本文關(guān)鍵詞： 含鐵納米材料 希瓦氏 生物合成 FeS納米顆粒 四氯化碳 還原脫氯　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近年來,含鐵的納米材料,包括納米零價鐵以及納米鐵礦物材料,在污染物降解、環(huán)境修復以及生物化學元素循環(huán)等方面發(fā)揮著重要作用,因而得到了廣泛關(guān)注與研究。其中,納米零價鐵是一種成本低、環(huán)境友好且具有良好的還原性能的納米鐵材料,可以處理水體中存在的多種污染物。但是在應用過程中,納米零價鐵的活性會隨著反應的進行而不斷降低,主要是因為在降解過程中不斷生成鐵氧化物致使納米零價鐵鈍化而導致的,這種鈍化現(xiàn)象限制了納米零價鐵的應用。另外一方面,生成的鐵氧化物又可以進一步被還原為次級鐵礦物,微生物體系可以大大加速這個過程,但是相關(guān)機理并不明確。本論文旨在解決上述所提到的問題,并主要研究兩種含鐵納米材料(納米零價鐵和納米FeS材料)對氯代有機物(四氯化碳)的還原脫氯過程以及相關(guān)機理。四氯化碳是環(huán)境中普遍存在的難降解有機物,并且對自然生態(tài)系統(tǒng)和人體健康都具有危害作用。1.首先,我們研究了在非緩沖體系中納米零價鐵對四氯化碳的還原脫氯過程。研究表明,在非緩沖體系中,納米零價鐵可以維持較高的還原脫氯活性,并且能夠持續(xù)多個降解周期。在第二個反應周期,還原脫氯的速率常數(shù)有明顯的增加,之后脫氯活性維持在一個較高的水平。最后,降解速率又逐漸降低。在整個還原脫氯過程中,體系的pH維持在7.0-7.8的范圍內(nèi),和之前報道的相關(guān)體系有所不同。實驗結(jié)束后對體系中的材料進行表征,結(jié)果顯示納米零價鐵反應之后形成的鐵氧化物發(fā)揮著重要作用,可以使整個體系形成一個自緩沖體系并使pH維持在相對穩(wěn)定的范圍,從而使納米零價鐵能夠長時間的維持較高的還原脫氯活性。這部分內(nèi)容讓我們對納米零價鐵的脫氯過程有了更新的認識,并且有望提高納米零價鐵在污染物降解和環(huán)境修復過程中的反應活性并能延長反應壽命。2.接下來,本文研究了環(huán)境水體中磷酸鹽的存在對納米零價鐵脫氯過程的影響。磷酸鹽在水體中可以起到pH緩沖和結(jié)合二價鐵離子的作用,我們分別在緩沖體系和非緩沖體系中來研究納米零價鐵對四氯化碳的還原脫氯過程。在緩沖體系中,納米零價鐵對磷酸鹽存在很強的物理吸附并且生成了大量的磷酸亞鐵沉淀(蘭鐵礦,vivianite),同時生成了大量的H2,導致納米零價鐵被很快消耗,并且反應活性大大降低。但是在非緩沖體系中,磷酸鹽的存在使體系的pH有所升高,進而納米零價鐵的腐蝕產(chǎn)氫反應減慢,對四氯化碳的脫氯作用沒有受到太大影響,所以磷酸鹽的存在在一定程度上延長了納米零價鐵的使用壽命并且提高了其還原脫氯活性。3.報道了生物法合成FeS納米材料并用于四氯化碳的還原脫氯研究。硫化氫是環(huán)境中普遍存在的一種污染物,一般會在厭氧體系中生成,并且對微生物具有毒害作用,嚴重影響了微生物降解污染物的活性。同時在環(huán)境中存在著很多金屬還原微生物,金屬還原菌在污染物降解以及地球化學元素循環(huán)過程中起著重要的作用,例如最普遍的金屬還原菌Shewanella菌。近年來有報道金屬還原菌在金屬還原過程中可以合成納米材料,而這種生物合成的納米材料是否會影響微生物對污染物降解以及其相關(guān)機理并不清楚,本文對此進行了深入的研究。Shewanella可以還原三價鐵生成二價鐵,同時可以還原某些含硫化合物(例如硫代硫酸鹽)生成負二價的硫離子,從而可以在Shewanella菌的細胞內(nèi)以及細胞外生成FeS納米顆粒。結(jié)果表明,這種生物合成的FeS納米材料可以大大加快微生物對四氯化碳的還原脫氯,其還原脫氯速率是單純微生物脫氯體系的8倍。并且生物合成的FeS納米材料的還原活性是化學法合成的FeS納米材料的5倍。對材料的表征結(jié)果表明,相比于化學合成的FeS納米材料,生物合成的納米材料具有良好的分散性,其中微生物起到了很好的分散劑的作用。另外,生物法合成的FeS納米材料含有更多還原性的物質(zhì),使生物法合成的FeS納米材料的還原脫氯活性更高。本研究表明生物合成的納米材料在污染物降解以及環(huán)境修復方面具有很好的應用潛能。
[Abstract]:In recent years, nano materials containing iron, including nano zero valent iron and nano iron mineral materials, the degradation of pollutants, plays an important role in environmental remediation and bio chemical recycling and other aspects, so it has been widely concerned and studied. The nano zero valent iron is a kind of low cost, environmentally friendly materials and nano iron with the reduction of good performance, can handle a variety of pollutants in water. But in the application process, the activity of nano zero valent iron and continuously decreased with increasing reaction time, mainly due to the degradation process of continuous production of iron oxide in nano zero valent iron passivation, passivation of this application is limited nano zero valent iron. On the other hand, iron oxide formation can be further reduced to secondary iron minerals, microbial system can greatly accelerate the process, but the mechanism is not related Clear. This paper aims to solve the above mentioned problems, and mainly studies two kinds of iron containing nanoparticles (nano zero valent iron and nano FeS materials) of chlorinated organic compounds (carbon tetrachloride) reductive dechlorination process and related mechanism. The refractory organic matter carbon tetrachloride is ubiquitous in the environment, and have.1. first harmful effects on natural ecosystems and human health, we studied in non buffer system of zero valent iron on carbon tetrachloride dechlorination process. The results show that in non buffer system, nano zero valent iron can maintain higher dechlorination activity, and can continue a degradation cycle. In second a cycle of reaction, the rate constants of reductive dechlorination were increased after dechlorination activity remained at a high level. Finally, the degradation rate was gradually decreased. The reductive dechlorination process, pH system maintenance In the range of 7.0-7.8, the related system and