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本文主要从以下几部分展开:
(1)本论文简要介绍了纳米颗粒的基本性质以及纳米零价铁颗粒的制备进展和利用纳米零价铁颗粒降解氯代有机污染物的研究进展。
纳米铁颗粒体积小,比表面积大,具有优越的吸附性能;同时零价铁的电负性较大,很容易作为还原剂被氧化为Fe2+,在一定条件下还可以继续被氧化为Fe3+,因此是一种化学还原性很强的还原剂,利用它来还原降解水体中的某些有机污染物,同时还可以起到催化剂的作用,加速反应过程。因此纳米零价铁颗粒在有机氯废水处理方面应用广泛。
(2)发展一种改进液相还原法制备纳米零价铁颗粒的新方法。
实验过程中,通过添加高分子分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙醇对纳米铁颗粒进行表面物理改性,从而达到改善其在水溶液中分散性的目的;同时,我们改缓慢添加的操作工艺为大量迅速添加,从而缩短了反应时间,防止了铁颗粒的进一步氧化。反应迅速、操作方便。
采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、比表面测定仪(BET)三种方法对制得的纳米铁颗粒进行表征。TEM表征的结果表明:颗粒分散较均匀,粒径小,平均粒径为60 nm左右(水溶液)和40 nm左右(乙醇—水混合溶液)。实验过程中添加的聚乙烯吡咯烷酮对颗粒的分散起到了很好的改善作用,其机理主要是通过分散剂吸附改变粒子的表面电荷分布,产生静电稳定效应、空间位阻作用和静电空间位阻稳定效应来达到分散效果;加入乙醇后,可能是由于乙醇中包含大量的自由的强极性羟基基团,在水溶液中这些基团与金属离子之间形成螯合键,紧密包覆在金属离子周围,形成一个有限制形状的有限结构,使合成的纳米粒子的大小被限制,从而达到改性的目的。XRD表征的结果表明:在扫描衍射角度(2θ)为30°-100°时,出现衍射峰时对应的2θ分别为45°、65°、82°左右,对照铁的标准PDF卡片发现,刚好对应相应的110晶面衍射(44.6732°)、200晶面衍射(65.0211°)、211晶面衍射(82.3326°);同时通过布拉格方程及电子衍射花样的分析,均表明颗粒为单质铁,没有出现氧化铁杂质,纯度高。采用BET表征的结果表明:颗粒的比表面积为47.1 m2/g(水溶液)和68.41 m2/g(乙醇—水混合溶液),远远高于普通铁粉的比表面积。多次试验的结果表明,该方法工艺比较稳定。
(3)利用纳米零价铁颗粒来处理有机氯农药,对2,4—DDT的降解进行了初步的研究。
实验主要初步研究了铁粉吸附、铁粉添加量、浓度、温度和pH值对2,4—DDT降解的影响。采用液液萃取法进行预处理,利用漩涡混合仪提高了两相的混合程度,预处理的平均回收率为98.5%,相对标准偏差为6.97%:并根据EPA的方法测定了方法的检测限为1.08μg/L(99%置信区间)。实验发现,铁粉对2,4—DDT的吸附量较大,在20-150 min内,其吸附量与时间存在一定的对数相关关系,相关系数为0.9013。通过实验结果分析,我们认为,利用纳米铁粉降解2,4—DDT的最佳条件为:铁粉添加量为0.5 g/L、室温、中性。