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氯代烃是典型的土壤地下水有机污染物,对人类健康与生态环境安全造成严重危害。纳米零价铁(NZVI)由于其电负性强、比表面积大、反应活性高,能有效去除土壤地下水中氯代烃。但NZVI由于其自身的固有磁性及较高的表面能,在实际应用中容易团聚成较大颗粒,大大降低了其在水中的分散性、在土壤多孔介质中的迁移性以及去除氯代烃的性能。合成出一种基于NZVI并具有改进的分散性、迁移性及氯代烃去除性能的材料具有重要意义。本研究采用化学还原和改进的Stober法制备纳米零价铁@介孔氧化硅(NZVI@mSiO2)核-壳结构材料。考察了不同反应时间及硅源前驱体添加量对NZVI@mSiO2结构的影响。对比研究了 NZVI@mSiO2与NZVI的结构、形貌、表面特性、热稳定性、在水中的分散性以及在极性和非极性溶剂中的悬浮稳定性。构建了模拟土壤环境,对比研究了NZVI@mSiO2与NZVI的迁移性。构建了模拟地下水流动环境,对比研究了 NZVI@mSiO2与NZVI处理以1,1,1-TCA为模式氯代烃的模拟污染地下水和某农药厂场地的实际氯代烃污染地下水的性能,并分析了 1,1,1-TCA的降解途径。采用以1,1,1-TCA为模式氯代烃的模拟污染地下水,考察了操作和溶液化学条件包括粘土、pH值、离子浓度、有机质对mSiO2吸附1,1,1-TCA行为的影响,研究了操作和溶液化学条件包括pH值、NZVI@mSiO2投加量、离子浓度、有机质对NZVI@mSiO2去除1,1,1-TCA行为的影响。研究结果表明:(1)成功制备NZVI@mSiO2核-壳结构材料。不同正硅酸乙酯(TEOS)添加量可调控NZVI@mSiO2中mSiO2壳层厚度,TEOS添加量为1000 μL时壳层厚度约18 nm,材料平均粒径约91 nm。加入TEOS后以300 rpm速度搅拌4 h便可获得结构稳定的NZVI@mSiO2。mSiO2壳层的存在可改善NZVI颗粒团聚并保留NZVI与目标污染物接触的反应位点。NZVI@mSiO2的比表面积为71 m2/g,高于NZVI的12m2/g,有利于其对目标污染物的吸附与降解。NZVI@mSiO2比NZVI具有更高的抗氧化性,有利于其保存及避免NZVI核快速与水发生反应而耗尽。(2)mSiO2壳层使NZVI@mSiO2颗粒在中性pH下具有-12.1 mV的Zeta电位而相互排斥,mSiO2壳层的亲水性使其表面形成水化膜,<1.3 μm的团聚体粒径使其更易在溶液中做布朗运动,这些都使NZVI@mSiO2在水中的分散性优于NZVI。NZVI@mSi02与水的悬浮液的高稳定性使其沉降1 h后仍稳定,<1.3 μm的团聚体粒径使其能在土壤孔隙中迁移,NZVI@mSiO2颗粒在pH>3时的负Zeta电位使其能与Zeta电位同为负值的土壤多孔介质相互排斥,这些都使NZVI@mSiO2在土壤中的迁移性优于NZVI。NZVI@mSiO2的大比表面积、发达的介孔网络和随反应进行而使目标污染物分子在mSi02壳层内外形成的浓度梯度,使其具有比NZVI更好的去除模式氯代烃1,1,1-TCA及实际场地氯代烃性能。1,1-二氯乙烷及少量的乙烯和乙烷是NZVI@mSi02降解1,1,1-TCA的主要产物。(3)粘土和mSiO2在中性pH的悬浮液中负的Zeta电位使二者可在悬浮液体系稳定共存,加入粘土对mSiO2吸附1,1,1-TCA的行为无明显影响。低初始pH值可降低mSiO2的Zeta电位,引发mSiO2颗粒团聚而降低mSiO2悬浮液稳定性,减少mSiO2吸附1,1,1-TCA的位点数量,从而抑制mSiO2吸附1,1,1-TCA的行为。初始pH从9.2降低到4.0,mSiO2的Zeta电位从-25.0降低到-5.3 mV,沉降1 h后的悬浮液上清液透光率从1.6%升高到15.2%,2 h后对溶液中1,1,1-TCA的吸附量从3.52降低到2.94 mg/g。阳离子通过降低mSiO2的Zeta电位使mSiO2颗粒团聚而降低mSiO2悬浮液稳定性,减少mSiO2吸附1,1,1-TCA的位点数量,从而抑制mSiO2吸附1,1,1-TCA的行为。CaCl2的浓度从0升高到1 g/L,mSiO2的Zeta电位从-12.1降低到2.1 mV,沉降1 h后的悬浮液上清液透光率从3.2%升高到70.4%,2 h后对溶液中1,1,1-TCA的吸附量从3.16降低到1.91 mg/g。有机质通过吸附桥连和网捕卷扫作用降低mSiO2悬浮液稳定性,但因引入有机质而增加的吸附位点可促进体系对1,1,1-TCA的吸附。(4)低初始pH值可加速NZVI@mSi02中NZVI核的腐蚀并剥除NZVI核表面的钝化层,促进NZVI@mSiO2去除1,1,1-TCA的行为。初始pH值从9.2降低到4.0,NZVI@mSiO2对溶液中1,1,1-TCA的去除率从61%升高到91%,伪二级反应速率常数从0.0022升高到0.0113 L/mmol/min。提高NZVI@mSi02投加量可提供更多反应活性位点,有利于对1,1,1-TCA的去除。NZVI@mSiO2中NZVI的投加量从0.5升高到4 g/L,对溶液中1,1,1-TCA的去除率从46%升高到99%,伪二级反应速率常数从0.0013升高到0.0280 L/mmol/min。阳离子可通过降低NZVI@mSiO2的Zeta电位而降低NZVI@mSiO2悬浮液稳定性,并在NZVI@mSi02表面生成(氢)氧化物,减少NZVI@mSiO2与目标污染物结合的反应位点、堵塞介孔孔道,抑制NZVI@mSiO2对1,1,1-TCA的去除行为。CaCl2浓度从0升高到1 g/L,NZVI@mSiO2对溶液中1,1,1-TCA的去除率从72%降低到31%,伪二级反应速率常数从0.0041降低到0.0007 L/mmol/min。有机质可降低NZVI@mSiO2悬浮液的稳定性,但其通过增加体系的吸附位点及溶解后降低溶液pH值而促进体系对1,1,1-TCA的去除。论文研究结果表明,NZVI@mSiO2对1,1,1-TCA能够快速、高效去除,具有良好的应用前景。