以蒙脫石為載體的納米零價(jià)鐵去除水中六價(jià)鉻的研究.pdf

1、納米零價(jià)鐵（nZVI）因其具有大比表面積、高反應(yīng)活性、原料廉價(jià)易得、無(wú)二次污染和高效等特點(diǎn)，被廣泛用于降解環(huán)境污染物（如含氯有機(jī)溶劑、有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑、PCBs等鹵化有機(jī)化合物，硝基芳香化合物，染料和重金屬等污染物）。在實(shí)際應(yīng)用中由于受地磁力、小顆粒間靜電引力及表面張力等共同作用的影響，nZVI在溶液中容易團(tuán)聚，在空氣中穩(wěn)定性差，容易被氧化，從而導(dǎo)致反應(yīng)活性和利用率降低。
　　 本文以經(jīng)氯化鉀飽和的蒙脫石(K-MMT)為載體、淀粉為

2、穩(wěn)定劑，制備了負(fù)載在K-MMT上的納米零價(jià)鐵(nZVI/K-MMT)，為研究合成過(guò)程中蒙脫石經(jīng)鉀飽和處理及淀粉添加劑的影響，同時(shí)合成了淀粉穩(wěn)定的納米零價(jià)鐵（nZVI）、淀粉穩(wěn)定的蒙脫石(MMT)負(fù)載的納米零價(jià)鐵（nZVI/MMT）及鉀飽和但未淀粉穩(wěn)定的納米零價(jià)鐵（nZVI/K-MMT*）。實(shí)驗(yàn)中采用透射電鏡(TEM)、X射線(xiàn)衍射(X-ray diffraction，XRD)、X射線(xiàn)衍射光電子能譜(X-ray photoelectron

3、spectroscopy，XPS)等手段分析顆粒的粒徑、形貌，元素的形態(tài)變化和分布，蒙脫石層間距的變化及載體蒙脫石的存在和淀粉穩(wěn)定劑對(duì)nZVI顆粒大小和團(tuán)聚的影響。同時(shí)，以Cr(Ⅵ)為研究對(duì)象，評(píng)估納米鐵顆粒的還原降解能力和在環(huán)境中的穩(wěn)定性，探討n(yōu)ZVI/K-MMT去除Cr(Ⅵ)的機(jī)理。
　　 結(jié)果表明合成的顆粒均為粒徑為40-70 nm的納米鐵顆粒，其中nZVI/K-MMT的粒徑最小，為39.6 nm。K-MMT載體和淀粉穩(wěn)定

4、劑的加入對(duì)減少nZVI顆粒團(tuán)聚、增加nZVI在K-MMT表面的分散性，使nZVI以更小的顆粒分布于K-MMT表面起了協(xié)同作用。
　　 完全相同實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)于含相同F(xiàn)e0量的nZVI基材料，去除Cr(Ⅵ)的效果依次為nZVI＜nZVI/K-MMT*＜ nZVI/MMT＜nZVI/K-MMT，還原鐵粉幾乎不能去除Cr(Ⅵ)。合成過(guò)程中淀粉的加入能促進(jìn)Cr(Ⅵ)的去除，蒙脫石經(jīng)鉀飽和處理后有利于總鉻的去除。動(dòng)力學(xué)研究表明所有不同F(xiàn)e

5、基材料去除Cr(Ⅵ)比較符合pseudo-second-order動(dòng)力學(xué)模型。nZVI/K-MMT去除Cr(Ⅵ)的效率隨溫度的提高、Cr(Ⅵ)濃度的降低而提高，但幾乎不受pH變化的影響。溶液中存在腐殖酸或硬度離子及兩者共存時(shí)不影響n(yōu)ZVI/K-MMT去除Cr(Ⅵ)的效率。
　　 除了去除效率，nZVI/K-MMT的穩(wěn)定性也高于nZVI。暴露在空氣中1天后，nZVI中單位質(zhì)量Fe0去除Cr(Ⅵ)的量降低了34.0％，而nZVI/K

6、-MMT只降低了20.1％，此后，隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)，二者的活性緩慢降低。nZVI和nZVI/K-MMT在不同DO濃度的水中老化4天后單位質(zhì)量Fe0去除Cr(Ⅵ)的量比未老化前均有顯著降低，其中，老化后的nZVI/K-MMT中單位質(zhì)量Fe0去除Cr(Ⅵ)的量與老化時(shí)溶液中的DO濃度成正比，而對(duì)nZVI而言，情況正好相反，表明污染水體中nZVI/K-MMT比nZVI更穩(wěn)定。nZVI和nZVI/K-MMT在含腐殖酸(8 mg/L)、硬度離子（

7、Ca2+、Mg2+，0.8mM）的水中老化后，其反應(yīng)活性均有所降低;水中含腐殖酸和硬度離子時(shí)會(huì)加速nZVI/K-MMT的老化，而對(duì)nZVI而言，情況正好相反。
　　 Cr(Ⅵ)被nZVI/K-MMT去除的過(guò)程是氧化還原化學(xué)和吸附共同作用的結(jié)果，首先Cr(Ⅵ)被nZVI/K-MMT中的Fe0還原為Cr3+，同時(shí)Fe0被氧化為Fe3+，然后分別形成了Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀，形成的Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀能形成C