纳米零价铁荷载多元金属的制备及其在废水处理中的应用

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因为具有出色的给电子能力,纳米级零价铁(n ZVI)用于去除废水中的硝酸盐近年来已经被广泛研究。然而,n ZVI颗粒易于团聚成大颗粒,并且在环境操作条件下表现出较低的氧化还原稳定性,这大大降低了其反应性并限制了该技术的大规模应用。在这项研究中,使用液相还原法合成了膨润土负载、有机溶剂木质素稳定、荷载铜和锰的零价铁纳米粒子(L-Cu&Mn-n ZVI@B),分别用XRD,EDX,SEM,TEM和DRS对样品进行了表征,结果证明n ZVI,Cu,Mn纳米粒子成功负载在膨润土上。有机溶剂木质素可以使金属均匀分散,并可以有效地防止纳米颗粒的聚集。通过设计正交实验确定了最佳合成方案,然后进行了硝酸盐氮去除实验,在比较研究未改性纳米零价铁(n ZVI)、荷载铜锰的纳米零价铁(Cu&Mn-n ZVI)和膨润土负载、有机溶剂木质素稳定、荷载铜锰的纳米零价铁(L-Cu&Mn-n ZVI@B)的基础上,深入研究了材料投加量、硝酸盐氮溶液初始p H、陈化时间和重复利用次数对去除效果的影响。实验结果表明投加量为6.0 g/L(以铁计),初始p H=3,反应时间为120 min的条件下,L-Cu&Mn-n ZVI@B对硝酸盐氮的去除率可达到近90.1%。陈化和使用次数对Cu&Mn-n ZVI对硝酸盐氮的去除率有显着影响,但对L-Cu&Mn-n ZVI@B影响不大。但是反应后所得的产物绝大多数是氨氮。随后在草酸的存在、过硫酸盐的活化和紫外光线照射的条件下(辅助系统)和L-Cu&Mn-n ZVI@B配合对硝酸盐氮进行选择性还原。结果表明,铜的荷载可促进硝酸盐还原,并显着提高硝酸盐的去除率。较高的硝酸盐去除率是由于原电池的形成,导致了电子产生速率提高,其中Fe0充当阴极,Cu0充当阳极。在Cu2O的存在下,H2C2O4与紫外光之间的光化学反应可以促进CO2?-自由基的形成。同时,各种价态的锰离子还可以通过过硫酸盐的活化促进CO2?-的产生。作为还原性自由基,在S2O82-/UV/L-Cu&Mn-n ZVI@B/H2C2O4反应体系中,CO2?-在N2选择性还原过程中起关键作用。在S2O82-/UV/L-Cu&Mn-n ZVI@B/H2C2O4反应体系中,当L-Cu&Mn-n ZVI@B投加量6 g/L,p H为5,反应时间为120 min时,硝酸盐的去除率达到几乎100%,N2选择性达到81.57%。最后,我们对硝酸盐还原路径和辅助系统中硝酸盐氮还原机理进行了分析。
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