纳米铁复合材料修复土壤铬污染及其迁移性研究

来源 :苏州科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylh644894056
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前,重金属铬因其广泛的适用性而在工业生产中使用,又因为电镀废水排放,铬渣堆放使得铬污染问题变得严峻。在自然水域或在土壤中处理六价铬(Cr(Ⅵ))污染比处理其他污染物更加困难,因为Cr(Ⅵ)很难降解并通过生物富集来危害人类健康。因此,考虑到Cr(Ⅵ)的危害,许多研究人员已考虑通过将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)来降低Cr(Ⅵ)在环境中的毒性。纳米零价铁(nZVI)具有一定的还原性,反应性和吸附性能,是用于去除重金属污染的理想材料。然而传统化学合成的nZVI存在着极易团聚以及迁移性较差的特点,从而降低了nZVI的反应性能。因此本研究使用硅藻土(DE)作为稳定剂,绿茶提取物(茶多酚;GT)作为还原剂,通过绿色合成得到了改性的纳米铁颗粒(GT-nZVI@DE)。研究了GT-nZVI@DE在异质多孔介质中的迁移性,在土壤环境中与Cr(Ⅵ)的反应机理以及与Cr(Ⅵ)反应后的稳定性。并且还研究了在自然界广泛存在的无机小分子磷酸盐(PO43-),有机大分子腐殖酸(HA)和金属硫化物(硫化亚铁(FeS)/黄铁矿(FeS2))的影响下,GT-nZVI@DE修复Cr(Ⅵ)的反应活性和迁移性。本文的主要结论如下:(1)采用绿色方法制备GT-nZVI@DE并研究了其与Cr(Ⅵ)反应性和迁移性:以DE作为载体、GT作为还原剂,成功制备了不同负载比(Fe/DE)的GT-nZVI@DE纳米复合材料,并通过多种分析方法对其进行表征,其可能的结构为DE(α-Fe~0/有机物)。nZVI颗粒成功负载于DE的多孔结构中,因此其稳定性和迁移性比没有负载DE的绿色合成的空白纳米零价铁(GT-nZVI)更好。GT-nZVI@DE的迁移行为在主要取决于水饱和的非均质多孔介质中沙土的比例。特别是,通过两点动力学模型来揭示GT-nZVI@DE在土壤中的迁移机制。同时,与GT-nZVI相比(约400mg·g-1),GT-nZVI@DE(Fe/DE=10)纳米复合材料(796.5mg·g-1)显示出更好的Cr(Ⅵ)去除能力,并且通过加入GT-nZVI@DE复合材料(98.37mg·g-1),提高了土壤对Cr的固定能力(1.12mg·g-1)。GT-nZVI@DE与Cr(Ⅵ)反应后的稳定性较GT-nZVI更好,这也导致复合材料在与Cr(Ⅵ)反应后仍然具有一定的迁移性,并且发现因为DE的负载提高了GT-nZVI对Cr(Ⅵ)吸附能力。此外,通过XRD,XPS分析鉴定了反应后Cr(Ⅲ)的形态(即FeOCr2O3,Cr2O3,Cr(OH)3)。(2)以GT-nZVI@DE复合材料(Fe/DE=10)作为研究主体,探究了pH,起始Cr浓度,PO43-和HA对GT-nZVI@DE修复Cr的影响。首先研究了p H对GT-nZVI@DE复合材料稳定性的影响以及不同的起始Cr浓度对其迁移性以及修复效果的影响。在确定了最佳的Cr和Fe的修复比后,研究了PO43-和HA对GT-nZVI@DE修复Cr(Ⅵ)的影响。并通过多种分析手段分析了影响机理。结果表明:p H对GT-nZVI@DE粒度没有明显的影响,并且过高的Cr浓度对GT-nZVI@DE还原Cr有抑制作用。