后，NZVI/CDt對(duì)Cu2+去除率為98.52％。該反應(yīng)符合Langmuir模型，該模型的相關(guān)系數(shù)R2為0.998，最大吸附量Qm是74.29mg/g;準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型可以較好地描述納米鐵復(fù)合材料對(duì)銅離子去除反應(yīng)，Cu2+初始濃度為60mg/L和100mg/L的相關(guān)系數(shù)R2分別為1和0.999。通過(guò)XPS結(jié)果得出，NZVI/CDt去除Cu2+是還原作用，其中納米零價(jià)鐵在去除反應(yīng)中被氧化成Fe3+，而溶液內(nèi)的Cu2+最終被還原為Cu

8、2O和Cu0。
　　(4)分別探究不同pH、不同初始濃度和不同反應(yīng)材料影響因素對(duì)環(huán)丙沙星(CIP)去除效果的影響，建立殼聚糖改性的硅藻土負(fù)載型的納米零價(jià)鐵(NZVI/CDt)對(duì)環(huán)丙沙星的吸附模型和吸附動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)液相高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(HPLC-TOF-MS)分析反應(yīng)產(chǎn)物，研究其反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果顯示，NZVI/CDt材料對(duì)CIP吸附效果高于NZVI，在pH=6，溫度25℃，CIP初始濃度為20mg/L，NZVI/CDt投加量為