ZVI還原技術(shù)用于地下水污染物的同步修復及評估預測模擬研究.pdf

1、零價鐵(ZVI)是一種強還原劑，對于地下水污染物去除具有良好的效果。本文在試驗過程中，采用化學還原法制備了微米級Pd／Fe雙金屬，納米級Fe和納米級Ni／Fe雙金屬等催化還原劑，通過TEM、BET-N<,2>、XRD等表征手段對還原鐵粉、納米級、普通Pd／Fe顆粒和納米級Pd／Fe等顆粒的形狀和大小、比表面積以及納米級Fe和納米級Pd／Fe的晶體結(jié)構(gòu)進行了測定。分別選用還原鐵粉、納米級Fe對六價鉻去除率進行了系統(tǒng)研究；采用普通Pd／Fe

2、雙金屬和納米級Ni／Fe雙金屬對鄰、對硝基氯苯進行了催化還原脫氯研究；然后采用納米級Ni／Fe對六價鉻和對硝基氯苯進行了同步修復研究，得出反應過程中各反應物和生成物的濃度變化規(guī)律。考察了不同催化還原劑、鈀化率、納米級Pd／Fe投加量、反應溫度、初始pH值以及反應物初始濃度等因素對處理效果和反應速率的影響。通過產(chǎn)物分析結(jié)合鉻的氧化還原電勢E-pH圖研究了六價鉻的去除機理，通過中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物分析研究了對硝基氯苯的催化還原脫氯的反應機理。

3、最后通過地下水原位修復中試裝置，結(jié)合中試實驗數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)，建立了ZVI修復污染地下水的預測模型。 本文主要結(jié)論如下： 1．通過TEM分析得出純還原鐵粉的表面比較光滑、均勻；普通Pd／Fe表面形成了許多白色小突起，這些白色突起構(gòu)成了表面催化活性位。大多數(shù)納米級Fe和納米級Ni／Fe顆粒的直徑都在100nm以下，但有團聚現(xiàn)象，球狀顆粒連接成樹枝狀。BET-N<,2>測得還原鐵粉，鈀／鐵(0.005％)，納米

4、鐵的比表面積分別為0.49、0.62、12.4m<'2>／g。納米級Fe和普通Pd／Fe的XRD譜圖上都出現(xiàn)與Fe的110衍射(d=0.2027nm)相對應的衍射峰，而普通Pd／Fe的XRD譜圖上并未出現(xiàn)金屬Pd的衍射峰。 2．影響零價鐵去除六價鉻反應速率的因素有：零價鐵投加量、六價鉻初始濃度、反應溫度和初始pH值、腐殖酸濃度、銅離子濃度、淀粉投加量等。實驗結(jié)果表明較大的零價鐵投加量、較高的反應溫度和較低的初始pH值有利于六

5、價鉻的去除反應。腐殖酸濃度、銅離子濃度和淀粉投加量則存在一個合適的濃度范圍使六價鉻的去除反應速率最快。Cr(VI)去除的表觀動力學常數(shù)與鐵粉的投加量、比表面積呈線性遞增關(guān)系；隨著初始pH值的升高而減緩。 3．影響零價鐵雙金屬體系(Pd/Fe或Ni/Fe)對鄰、對硝基氯苯催化還原脫氯效果和反應速率的因素有：鈀化率(鎳化率)、雙金屬投加量、反應溫度、初始pH值、鄰、對硝基氯苯初始濃度和搖床轉(zhuǎn)速。較高的鈀化率(鎳化率)、雙金屬投加量

6、和較高的反應溫度有利于脫氯反應；而初始 pH 值則存在一個適宜值。反應物的物質(zhì)結(jié)構(gòu)對反應速率有著明顯的影響，相同條件下p-NCB 比o-NCB更容易降解。 4．納米級Fe同步修復p-NCB和Cr(VI)的產(chǎn)物為p-CAN和Cr(Ⅲ)，同步修復p-NCB和Ni(Ⅱ)中的產(chǎn)物為苯胺和Ni。p-NCB和Cr(VI)在反應中存在競爭關(guān)系，p-NCB和Ni(Ⅱ)在反應中存在協(xié)同效應。納米級Ni/Fe雙金屬應用于p-NCB和Cr(VI)的

7、同步修復，可取得很好的脫氯效果。反應產(chǎn)物為Cr(Ⅲ)和苯胺，并不釋放中間產(chǎn)物。較高的Ni(Ⅱ)濃度和反應溫度，可以促進還原降解反應的進行。而較高的Cr(VI)，p-NCB初始濃度或者初始pH值，會導致還原降解效率的下降。 5．零價鐵還原降解Cr(VI)的機理為：零價鐵在水中發(fā)生電腐蝕反應，生成Fe<'2＋>和H2。在此作用下Cr(VI)在零價鐵表面被還原，產(chǎn)物為Cr(Ⅲ)氫氧化物，同時Fe也不斷被氧化成Fe(Ⅲ)氫氧化物。兩種

8、金屬氫氧化物在零價鐵表面形成Fe(1-X)Cr<,x>OOH沉淀物，覆蓋了零價鐵的表面。零價鐵雙金屬體系對p-NCB的催化還原脫氯的機理為：Fe與水或氫離子反應產(chǎn)生H，F(xiàn)e被氧化為Fe<,2＋>。p-NCB在H和催化劑Pd或 Ni作用下被還原脫氯，過程是p-NCB先被降解為對氯苯胺，然后再被降解為苯胺并脫氯。Fe<,2＋>與溶液中的溶解氧和OH反應，在納米級Pd/Fe表面上形成鈍化層，阻礙了催化還原脫氯反應的進一步進行。 6．采用