而PO43-的存在会降低并抑制GT-nZVI@DE对铬的去除效果,并且PO43-的浓度越高,PO43-与铬酸盐的竞争吸附作用越明显,抑制效果越强。HA对GT-nZVI@DE修复Cr同样的有抑制作用,有趣的是在去除Cr的过程中HA会作为电子供体提供给还原Cr(Ⅵ)所需要的电子,从而提高还原量在去除量中的占比。在PO43-和HA的抑制作用下,GT-nZVI@DE仍然对Cr(Ⅵ)有较高的去除能力(216.8mg·g-1)。此外,在PO43-和HA共存的时候,会发生异质团聚作用而减少两者对GT-nZVI@DE去除Cr的抑制作用。并且PO43-和HA会与GT-nZVI@DE发生异质团聚作用降低了GT-nZVI@DE的迁移性。(3)使用氯化铁(FeCl3·6H2O;排除样品中存在的硫酸根离子对实验结果的影响)与GT合成GT-nZVI,探究了在FeS和FeS2影响下纳米铁颗粒对Cr(Ⅵ)修复效果以及修复Cr(Ⅵ)后的稳定性。并通过XRD分析了可能存在的机理。结果表明:FeS或FeS2会与纳米铁和Cr(Ⅵ)发生异质团聚,从而降低GT-nZVI在饱和石英砂柱中的迁移性。并且FeS和FeS2能够明显的改善纳米铁颗粒在水溶液中的修复Cr(Ⅵ)的效果,特别是对Cr(Ⅵ)的还原能力有明显的提高,这主要归因于FeS和FeS2能够水解产生Fe2+和S2-/S22-作为电子供体以还原Cr(Ⅵ)。特别的,FeS对GT-nZVI修复Cr(Ⅵ)以及GT-nZVI与Cr(Ⅵ)在石英沙柱中迁移的影响比FeS2更大,特别在p H=6.00时更为明显。FeS实验组中Cr(Ⅵ)的出流比要低于FeS2,这归因于FeS在水溶液中能够产生的溶解铁速率快且多。这项研究表明,GT-nZVI@DE是一种潜在的用于修复土壤中Cr的纳米复合材料,可以为其他相关研究提供思路。而且,DE广泛存在于地壳土壤中具有易获得性,因此可以更好地用于实际生产中。在HA和PO43-的影响下,GT-nZVI@DE复合材料依然能够在土壤中表现出对Cr(Ⅵ)较好的固定能力,为GT-nZVI@DE能够用于含HA和PO43-的自然环境提供了理论依据。此外,硫铁矿的共存证实了GT-nZVI@DE能够更好的使Cr固定在土壤中。
其他文献
本文在已有的混凝土植筋结构理论及混凝土植筋试验研究的基础上,对混凝土植筋界面粘结破坏的粘结-滑移性能,较全面的进行了胶-混和胶-筋界面粘结滑移本构关系试验研究、及考虑双重界面粘结-滑移性能的有限元计算分析。为了研究混凝土植筋结构胶-混界面粘结-滑移本构关系,设计了较为完善的高强混凝土植筋无约束推出试验。通过6个混凝土植筋试件进行试验对比,结合平均粘结强度理论,回归出了植筋结构胶-混界面在各相关参数
“生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计”—经济飞速发展的今天,工业企业迅速崛起,这也造成了一系列污染问题的加剧。塑料制品的广泛使用和工业生产中大量含铬废水的排放,导致土壤和地下水中微塑料和重金属污染问题日益突出,严重威胁到生态系统的平衡。纳米铁(Iron Nanoparticles,nFe)因其无可比拟的高反应活性和独特的吸附还原性能,广泛用于修复土壤和地下水中六价铬(Cr(VI))污染。
浅层地温能的开发利用对于建筑节能有着重要的意义,在开发利用浅层地温能之前,需要获取开发区域土体的热物性参数,尤其是土体的导热系数。目前,最成熟的测试地下岩土热物性系数的技术是现场热响应试验(Thermal Response Test,TRT),但是,TRT只能测量土层的平均导热系数,无法获取不同深度土层的导热系数,不能定量分析各个因素对土体换热能力的影响,进而无法通过每层土体的导热系数来优化地源热
