地表水是人類的重要資源,在人們的生產(chǎn)和生活中具有不可替代的作用。但是,隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,一些工廠企業(yè)不合理排放含鉻廢水,導(dǎo)致大量鉻尤其是Cr(Ⅵ)進(jìn)入地表水中,引起嚴(yán)重的污染。Cr(Ⅵ)以其較大的毒害作用引發(fā)了一系列負(fù)面效應(yīng),影響了周圍動(dòng)物,植物以及人類的健康。因此,解決地表水中Cr(Ⅵ)的污染問題成為了環(huán)境工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。 近幾年的研究表明,零價(jià)鐵材料尤其是納米級(jí)零價(jià)鐵材料由于具有高的反應(yīng)活性,可修復(fù)多種環(huán)境污染物等特點(diǎn),成為目前環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)中一個(gè)非�；钴S的研究領(lǐng)域。但是在實(shí)際應(yīng)用中納米鐵材料仍然存在一些問題需要解決,如納米鐵合成條件不易控制,極易團(tuán)聚,空氣穩(wěn)定性差。這些因素都對(duì)納米鐵材料的制備和使用提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 針對(duì)以上問題,本論文在天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃(天津市自然科學(xué)基金)的資助下,對(duì)納米鐵制備的液相還原法進(jìn)行改進(jìn),制備出殼聚糖穩(wěn)定的納米鐵材料并用于地表水Cr(Ⅵ)污染的修復(fù)。論文研究了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵的穩(wěn)定性,在靜態(tài)條件和動(dòng)態(tài)條件下考察了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)地表水中Cr(Ⅵ)的去除能力,探討了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵去除Cr(Ⅵ)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理。論文的主要研究內(nèi)容分為以下四部分: 1.通過優(yōu)化制備條件得到了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵制備的最佳方法為:將分子量為100000的殼聚糖溶解于0.05 mol/L HNO_3溶液中,得到質(zhì)量百分含量為0.5%的殼聚糖硝酸溶液。使用前通過0.22μm的微孔濾膜過濾去除不溶部分,然后向裝有3 ml上述殼聚糖溶液的三口燒瓶中加入10 ml含有0.2978 gFeSO_4·7H_2O的水溶液,加入去離子水使體系的總體積為15 mL,用真空線向溶液中通入高純氮?dú)獬ンw系中的氧(通氣時(shí)間為30min),并在整個(gè)合成的過程中持續(xù)向體系中通入氮?dú)獗３譄o氧環(huán)境,然后再攪拌10分鐘使之充分混合均勻。同時(shí)將10 mL新配制的含0.2889 g KBH_4的水溶液從恒壓漏斗中逐滴加入三口燒瓶中,滴速控制約為2滴/秒,在20℃下反應(yīng)90分鐘,生成黑色的納米鐵顆粒。反應(yīng)結(jié)束后,用磁選法分離出納米鐵粒子,再用脫氧去離子水洗滌三次,每次用水150ml,得到殼聚糖穩(wěn)定納米鐵復(fù)合粒子。 2.殼聚糖穩(wěn)定納米鐵的表征分析結(jié)果顯示,殼聚糖穩(wěn)定納米鐵粒徑的分布范圍為20-150 nm,平均粒徑為82.4 nm,且具有一定的抗氧化性能。與普通納米鐵相比,殼聚糖穩(wěn)定納米鐵呈現(xiàn)了很好的分散狀態(tài)。 3.采用批實(shí)驗(yàn)和柱實(shí)驗(yàn)研究了殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)地表水中Cr(Ⅵ)的去除能力。殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除能力高于200目鐵粉和普通納米鐵,每克殼聚糖穩(wěn)定納米鐵可以去除鉻148.08 mg。地表水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、CO_3~(2-)、HCO_3~-、有機(jī)物和溶解氧等因素都對(duì)Cr(Ⅵ)的去除產(chǎn)生影響,但是殼聚糖穩(wěn)定納米鐵仍然顯示出納米材料所特有的優(yōu)勢(shì)。 4.殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)Cr(Ⅵ)的去除是基于吸附和還原的雙重作用。去除Cr(Ⅵ)反應(yīng)的表觀一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)隨Cr(Ⅵ)初始濃度的升高而降低。增加Cr(Ⅵ)的初始濃度促進(jìn)了表面鈍化層的形成降低零價(jià)鐵的腐蝕速率,從而降低了Cr(Ⅵ)的還原速率。殼聚糖穩(wěn)定納米鐵對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附量與Cr(Ⅵ)的初始濃度成正比。反應(yīng)的表觀活化能為33 kJ mol~(-1),證明殼聚糖穩(wěn)定納米鐵去除Cr(Ⅵ)的反應(yīng)是由化學(xué)反應(yīng)所控制的,而非物理過程控制的。殼聚糖分子鰲合了產(chǎn)物中的Fe(Ⅲ),使得樣品表面Fe(Ⅲ)的含量增加,這也阻礙了納米鐵表面氫氧化物鈍化層的形成,促進(jìn)Cr(Ⅵ)的還原和去除。
【學(xué)位單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

