【摘要】：隨著城市采礦、電鍍工業(yè)、有色金屬冶煉的快速發(fā)展,重金屬污染水體無(wú)序排放至河湖中,導(dǎo)致河湖底泥進(jìn)一步受到重金屬污染,其中Cd(Ⅱ)污染尤其嚴(yán)重。由于底泥污染的蓄積性、復(fù)雜性、可轉(zhuǎn)移性以及持久性給污染底泥的治理帶來(lái)不小的挑戰(zhàn),如果不采取有效的修復(fù)方法,污染底泥將會(huì)對(duì)人類和環(huán)境健康造成潛在威脅。因此,本研究是要尋求一種重金屬污染底泥的修復(fù)技術(shù),即穩(wěn)定型納米零價(jià)鐵環(huán)境修復(fù)技術(shù),以此技術(shù)來(lái)驗(yàn)證修復(fù)重金屬污染河道底泥的可行性,為了進(jìn)一步探索該技術(shù)的實(shí)地應(yīng)用性,我們還研究了穩(wěn)定型納米零價(jià)鐵在多孔介質(zhì)中的遷移性。本研究利用改進(jìn)的液相還原法合成了羧甲基纖維素鈉(CMC)穩(wěn)定的納米零價(jià)鐵(C-nZVI)和淀粉穩(wěn)定的納米零價(jià)鐵(S-nZVI),通過(guò)掃描電鏡分析(SEM)、紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)以及粒徑分析(DLS)對(duì)穩(wěn)定型納米零價(jià)鐵進(jìn)行表征,結(jié)果顯示CMC和淀粉成功地包覆在納米零價(jià)鐵(nZVI)表面,且它們能有效減少或消除nZVI的表面氧化,抑制了nZVI的快速團(tuán)聚,維持了nZVI的高反應(yīng)性以及納米級(jí)尺寸。批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示當(dāng)?shù)啄嘣嚇咏?jīng)0.5g/L~1.0g/L的C-nZVI處理56d后,TCLP浸出的鎘降低了93.75%~96.43%,PBET生物有效性浸出的鎘降低了22.79%~71.32%。此外部分酸溶態(tài)的鎘轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài),導(dǎo)致酸溶態(tài)的鎘減少了32.4%~33.1%,殘?jiān)鼞B(tài)的鎘增加了125.4%~205.6%,底泥中鎘的遷移性和生物有效性得到有效控制。同時(shí),我們還發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定型nZVI對(duì)鎘污染底泥的修復(fù)效果強(qiáng)于未穩(wěn)定的nZVI(B-nZVI),且適當(dāng)增加穩(wěn)定型nZVI劑量時(shí),鎘污染底泥的修復(fù)效果得到增強(qiáng)。穩(wěn)定型nZVI對(duì)底泥中鎘的鈍化機(jī)理不是Fe~0對(duì)Cd(Ⅱ)的還原鈍化,而是通過(guò)nZVI強(qiáng)大的吸附能力及其表面發(fā)生的鐵氫氧化物絡(luò)合作用而鈍化。柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明穩(wěn)定型nZVI(特別是C-nZVI)相比于B-nZVI有較好的遷移性,而且穩(wěn)定型nZVI在改良底泥中的最大遷移距離顯著比在石英砂中的最大遷移距離短,表明改良底泥的物理化學(xué)非均一性對(duì)nZVI的遷移仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。總的來(lái)說(shuō),本研究證實(shí)了穩(wěn)定型nZVI對(duì)鎘污染底泥有較好的修復(fù)效果,且穩(wěn)定劑如CMC和淀粉能適當(dāng)增大其遷移距離。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X52
【圖文】：

圖 1.1 納米零價(jià)鐵環(huán)境修復(fù)技術(shù)的發(fā)展和演變以下幾個(gè)階段：1）合成和表征未穩(wěn)定的零價(jià)鐵（ZVI），這種 ZVI 本質(zhì)上是 ZVI的聚集體并帶有一些納米級(jí)的初級(jí)顆粒；2）用未穩(wěn)定的 ZVI 還原降解水體中的有機(jī)氯溶劑（如三氯乙烯、多氯聯(lián)苯）以及吸附無(wú)機(jī)污染物（如重金屬）；3）合成、表征和測(cè)驗(yàn)未穩(wěn)定型 nZVI，用其還原脫氯氯代有機(jī)物以及還原鈍化可還原金屬和放射性核素；4）研究未穩(wěn)定型 nZVI 和穩(wěn)定型 nZVI 的遷移、轉(zhuǎn)化以及生態(tài)毒性[19]。1.3.2 穩(wěn)定劑的選擇及穩(wěn)定型納米零價(jià)鐵的環(huán)境修復(fù)現(xiàn)狀1.3.2.1 穩(wěn)定劑的選擇由于 nZVI 的納米尺寸效應(yīng)及其較大的比表面積，nZVI 易發(fā)生團(tuán)聚，這種團(tuán)聚是熱力學(xué)的自發(fā)過(guò)程，可能涉及到顆粒間的范德華力、磁偶極相互作用和電偶極相互作用。納米顆粒的團(tuán)聚不僅阻礙了其在土壤、地下水環(huán)境中的遷移，而且減小了比表面積，最終會(huì)大大影響 nZVI 的反應(yīng)活性。為了抑制 nZVI 的快速團(tuán)

