發(fā)布時間：2019-06-26 21:07

【摘要】：本文針對納米鐵顆粒在去除污染物過程中易團聚、活性降低的問題,將納米鐵(NZVI)負載到活性炭載體上,制備出活性炭負載納米鐵(NZVI/AC)。選擇三鹵甲烷(THMs)和丙烯腈兩種難降解有機污染物作為目標污染物,研究NZVI/AC在去除難降解有機物方面的性能,并對去除機理進行初步研究。本文主要進行了以下方面的研究：1.NZVI和NZVI/AC的制備和表征：采用液相還原法制備納米鐵(NZVI),以活性炭(AC)為載體制備負載型納米鐵NZVI/AC,并對AC、NZVI和NZVI/AC進行表征。NZVI、AC和NZVI/AC的結構形貌是用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)進行表征。通過傅里葉紅外光譜儀(FT-IR).X-射線衍射儀(XRD)和X-射線光電子能譜(XPS)對樣品的表面官能團、晶體結構和化學組成進行考察。比表面積測定儀和電子耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)分別用來測定樣品的比表面積、孔徑和和鐵元素含量。結果表明采用活性炭的承載作用和聚乙二醇-4000的分散作用,有效降低了納米鐵顆粒的團聚程度。SEM和TEM的結果證明了制備得到的負載納米鐵顆粒大小較為均勻,粒徑在30-80 nm,鐵顆粒大體呈球狀形貌,部分分布在活性炭外表面上,部分進入活性炭的孔道內(nèi)。NZVI的BET比表面積為25.8 m2/g,負載后NZVI/AC的比表面積為63.9 m2/g。NZVI/AC具有更大的比表面積和更高的活性。能譜EDS分析NZVI/AC顆粒表面Fe元素形態(tài)及含量,實驗所得的結果與理論值(10%)相接近。XRD、FTIR和XPS的結果都證實了納米零價鐵成功地負載到了活性炭上,并且負載的納米鐵有良好的抗氧化能力,分散性更好。2.對比研究了NZVI、AC和NZVI/AC對三鹵甲烷(THMs)的去除效果：并單獨考察了NZVI/AC顆粒的投加量、反應時間和體系初始pH值對三鹵甲烷去除效果的影響。結果表明對三鹵甲烷的去除能力和去除速率大小依次為NZVI/ACNZVIAC和ACNZVI/ACNZVI。增加顆粒投加量有助于提高去除率,但當投加量增加到1.8 g/L后,去除效果的增加幅度不大。NZVI/AC的投加量為1.8 g/L, pH為中性時,對THMs的去除效果最好。實驗結果證明了溴代甲烷比氯代甲烷容易去除,三鹵甲烷的去除效果和去除速率遵循順序CHBr3CHBr2ClCHBrCl2CHCl3。并且,實驗結果也揭示了高溴取代數(shù)的三鹵甲烷的去除率要比低溴取代數(shù)的三鹵甲烷的去除率高(CHBr3CHBr2ClCHBrCl2).四種三鹵甲烷的去除率均達到90%以上,其中CHBr3、CHBr2Cl、CHBrCl2和CHCl3的最高去除率分別為100%、97.8%、95%和94.5%。3.對比研究了活性炭負載納米鐵和活性炭對丙烯腈的去除效果：結果表明NZVI/AC對丙烯腈的去除效果高于AC,主要是由于活性炭本身對丙烯腈具有吸附作用,并且反應中生成的Fe2+、[H]和Fe0本身都具有很強的還原性,能夠與丙烯腈發(fā)生反應。偽一級和偽二級動力學方程都不能很好地表述NZVI/AC去除丙烯腈的過程。Freundich模型能夠更好的描述NZVI/AC對丙烯腈的吸附等溫線,相關系數(shù)R20.998。通過紫外可見分光光度法和傅里葉紅外譜圖的分析可知,NZVI/AC可以分解丙烯腈分子,主要是由于反應產(chǎn)生的自由氫基[H]和新生成的Fe2+與丙烯腈之間的化學氧化還原作用。采用活性污泥耗氧速率的測定對活性污泥活性進行測定,結果表明經(jīng)過NZVI/AC的預處理可以提高丙烯腈廢水的可生化性,降低其對活性污泥的毒性。
[Abstract]:In this paper, the nano-iron (NZVI) loaded on the activated carbon carrier was prepared by loading the nano-iron (NZVI) on the activated carbon carrier, and the nano-iron (NZVI/ AC) was prepared by loading the nano-iron (NZVI) on the activated carbon carrier. The properties of non-degradable organic pollutants of trihalomethane (THMs) and acrylonitrile were selected as target pollutants, and the removal mechanism was studied. The preparation and characterization of NZVI and NZVI/ AC were studied in this paper. The nano-iron (NZVI) was prepared by a liquid-phase reduction method, and the supported nano-iron NZVI/ AC was prepared by using active carbon (AC) as a carrier, and the AC, NZVI and NZVI/ AC were characterized. The structure and morphology of NZVI, AC and NZVI/ AC were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The surface functional group, crystal structure and chemical composition of the sample were investigated by means of Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray diffractometer (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The specific surface area, pore size and iron element content of the sample were determined by the specific surface area tester and the electron-coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES), respectively. The results show that the loading action of the activated carbon and the dispersion of the polyethylene glycol-4000 effectively reduce the degree of agglomeration of the nano-iron particles. The results of SEM and TEM show that the prepared supported nano-iron particles have a uniform size, a particle size of 30-80nm, and the iron particles are in a spherical shape, and