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水是人类重要的资源,人们的生产和生活都离不开水资源。随着经济的发展,我国不仅面临着水资源短缺的问题,而且水体的污染也越来越引起人们的关注和重视。铬是重要的工业原料,在生产中得到广泛的应用,而且在众多的领域没有替代的材料。铬的大量使用以及不合理的排放,造成了地表水和地下水的污染。
水体中重金属污染修复技术有物化处理法,化学处理法和生物处理法。铁材料因为来源广泛价格低廉,在水污染处理中得到极大地关注。然而,铁粉或铁屑由于反应速度慢,无法使零价铁得到充分的利用。近十几年来,纳米铁(Nanoscale Zero-Valent Iron,NZVI)由于具有巨大的比表面积和高反应活性等特点,在污染物修复领域开展了广泛的研究。
纳米铁制备方法繁多,本论文使用活性炭纤维(Activated CarbonFiber,ACF)材料作为纳米铁的载体,运用液相还原法制备出了活性炭纤维负载型纳米铁(ACF-NZVI)并用于水体中Cr(VI)污染修复的研究。本论文研究了活性炭纤维负载型纳米铁的合成条件,探讨了负载型纳米铁对Cr(VI)的去除效果和机理。论文的主要研究内容分为以下四个部分:
1.活性炭纤维负载型纳米铁合成条件的优化:使用高纯氮气和真空线控制反应体系在无氧的条件下,选择FeSO4·7H2O和KBH4作为反应试剂,将0.15gFeSO4·7H2O溶解于12.5mL脱氧水后,加入17.5mL无水乙醇作为反应介质,乙醇和水的比例为5:7,反应溶液的pH调节为6.5,按照20%的比例将纳米铁负载在活性炭纤维上。KBH4的量为理论值的两倍,配制成溶液以2滴/s的速度滴加。整个体系持续通高纯氮气保持无氧的环境反应30min。反应结束后,用磁选法分离出纳米铁粒子,再用脱氧去离子水和脱氧乙醇各洗涤三次,得到活性炭纤维负载型纳米铁。
2.TEM表征结果表明,当纳米铁的负载比率为20%时,纳米铁在活性炭纤维表面分散良好,单个纳米铁的粒径为80nm左右。而当纳米铁的负载比率为30%时,纳米铁则不能均匀的分散。
3.运用批实验来反映活性炭纤维负载型纳米铁对Cr(VI)的去除能力。结果表明活性炭纤维负载型纳米铁对水中Cr(VI)的去除能力高于200目铁粉和普通纳米铁;活性炭纤维上负载的纳米铁活性要高于普通的纳米铁,并且活性炭纤维对水中的Cr(VI)有吸附作用。地表水中的Ca2+、Mg2+会降低性炭纤维负载型纳米铁对Cr(VI)的去除效果。活性炭纤维负载型纳米铁经过真空干燥稳定化处理后,对Cr(VI)的去除效果略有下降。
4.活性炭纤维负载型纳米铁对Cr(VI)的去除是纳米铁和活性炭纤维共同作用的结果。铁和Cr(VI)反应后以铁氧体的形式沉淀出来从而将Cr(VI)从水体中去除。同时,活性炭纤维也吸附了一部分Cr(VI),从而达到联合去除水体中Cr(VI)的目的。