硫化與弱磁場加速零價鐵去除水體中的偶氮染料及機理研究.pdf

1、染料廢水因其具有色度高、有機物含量高、成分復(fù)雜、酸堿度等水質(zhì)波動大和毒性大（具有致癌、致畸、致突變效應(yīng)）等特點，排放到環(huán)境中會對人類和其他生物的健康造成較嚴(yán)重的影響。由于零價鐵(ZVI)含量豐富、廉價易得、還原性較強和環(huán)境友好等特點，近二十多年來被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)和治理，利用零價鐵處理染料廢水也受到了越來越多的關(guān)注。然而，零價鐵在生產(chǎn)和使用過程中其表面生成的鈍化膜會降低其反應(yīng)活性，減慢污染物的去除速率。本文利用硫化和弱磁場(WMF)

2、來提高零價鐵的反應(yīng)活性，加快偶氮染料（橙黃Ⅰ）的去除，取得了較好的效果。實驗中利用市售微米零價鐵和硫化鈉制備了平均粒徑為30μm的Fe/FeS顆粒，在好氧攪拌的中性反應(yīng)溶液中，研究了弱磁場、硫酸鈉、Fe/FeS投加量、橙黃Ⅰ初始濃度、Fe(Ⅱ)和異丙醇等對反應(yīng)的影響，并在同樣的實驗條件下與單純的零價鐵的去除效果進行對比分析。實驗數(shù)據(jù)表明，反應(yīng)活性符合以下趨勢:Fe/FeO-WMF＜＜Fe/FeS-WMF＜Fe/FeS+WMF≈Fe/Fe

3、O+WMF，其中Fe/FeO代表普通的市售零價鐵，F(xiàn)e/FeS代表硫化后的零價鐵。所有實驗結(jié)果均符合偽一級動力學(xué)反應(yīng)，根據(jù)擬合出來的表觀速率常數(shù)(kobs)可以得出硫化和弱磁場的加入極大地提高了橙黃Ⅰ的去除率，提高倍數(shù)為2.4-71.8倍，同時硫化和弱磁場的組合也具有一定的協(xié)同作用。
　　本文研究了好氧條件下硫化零價鐵和零價鐵的腐蝕過程，并構(gòu)建了反應(yīng)過程中溶解氧驅(qū)動鈍化模型，模型擬合數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)吻合較好，這說明了零價鐵的表面鈍化

4、主要是受溶解氧的影響，并且此模型和“氧垂曲線”具有相似性。根據(jù)紫外掃描圖譜和液相色譜-質(zhì)譜分析結(jié)果得出硫化和弱磁場加速了偶氮鍵（發(fā)色基團）的還原斷裂，但并沒有改變零價鐵去除橙黃Ⅰ的機理。同時偶氮鍵斷裂后生成的1-氨基-4-萘酚在有氧條件下不穩(wěn)定，會變成相應(yīng)的醌類物質(zhì)。弱磁場的強化作用主要是由于磁場梯度力加速了溶液中的順磁性物質(zhì)(如反應(yīng)過程中生成的Fe(Ⅱ))向高磁場強度的方向移動，進而減弱了零價鐵表面整體反應(yīng)位點的鈍化，促進了零價鐵的腐

5、蝕;而硫化提高零價鐵反應(yīng)活性的原因可能主要是其催化效應(yīng)以及吸附態(tài)二價鐵的還原作用等。硫化和弱磁場均能提高零價鐵的重復(fù)使用性。本文首次采用了連續(xù)施加、交替施加和始終不施加弱磁場的重復(fù)性實驗，結(jié)果表明在交替施加弱磁場時，當(dāng)去掉弱磁場以后零價鐵的反應(yīng)活性并沒有降低，反而變得更強，這說明弱磁場產(chǎn)的“剩磁”效應(yīng)可能會超過弱磁場持續(xù)存在時產(chǎn)生的效果，因此當(dāng)弱磁場和零價鐵被應(yīng)用于實際污水處理時，連續(xù)地施加弱磁場應(yīng)該是不必要的，這也為以后的實際應(yīng)用提供