【摘要】： 本研究采用化學(xué)方法合成針鐵礦、纖鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦等常見鐵氧化物,利用X射線衍射(XRD)、低溫氮?dú)馕?BET)、傅立葉紅外(FTIR)、掃描電鏡-能量彌散光譜(SEM-EDX)等手段表征其晶體結(jié)構(gòu)、比表面、表面形貌、表面元素組成等方面的物理化學(xué)性質(zhì)。以五氯酚為目標(biāo)污染物,采用動(dòng)力學(xué)批試驗(yàn)方法較系統(tǒng)地研究了鐵氧化物/水界面五氯酚的非生物轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)。XRD、SEM等表征結(jié)果表明四種鐵氧化物合成成功,并且每種鐵氧化物都具有相應(yīng)的單晶結(jié)構(gòu)。纖鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦和磁赤鐵礦表面五氯酚的去除率分別71.2%、36.0%、8.49%和2.71%,轉(zhuǎn)化速率常數(shù)分別為0.144±0.008、0.062±0.003、0.014±0.001和0.004±0.001 d-1。發(fā)現(xiàn)草酸等低分子量有機(jī)酸能夠顯著促進(jìn)鐵氧化物界面五氯酚的非生物轉(zhuǎn)化過程與還原脫氯效率。研究了鐵氧化物結(jié)構(gòu)、酸堿度、緩沖體系、有機(jī)酸種類與濃度、亞鐵離子濃度、錳銅等二價(jià)過渡金屬離子等因素對鐵氧化物界面五氯酚非生物轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)的影響,發(fā)現(xiàn)鐵氧化物晶體結(jié)構(gòu)是影響其界面五氯酚轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。體系pH顯著影響五氯酚的還原轉(zhuǎn)化,在pH從3.0到4.0的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)化速率常數(shù)隨著pH的升高而升高,在pH4.0到8.0的范圍內(nèi)則隨pH的升高而降低。Fe(II)、Mn(II)或者草酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸等有機(jī)酸的加入可以顯著促進(jìn)鐵氧化物界面五氯酚的非生物轉(zhuǎn)化。添加Cu(II)后在體系中存在Fe(II)時(shí)促進(jìn)五氯酚的轉(zhuǎn)化。鐵氧化物表面五氯酚的轉(zhuǎn)化速率隨Fe(II)濃度的增加而增加,隨草酸濃度的增加而先增后降,在2.0 mM時(shí)轉(zhuǎn)化效率最大。促進(jìn)五氯酚轉(zhuǎn)化的措施,比如添加Fe(II)和有機(jī)酸等,也促進(jìn)了轉(zhuǎn)化過程中氯離子的釋放。 提取了不同土壤類型、不同成土母質(zhì)等紅壤與水稻土膠體,系統(tǒng)分析了這些膠體的礦物組成、元素組成、形貌、比表面積、鐵的形態(tài)分布等基本性質(zhì),較系統(tǒng)地研究了土壤膠體界面五氯酚的非生物轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)。經(jīng)過19d的還原轉(zhuǎn)化后,土壤膠體對五氯酚平均去除率為(35.09±17.80)%,不同土壤膠體間差異較大。就土壤類型而言,磚紅壤水稻土赤紅壤紅壤膠體,就成土母質(zhì)而言,玄武巖發(fā)育土壤對五氯酚的去除率明顯高于砂頁巖發(fā)育土壤和第四紀(jì)紅土發(fā)育土壤。土壤膠體表面五氯酚的平均轉(zhuǎn)化速率為0.023±0.010 d-1,不同土壤之間差異較大。就土壤類型來說,磚紅壤水稻土赤紅壤紅壤,就成土母質(zhì)而言,玄武巖砂頁巖第四紀(jì)紅土。發(fā)現(xiàn)添加低分子量有機(jī)酸、Fe2+均顯著促進(jìn)有機(jī)氯的非生物轉(zhuǎn)化與還原脫氯過程。添加1.0 mM Fe(II)可使五氯酚的平均去除率增加了67.58±17.65%,也可使五氯酚的平均轉(zhuǎn)化速率常數(shù)增加了1.85±0.91倍。添加1.0 mM草酸后,五氯酚的平均去除率增加1.31±0.51倍,平均轉(zhuǎn)化速率增加2.65±0.79倍。分析了多相鐵氧化物-有機(jī)酸配體的存在狀態(tài)與有機(jī)氯還原轉(zhuǎn)化的關(guān)系;五氯酚轉(zhuǎn)化過程中吸附態(tài)與溶液態(tài)鐵離子/亞鐵離子的循環(huán)轉(zhuǎn)化過程;探討了土壤膠體的比表面積、有機(jī)質(zhì)含量、土壤酸堿度、鐵的形態(tài)分布等基本性質(zhì)與五氯酚非生物轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)的關(guān)系。 理論分析了有機(jī)氯等污染物的還原轉(zhuǎn)化過程中,具有高還原活性的吸附態(tài)≡Fe(II)物種起著關(guān)鍵作用,各種有機(jī)酸配體能夠促進(jìn)高還原性的活性鐵物種的產(chǎn)生。探討了有機(jī)酸存在時(shí),鐵物種的轉(zhuǎn)化與循環(huán)過程,以及這些過程與有機(jī)氯脫氯還原過程的耦合機(jī)制。加深了對五氯酚在污染沉積物或者地表環(huán)境中自然轉(zhuǎn)化的認(rèn)識,并為理解五氯酚在自然環(huán)境中轉(zhuǎn)化及其歸宿提供理論依據(jù),為利用土壤特性處理五氯酚污染土壤的處理措施、為探討復(fù)雜土壤體系對有機(jī)氯污染物的自然凈化能力和污染土壤的原位修復(fù)技術(shù)提供理論支持,對環(huán)境污染的防治和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有重要意義。
【圖文】：

3.1.2.3 電子掃描電鏡(SEM)表征圖 3-2 為四種主要鐵氧化物的 SEM 照片，，從照片上可以看出，不同的鐵氧化物形態(tài)相差較大，γ-FeOOH 為葉狀形態(tài)并具有多孔結(jié)構(gòu)，α-FeOOH 為不均勻分布的針狀形態(tài)，γ-Fe2O3為單一的球狀，而 α-Fe2O3則為珊瑚狀。鐵氧化物的 SEM 圖還表明，其多孔結(jié)構(gòu)主要是由鐵氧化物顆粒之間的孔狀結(jié)構(gòu)形成[55, 213]。AB

表 3-6 Mn(II)存在時(shí)四種鐵氧化物表面五氯酚的轉(zhuǎn)化速率常數(shù)及其顯著性檢驗(yàn)Table 3-6 Pseudo-first order rate constant of the transformation in the presence of Mn(II) and iron oxidesand its significance level.鐵氧化物Iron oxides速率常數(shù)Rateconstantk /d-1標(biāo)準(zhǔn)差Standarddeviation相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficient樣本數(shù)量Sample size顯著性Probability valueProb>"#t"#針鐵礦 Goethite 0.088 0.009 0.971 8 <0.0001赤鐵礦 Hematite 0.228 0.037 0.930 8 8.29E-04纖鐵礦 Lepidocrocite 0.318 0.024 0.983 8 <0.0001磁赤鐵礦 Maghemite 0.197 0.021 0.967 8 <0.0001
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：X131.3

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本文編號：2655949