種多糖穩(wěn)定劑。 羧甲基纖維素鈉（CMC）纖維素鈉（CMC）既是一種表面活性劑又是高分子聚合電解易于分散且會(huì)形成透明膠狀溶液，當(dāng)升高水溫時(shí)，能有效提解性，在工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常作為穩(wěn)定劑、增稠劑、粘結(jié)劑等。CM0000 或 90000，其分子結(jié)構(gòu)中包含大量的羥基和羧基（如圖 1.2I 形成強(qiáng)有力的雙齒架橋連接，對(duì) nZVI 具有較好的穩(wěn)定化作研究發(fā)現(xiàn) CMC 能夠控制 nZVI 顆粒的大小以及分散性，能夠有聚的問(wèn)題。Phenrat[32]等人研究發(fā)現(xiàn) CMC 能有效抑制 nZVI 閾值范圍內(nèi)投加量越多，nZVI 保持靜沉降的時(shí)間越長(zhǎng)，這一ZVI 在土壤或地下水環(huán)境的遷移性和滲透性。另一方面，CM常以 0.1%~0.2%（w/w）的質(zhì)量比投入鐵鹽溶液就能有效穩(wěn)定有無(wú)毒性以及可降解性等優(yōu)點(diǎn)。因此本研究將 CMC 作為穩(wěn)定素鈉穩(wěn)定的 nZVI 作為研究材料來(lái)處理鎘污染底泥，同時(shí)考察的遷移性。

研究這兩種多糖類穩(wěn)定劑的穩(wěn)定化效果以及其對(duì)鎘污染底泥的鈍化效果。圖 1.3 可溶性淀粉結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2.2 穩(wěn)定型納米零價(jià)鐵的環(huán)境修復(fù)現(xiàn)狀目前，穩(wěn)定型 nZVI 的環(huán)境修復(fù)應(yīng)用主要包括：有機(jī)污染物的降解；無(wú)機(jī)污染物的去除/鈍化；原位修復(fù)的實(shí)地研究。（1） 有機(jī)污染物的降解穩(wěn)定型 nZVI 最早和最廣泛的環(huán)境修復(fù)應(yīng)用是鹵代有機(jī)物（如多氯聯(lián)苯）及氯化烴類有機(jī)物（如過(guò)氯乙烯、三氯乙烯、二氯乙烯、氯乙烯、二氯乙烷）的還原降解[33]，這些有機(jī)物存在于土壤及地下水環(huán)境中，對(duì)人類和環(huán)境的健康造成潛在威脅。穩(wěn)定型 nZVI 還原降解這類有機(jī)物的機(jī)理是 nZVI 能夠破壞 C-Cl 化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)氯代有機(jī)物的脫氯降解，從而降低污染物毒性。在前人的實(shí)驗(yàn)研究中，以穩(wěn)定型 nZVI 為基礎(chǔ)的雙金屬納米材料（如 Pb-Fe0、Ni-Fe0、Cu-Fe0）能夠加速氯代有機(jī)物的還原降解，原因可能是鈀、鎳及銅等金屬的存在能夠加速了電子的傳遞，能迅速破壞 C-Cl 鍵[35]。除了氯代有機(jī)物的還原脫氯，學(xué)者們慢慢發(fā)現(xiàn)負(fù)載有催化金屬的穩(wěn)定型 nZVI 也能夠降解林丹和莠去津等農(nóng)藥污染物，對(duì)農(nóng)藥污染的水體和地下水環(huán)境均有一定的修復(fù)效果[36]。（2） 無(wú)機(jī)污染物的去除/鈍化穩(wěn)定型 nZVI 對(duì)無(wú)機(jī)污染物（如重金屬、類金屬、放射性核素、硝酸鹽、高氯酸鹽）的去除或鈍化主要是利用了 nZVI 較強(qiáng)的還原能力及穩(wěn)定化后的遷移能力，如對(duì)水體及土壤中的 Cr(VI)、U(VI)、Tc(VII)、Re(VII)、Se(VI)等污染物的還原

【參考文獻(xiàn)】

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1 尹斌;;渭河渭南段重金屬分析及防治對(duì)策[J];云南地理環(huán)境研究;2015年02期

2 謝麗;張振克;;長(zhǎng)江北支口門圓陀角附近潮灘沉積物重金屬來(lái)源及污染評(píng)價(jià)[J];地理科學(xué);2015年03期

3 許煉烽;鄧紹龍;陳繼鑫;夏鐘文;;河流底泥污染及其控制與修復(fù)[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2014年10期

4 張興梅;劉艷艷;郭建譜;李楊;;三峽庫(kù)區(qū)重慶城區(qū)段底泥重金屬污染調(diào)查與分析[J];重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

5 袁華山;劉云國(guó);李欣;;電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)去除城市污泥中的重金屬研究[J];中國(guó)給水排水;2006年03期

6 籍國(guó)東,倪晉仁,孫鐵珩;持久性有毒物污染底泥修復(fù)技術(shù)進(jìn)展[J];生態(tài)學(xué)雜志;2004年04期

7 郭篤發(fā);環(huán)境中鉛和鎘的來(lái)源及其對(duì)人和動(dòng)物的危害[J];環(huán)境科學(xué)進(jìn)展;1994年03期

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3 陳國(guó)敏;基于改性納米零價(jià)鐵修復(fù)重金屬污染環(huán)境的效能與行為機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2800796