腹板开椭圆孔耗能支撑是一种新型耗能支撑,其原理是将被动耗能减震方法引入传统支撑,通过金属阻尼器与传统支撑结合,利用金属材料进入塑性实现支撑耗能。新型腹板开孔屈服耗能支撑采用工字钢十字形交叉截面形式,在支撑发生轴向变形时通过开孔腹板孔间板条屈服耗散能量。该耗能支撑结合了金属阻尼器与传统支撑优点,同时具有良好的延性和耗能能力,轴力作用下耗能支撑开槽孔之间板件的应力两侧大,中间小,分布不均匀。为了提高开
基于氧杂蒽母体结构,制备了11个氧杂蒽(包括罗丹明和荧光素)螺环分子并通过质谱和核磁表征。研究发现:这些螺环衍生物本身不发光。在特定阴/阳离子作用下,螺环结构可快速发生开环,发出很强的Stokes荧光和anti-Stokes荧光(包括单光子吸收上转换荧光,One-photon absorption upconversion(OPA-UC)和三线态-三线态湮灭上转换荧光,Triplet-triple
腹板开孔耗能支撑有效地避免了传统中心支撑斜杆的失稳破坏,具有较好的耗能能力。通过有限元软件分析可知,在轴向力作用下开孔腹板耗能板件的应力分布呈两端大,中间小的特点。为了使耗能板件应力分布均匀,可以对耗能板件开孔形状进行优化,本文通过试验与有限元软件结合,分析不同开孔形式耗能支撑滞回性能,并提出合理的开孔形式。主要内容如下:(1)对两根耗能腹板开菱形孔和椭圆孔的耗能支撑试件进行了低周循环荷载加载试验
自21世纪以来,我国的经济取得了飞速的发展,作为经济发展的重要交通结构,桥梁一直以来扮演着极其重要的角色。为了适应经济的高速发展,我国的桥梁建设已经步入了一个高速发展的阶段,桥梁也朝着跨江、跨海等具有高难度、高要求的方向发展,例如港珠澳大桥。但同时,我国处于板块交界处,是地震多发区,许多经济发达地区一旦遭遇地震,其带来的损失往往比地震本身更为严重,桥梁作为生命线工程,若是由于地震作用而破坏,将会导
网格敏感性一直以来都是岩土数值模拟中的难题,只有系统地研究网格敏感性的产生机制,才能准确地描述实际工程中宏观的力学特性。往往应变局部化的发生会带来网格敏感性,因此本文从应变局部化剪切带的产生机制入手,构建了能够反映胶结损伤的本构模型,模拟对比胶结损伤软化与剪胀软化所产生的应变局部化剪切带,揭示网格敏感性的产生机制,本文主要工作和研究成果如下:基于UH理论,通过引入初始胶结力c,构建了能够反映胶结损
我国现行建筑抗震设计规范采用的小震弹性设计方法无法准确预估结构在强震下的弹塑性性能,也无法预估结构在地震动循环效应中产生的累积损伤。基于能量的性态设计方法能同时考虑力、位移、强震持时等因素,能够反映出结构的累积滞回耗能与往复塑性变形,是具有发展前景的设计方法,而结构滞回能需求预估是基于能量设计方法需要研究的核心内容。本文按照现行规范设计了10层、15层人字形中心支撑钢框架、单斜式中心支撑钢框架、V
随着城市地下工程的开展,大量开挖后的土体被堆积,造成土壤资源的浪费。如何处置这些开挖土方,不对生态环境造成破坏,是迫切需要解决的一大难题。为了使这些土体能够资源再利用,需要对土体进行加固处理。通常单掺一种固化剂并不能使土体达到工程需要,所以本文采用Box-Behnken法,对苏州土体使用多种固化剂复合改性,通过无侧限抗压强度试验结合微观结构分析探究固化机理。本文主要开展如下工作:(1)对粉土、黏土