稳定纳米零价铁合成材料去除水中五价钒的研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaogouku
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近年来水体中五价钒(Ⅴ(Ⅴ))的污染逐渐引起了人们的广泛关注。钒由于具有致癌作用而被列入美国环保总署(USEPA)饮用水污染物候选名单中,并与汞、铅和砷等污染物归为同一类别。在各种修复Ⅴ(Ⅴ)水体污染的方法中,吸附法凭借投资少、见效快和运行简便等优点,而被认为是一种简单有效的除Ⅴ(Ⅴ)技术。然而,大多数Ⅴ(Ⅴ)吸附材料仅仅是将Ⅴ(Ⅴ)从污染水体中转移至固相吸附剂材料的表面,而Ⅴ(Ⅴ)的高毒性问题仍然存在。因此,开发一种既能够降低Ⅴ(Ⅴ)毒性又能将其从污染水体中有效分离的吸附剂材料具有重要的意义。基于此,本研究分别选用生物炭和海藻酸钠两种稳定材料用以稳定纳米零价铁,并成功制备出两种稳定纳米零价铁复合材料(nZⅥ/BC和nZⅥ/SA);探讨了不同的影响因素条件对复合材料还原及吸附除Ⅴ(Ⅴ)性能的影响;综合多种吸附模型和表征分析结果,揭示了两种复合材料(nZⅥ/BC和nZⅥ/SA)还原及除Ⅴ(Ⅴ)机理。结果表明,本研究所制备的nZⅥ/BC和nZⅥ/SA两种复合材料分别在溶液初始pH介于2.010.0和4.010.0之间时,可实现对污染水体中Ⅴ(Ⅴ)的有效去除。此外,nZⅥ/BC和nZⅥ/SA两种复合材料的除Ⅴ(Ⅴ)过程是物理吸附和化学还原共同作用的结果,且化学还原及吸附过程为两种复合材料除Ⅴ(Ⅴ)的限速步骤。Ⅴ(Ⅴ)最终是以单层吸附的方式被均匀固定在nZⅥ/BC和nZⅥ/SA两种复合材料的表面。不同的表征分析(SEM、EDS和XRD等)结果表明,nZⅥ材料被成功负载及稳定于生物炭和海藻酸钠材料中,且复合材料的制备成功阻止了纳米零价铁的团聚现象。两种复合材料(nZⅥ/BC和nZⅥ/SA)的除Ⅴ(Ⅴ)过程可以分为三个步骤:(1)Ⅴ(Ⅴ)离子通过静电吸引作用被吸附在两种复合材料(nZⅥ/BC和nZⅥ/SA)表面;(2)Ⅴ(Ⅴ)离子与两种复合材料(nZⅥ/BC和nZⅥ/SA)表面上存在的Fe3+形成Fe-V沉淀(xFe2O3·yV2O5·zH2O);(3)吸附和沉淀在两种复合材料(nZⅥ/BC和nZⅥ/SA)表面的Ⅴ(Ⅴ)被Fe0及其氧化产物Fe2+还原为V(IV)从而实现减毒过程。研究结果证明了nZⅥ/BC和nZⅥ/SA两种复合材料对Ⅴ(Ⅴ)污染水体的修复具有潜在的应用价值。
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