are partially distributed on the outer surface of the active carbon and partially enter the pore canal of the active carbon. The BET specific surface area of NZVI was 25.8 m2/ g, and the specific surface area of NZVI/ AC after loading was 63.9 m2/ g. NZVI/ AC had a greater specific surface area and higher activity. The morphology and content of Fe element in the surface of NZVI/ AC particles were analyzed by energy spectrum EDS, and the experimental results were close to the theoretical value (10%). The results of XRD, FTIR and XPS all confirmed that the nano-valent iron was successfully loaded on the activated carbon, and the loaded nano-iron had good anti-oxidation ability and better dispersibility. The effect of NZVI, AC and NZVI/ AC on the removal of trihalomethane (THMs) was studied. The effects of the dosage, reaction time and initial pH of NZVI/ AC on the removal of trihalomethane were investigated. The results show that the removal and removal rate of trihalomethane are NZVI/ ACNZVIAC and ACNZVI/ ACNZVI. Increasing the dosage of the particles helps to improve the removal rate, but when the dosage is increased to 1.8 g/ L, the increase of the removal effect is not large. When the dosage of NZVI/ AC is 1.8 g/ L and the pH is neutral, the removal effect of the THMs is the best. The experimental results show that the bromomethane is easier to remove than the chloromethane, and the removal effect and the removal rate of the trihalomethane follow the order of CHBr3CHBr2ClCHBrCl2CHCl3. Furthermore, the experimental results also show that the removal rate of the trihalomethane with the high bromine number is higher than that of the low bromine number of the trihalomethane (CHBr3CHBr2ClCHBrCl2). The removal rate of the four trihalomethane was over 90%, and the highest removal rates of CHBr3, CHBr2Cl, CHBrCl2 and CHCl3 were 100%, 97.8%,95% and 94.5% respectively. The effect of activated carbon loaded iron and active carbon on the removal of acrylonitrile was studied. The results showed that the effect of NZVI/ AC on the removal of acrylonitrile was higher than that of AC, mainly due to the adsorption of the activated carbon itself on the acrylonitrile, and the Fe 2 + generated in the reaction. [H] and Fe0 itself have very strong reducibility and can react with acrylonitrile. Both the pseudo-first and the pseudo-second-order kinetic equations do not well state the process of removing the acrylonitrile from the NZVI/ AC. The Freundich model can better describe the adsorption isotherm of NZVI/ AC to acrylonitrile, and the correlation coefficient R20.98. It is known from the analysis of the UV-visible spectrophotometry and the Fourier infrared spectroscopy that the NZVI/ AC can decompose the acrylonitrile molecule, mainly due to the free hydrogen group[H] produced by the reaction and the chemical oxidation reduction effect between the newly formed Fe 2 + and the acrylonitrile. The activity of activated sludge was determined by the determination of the oxygen consumption rate of activated sludge. The results showed that the pretreatment of NZVI/ AC could improve the biodegradability of acrylonitrile wastewater and reduce its toxicity to activated sludge.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703;TQ424.1

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