the previously reported different. After the end of the experiment were used to characterize the system in the material, results indicated that nano zero valent iron reaction of iron oxide formation plays an important role, can make the whole system to form a self buffer system and make pH maintained at a relatively stable range, thus the nano zero valent iron can be maintained for a long time the dechlorination activity is higher. This part makes us dechlorination process of nano zero valent iron has been updated, and is expected to improve the reaction activity of nano zero valent iron in the repair process and degradation of pollutants in the environment and can prolong the life of the reaction of the.2. study on the influence of phosphate in environmental water dechlorination process of nano zero valent iron phosphate. And combined with pH can play a buffer role of two valent iron ions in the water, we are in slow Flushing system and non buffer system to study nano zero valent iron on carbon tetrachloride dechlorination process. In buffer system, nano zero valent iron on phosphate has strong physical adsorption and a large amount of ferrous phosphate precipitation (blue iron ore, Vivianite), while generating a large number of H2, leading to nano zero valent iron was quickly consumed, and the reaction activity is greatly reduced. But in the presence of phosphate in the buffer system so that the system's pH increased, and the nano hydrogen corrosion reaction is slowed down by zero valent iron, didn't have too much influence on the dechlorination of carbon tetrachloride, so the presence of phosphate in a certain extent, extend the nano zero valent iron life and improve the dechlorination activity of.3. synthesized FeS nano materials and biological method for reductive dechlorination of carbon tetrachloride. Hydrogen sulfide is a kind of pollution widely exist in the environment The dye, usually produced in the anaerobic system, and has toxic effects on microorganisms, seriously affecting the microbial degradation of pollutants in the environment and activity. There are a lot of metal reducing microorganisms, metal reducing bacteria play an important role in the degradation of pollutants and geochemical cycle, for example, the most common metal reducing bacteria Shewanella bacteria. In recent years can synthesis of nano materials in metal reduction process reported metal reducing bacteria, and the biosynthesis of nano materials will affect the microbial degradation of pollutants and the shutdown of science is not clear, this paper makes a in-depth study of.Shewanella can generate two reduction of ferric iron, and can restore some sulfur compounds (such as thiosulfate) generated negative sulfur ion valence two, thus the Shewanella bacteria cells and exogenous cells FeS nanoparticles. The results show that the biosynthesis of FeS nano materials can greatly speed up the microbial reductive dechlorination of carbon tetrachloride, the dechlorination rate is 8 times higher than that of pure microbial dechlorination system. Reducing activity of FeS nano materials and biosynthesis is 5 times the FeS nano materials into the chemical process of materials. The results showed that compared to the chemical synthesis of FeS nano materials, nano materials synthesis has good dispersion, the microorganism played a very good dispersant effect. In addition, FeS nano materials synthesized by biological method containing more reductive substances, FeS nano materials synthesis biological reduction method dechlorination activity. This study shows that nano material has good application potential in the biosynthesis and degradation of pollutants in environmental remediation.

【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703;TB383.1

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本文編號：1548618