殼聚糖穩(wěn)定納米鐵圖3.7普通納米鐵和殼聚糖穩(wěn)定納米鐵在水溶液中分散穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)(PH二6.0)由圖3.7可以看出，普通納米鐵在水溶液中分散穩(wěn)定性較差，22h后就完全沉淀下來，上層是清液，下層是黑色納米鐵顆粒。放置ld后，底部的納米鐵顆粒變?yōu)辄S褐色，上層清液也略帶黃色，這是因?yàn)榧{米鐵顆粒被水中溶解氧所氧化，失去活性所致。相比較而言，殼聚糖穩(wěn)定納米鐵則呈現(xiàn)了很好的分散狀態(tài)，能夠在水溶液中較長時(shí)間懸浮，沒有發(fā)生明顯的團(tuán)聚和沉淀。室溫下靜置了sd，依然保持高度分散狀態(tài)

通過超聲后，殼聚糖穩(wěn)定納米鐵和普通納米鐵可重新分散開來得到黑色的納米鐵溶液，再靜置后殼聚糖穩(wěn)定納米鐵仍然具有很好的分散穩(wěn)定性。由圖3.8可以看出，在體系pH一8.0的條件下，殼聚糖穩(wěn)定納米鐵的分散穩(wěn)定

米鐵去除Cr(Vl)反應(yīng)的活化能高于這些值，這控制的，而非物理過程控制的。第五節(jié)反應(yīng)機(jī)理5.5.1基本理論零價(jià)鐵去除er(vx)的主要途徑是零價(jià)鐵還原隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的pH值升高，F(xiàn)e(111)和Cr(沉淀。由于Cr(111)離子半徑(0.62埃)與Fe(111)離可以形成crxFel一OOH或者CrxFel一(OH)3共沉淀最近的研究表明，此鈍化層的結(jié)構(gòu)為Cr。石67Feo3如圖5.5所示[2062’5一18]。
【參考文獻(xiàn)】

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1 曾京輝,鄭化桂,曾桓興;納米α-Fe金屬粉合成[J];信息記錄材料;1998年04期

2 黃繼國,張永祥;GT-鐵氧體法處理含鉻廢水實(shí)驗(yàn)研究[J];長春科技大學(xué)學(xué)報(bào);2000年01期

3 楊鼎宜,孫偉;納米材料的結(jié)構(gòu)特征與特殊性能[J];材料導(dǎo)報(bào);2003年10期

4 蘇海佳,賀小進(jìn),譚天偉;球形殼聚糖樹脂對(duì)含重金屬離子廢水的吸附性能研究[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年02期

5 王焰新;去除廢水中重金屬的低成本吸附劑:生物質(zhì)和地質(zhì)材料的環(huán)境利用[J];地學(xué)前緣;2001年02期

6 胡瑛,杜予民,劉慧;殼聚糖抗菌性與分子量和環(huán)境介質(zhì)相關(guān)性研究[J];分析科學(xué)學(xué)報(bào);2003年04期

7 田春霞;納米粉末制備方法綜述[J];粉末冶金工業(yè);2001年05期

8 古昌紅;單振秀;丁社光;;鉻鹽生產(chǎn)基地對(duì)水體污染的研究[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2006年04期

9 許永勝,韓吟文;以鉻為例試論環(huán)境自凈資源的開發(fā)利用[J];地質(zhì)與勘探;2003年06期

10 張建民,宗剛,朱寶瑜,溫碧芳;生物處理電鍍鉻廢水的研究[J];工業(yè)水處理;1999年05期

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