改性纳米铁的制备及其降解地下水中三氯乙烯实验研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zengbiao2010
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三氯乙烯(TCE)作为地下水中常见的有机污染物,对生态环境和人类健康都具有巨大的危害,因此研究三氯乙烯的降解十分必要。随着纳米技术的进步,已有许多案例用纳米金属进行污染治理。其中纳米铁具有还原能力强、比表面积大等特点,能有效去除有机物、硝酸盐、重金属等多种污染物,使其越来越多的被应用于地下水和土壤污染修复的研究。然而,纳米铁在地下水环境修复中仍存在问题。纳米铁遇氧气会被氧化形成一层氧化膜,导致纳米铁活性下降。在地下水环境中纳米铁易团聚,使其无法与目标污染物充分接触。这些因素让纳米铁在实际应用中受到了极大的限制。本论文针对上述问题,利用壳聚糖和酸化海泡石对纳米铁改性,优化纳米铁的性能。论文的主要研究内容:通过液相还原法制备壳聚糖包覆型纳米铁和海泡石负载型纳米铁;对改性纳米铁进行表征、分散性和稳定性研究;考察了不同条件下改性纳米铁对TCE的降解效果;分析了改性纳米铁对TCE脱氯的反应动力学并简要阐述了其对TCE的降解机理。通过对壳聚糖包覆型纳米铁进行扫描电镜分析(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、热重(TGA)等表征发现,纳米铁呈核壳结构,粒径分布均匀,粒径在60100nm,表面光滑且稳定性较好,结合态Cl被纳米铁还原呈Cl-;通过对海泡石负载型纳米铁进行投射电镜分析(TEM)、X射线衍射分析(XRD)等表征发现,纳米铁粒径在50120nm,海泡石的酸化使得Mg被H取代,纳米铁呈规则的长链状且镶嵌在不规则海泡石中。通过探究两种改性纳米铁的性能发现:壳聚糖和海泡石均可以明显提高纳米铁的分散性和稳定性。当壳聚糖包覆率26.4%,海泡石负载比2:1时,制备出改性纳米铁活性较高。通过改性纳米铁对TCE的降解实验发现:纳米铁的投加量增大可提高TCE的降解率,最大可达90%;偏酸性(pH=56)环境更有利于纳米铁对TCE降解;一定量纳米铁拥有的反应位点有限。壳聚糖对TCE有较好的吸附效果,而海泡石对TCE的吸附能力较差。通过线性回归验证了两种改性纳米铁对TCE的脱氯过程较好的符合一级反应动力学模型。TCE的脱氯途径主要是纳米铁表面直接的电子转移,纳米铁是直接还原剂,Fe2+和H2对TCE的降解影响不大。
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