磁性介孔二氧化硅nZVI@mesoSiO2的可控合成及去除三氯苯酚和四环素性能研究

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纳米零价铁(nZVI)在水污染修复中具有独特的优势,但因其易团聚和易氧化等特性制约其实际应用。磁性介孔二氧化硅作为一种新型改性nZVI的复合材料,将磁性纳米粒子和二氧化硅结合,形成优势互补,使得其在水中难降解有机污染物的去除方面具有广阔的应用前景。本研究以nZVI为核芯,采用改进的两步法制备基于nZVI的磁性介孔二氧化硅(nZVI@mesoSiO2),以2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)为目标污染物,探究制备条件对材料形态、晶体结构和去除污染物性能的影响,揭示磁性介孔二氧化硅的晶体生长机制,实现了nZVI@mesoSiO2的可控组装。由此得出最佳的制备条件为:n(CTAB/NaOH)为4.6/1,TEOS用量为5mL,萃取溶液乙醇/草酸体积比为2:1,萃取时间为2h,铁源用量为2.78g。以最佳制备条件下合成的nZVI@mesoSiO2颗粒,研究其降解2,4,6-TCP的影响因素,得出最佳反应条件为:nZVI@mesoSiO2=1.00g·L-1,[2,4,6-TCP]=20mg·L-1,T=25℃,pH=5.00。并探究自然界干扰物质对降解体系的影响,发现Cl-1离子对反应过程基本无较大的影响;SO42-离子的存在对反应有抑制作用;阳离子对反应的抑制强弱顺序为:Ca2+>Mg2+>Na+>K+;EDTA可抑制nZVI核芯的钝化从而促进吸附还原过程,但促进作用有限;HA易与2,4,6-TCP形成络合物并且与材料表面硅羟基结合,与2,4,6-TCP竞争活性位点,故而会抑制nZVI@mesoSiO2对2,4,6-TCP的吸附还原。nZVI@mesoSiO2稳定性分析实验表明材料具有良好的热稳定性、水热稳定性和分散稳定性,表明在实际应用中具有一定的可行性。探究了nZVI@mesoSiO2在反应前后的形态、结构等变化。通过SEM、TEM、BET和XPS分析反应前后的表面形态、晶体结构和腐蚀层成分,表明反应后材料表面生成的铁氧化物为Fe3O4、α-Fe2O3和γ-FeOOH。反应体系中占主导地位的是Fe2+离子。GC-MS测定反应中间产物的结果表明nZVI@mesoSiO2可以实现还原脱氯,并进一步生成开环产物。探究了nZVI@mesoSiO2在二元体系下去除污染物的特征,以2,4,6-TCP和四环素(TC)为目标污染物,探究二元体系下2,4,6-TCP与TC之间的相互作用,结果表明2,4,6-TCP的存在对TC的促进和抑制作用明显要高于TC的存在对2,4,6-TCP的促进和抑制作用。并通过GC-MS和LC-MS分析二元体系下的中间产物,探究二元体系下的降解历程。
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