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![納米Fe-Ni雙金屬催化劑對水中氯代甲烷類物質和Cr(Ⅵ)的同步去除機理研究.pdf_第1頁](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-2/24/2/6fbf3a47-07d8-47bf-87bb-206a69870397/6fbf3a47-07d8-47bf-87bb-206a698703971.gif)
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文檔簡介
1、氯代甲烷類物質是環(huán)境中廣泛存在的一類有機污染物,極易在各類水體中檢測到,尤其是加氯消毒工藝使用,導致大量氯代甲烷類消毒副產物的產生。含鉻重金屬廢水主要來自制革、燃料、電鍍等工業(yè)廢水以及礦物開采、加工行業(yè),同樣是環(huán)境中常見的污染物。然而,這兩類物質均屬于三致物質,對人類健康存在潛在威脅。由于當前水污染形式日益嚴峻,同時包含重金屬和有機污染物的復合污染在水體中普遍存在。本研究以環(huán)境中常見的氯代甲烷類物質和Cr(Ⅵ)為研究對象,擬尋求一種高效
2、的污染物去除方式,以實現(xiàn)對此兩類物質的有效去除,降低環(huán)境風險。
納米零價鐵還原技術在污染物去除方面具有廣闊的應用前景,近年來引起了國際社會的廣泛關注。由于納米零價鐵的強還原性,可促使水中氧化態(tài)物質發(fā)生得電子還原反應,理論上,納米零價鐵還原技術具有同步去除氯代甲烷類物質和Cr(Ⅵ)的可行性。因此,本研究擬采用納米Fe/Ni雙金屬催化劑開展對水中復合污染-氯代甲烷類物質和Cr(Ⅵ)的同步還原去除研究。
本研究采用液相還原
3、法分別制備了納米零價鐵和納米Fe/Ni雙金屬顆粒。經材料表征后發(fā)現(xiàn),新制備的納米顆粒呈球形,粒徑分布在40~100 nm間,顆粒之間存在部分團聚現(xiàn)象。Ni經還原后均勻的沉積在納米零價鐵顆粒表面,經EDS元素分析表明,通過分步法制備的Fe/Ni雙金屬顆粒可以使溶液中的Ni離子完全還原沉降到Fe顆粒表面。反應后的Fe/Ni雙金屬顆粒表面出現(xiàn)樹突狀外形,部分表面出現(xiàn)血小板狀結構,經XRD分析表明,在顆粒表面出現(xiàn)了鐵的氧化物(Fe3O4、FeO
4、OH)以及FeCr2O4等化合物,暗示鐵表面發(fā)生了部分氧化,溶液中的Cr(Ⅵ)以沉淀物的形式得以去除。
本研究考察了不同影響因素(溶液pH、Fe/Ni雙金屬催化劑投加量、Ni負載量、初始氯仿濃度、溫度等)對Fe/Ni雙金屬催化劑去除氯仿和Cr(Ⅵ)過程的影響。研究結果表明,酸性條件更利于氯仿的還原脫氯反應,當pH=3.0時,氯仿在3h內即可實現(xiàn)100%的完全轉化去除。Fe/Ni雙金屬催化劑投加量對脫氯過程有較明顯的影響:過低將
5、由于納米顆?;钚悦娣e的減少而限制脫氯反應的進行,而過高將由于大量H2生成附著在顆粒表面同樣不利于脫氯反應的發(fā)生,研究發(fā)現(xiàn)最佳的Fe/Ni投加量為1.0 g/L。Ni的負載量同樣影響雙金屬催化劑的脫氯活性:低Ni負載率由于催化活性位點數(shù)較少而不利于脫氯反應的發(fā)生,高Ni負載率則由于催化劑在鐵顆粒表面過度覆蓋,限制了鐵表面的電子轉移,同樣降低了氯仿的還原脫氯速率,結果顯示,最佳的Ni負載率為1.0wt%。隨著溶液中氯仿初始濃度的增加,氯仿的
6、脫氯速率得到明顯提高,推測反應體系的還原脫氯動力學主要由質量擴散限制所致。研究進一步表明,氯仿在Fe/Ni雙金屬催化劑表面的還原脫氯反應速率與溫度的關系符合阿倫尼烏斯方程,隨著反應溫度的上升,脫氯速率顯著增加;計算結果顯示,氯仿在Fe/Ni雙金屬催化劑表面的脫氯反應活化能為218.5 kJ/mol。需要指出的是,Cr(Ⅵ)和總鉻受反應中不同影響因素的影響相對較小,在各實驗條件均能實現(xiàn)Cr(Ⅵ)100%和總鉻90%以上的去除效果。
7、 本研究進一步考察了氯代甲烷類物質不同分子結構對Fe/Ni雙金屬催化劑還原脫氯活性的影響。研究表明,隨氯原子數(shù)目的增加,還原脫氯速率得到明顯的提高。在相同的反應條件下,氯仿可在3h實現(xiàn)完全去除,四氯化碳則在1.5h內實現(xiàn)完全轉化,而二氯化碳在24 h反應后,溶液中仍有20%的剩余。氯代甲烷類物質還原脫氯活性遵循:四氯化碳>氯仿>二氯甲烷,這與三種物質C-Cl鍵斷裂能的順序剛好相反?;趯β却淄轭愇镔|還原脫氯過程的分析,研究提出氯代甲
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