收藏本站
《南开大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

负载型纳米铁铜二元金属的合成与改性及其修复地下水中有机氯污染物的基础研究

张环  
【摘要】: 作为人类重要的水资源,地下水环境面临着日益严重的污染。在我国,地下水环境的污染面积、污染程度和污染物的种类正不断扩大。TCE等卤代烃类污染物具有较强的毒性和致癌性,是浅层地下水中主要的有机污染物之一,其较难生物降解,传统的处理方式耗资大、周期长,且存在降解不完全等问题。近年来研究发现,纳米铁金属粒子是一种高效的还原脱卤剂,能够有效地将卤代烃类的有机物转化为气态烃类。纳米铁粒径小,比表面积大,表面活性高,将其制成浆料直接注入污染的地下水中,是一种新型的原位修复技术,能够实现对污染物的快速降解。 目前,纳米铁在地下水环境的原位修复中应用尚存在一些问题,如纳米粒子微小的尺寸和极高的表面能使其在水体中易于团聚,难分散;单纯纳米铁颗粒脱氯速度慢,稳定性差,易失活;亲水性纳米铁与疏水性的DNAPL(dense nonaqoueous phase liquid)类有机氯代烃分子难于接触而反应;纳米颗粒降解有机卤化物的途径和反应动力学还有待进一步研究。为此,许多学者在纳米铁的合成与修饰,降解有机卤化物的效能,降解污染物的机理等方面开展大量研究。 本论文针对这些问题,结合国家自然科学基金“乳化炭载纳米铁原位修复地下水中有机氯代烃”的部分研究,进行了负载型纳米铁及负载型纳米二元金属的合成研究,并考察负载型纳米材料的组成和形态对三氯乙烯(TCE)还原脱氯性能的影响;研究了表面改性的负载型纳米材料对TCE的还原降解及脱氯性能的长期稳定性;探讨了负载型纳米材料脱氯反应的动力学和反应机理。 (一)在乙醇—水反应体系中,以石墨为载体,采用液相还原和载体沉淀的方式制备负载型纳米Fe0。又分别用分步法和同步法,制备负载型纳米Fe/Cu二元金属复合材料。 合成的纳米Fe0均匀分散于石墨表面,单个铁颗粒粒径为50~80nm,是由许多微小粒子组成的球状团簇,晶形为微晶态体心立方形α-Fe0。Fe负载量为15wt%的负载铁比表面积为23.8 m2/g,高于其它Fe负载量的材料。选用一步法和两步法分别合成了负载型纳米Fe/Cu二元金属,负载型二元金属的比表面积、在石墨表面的形态及大小与单纯纳米Fe0基本相近。 (二)分别应用负载型纳米Fe0、不同方式制备的负载型纳米Fe/Cu对TCE进行还原脱氯。 负载型纳米Fe0、采用分步法制备的负载型纳米Fe/Cu二元金属及非负载型的纳米Fe/Cu二元金属这几种材料中,负载型纳米Fe/Cu二元金属对TCE具有最高的还原脱氯性能,反应体系中Fe0浓度为10g/L,能够在5小时内将10mg/L的TCE全部去除;非负载型纳米二元金属在溶液中易团聚,团聚后其脱氯反应活性降低;具有较高比表面积的负载型纳米Fe0对TCE的脱氯性能并不高。 采用Fe2+和Cu2+同步还原制备的纳米二元金属还原脱氯性能较差;由于石墨载体对Fe0的分散有效地控制了纳米粒子的团聚,干法和湿法两种方式均适用于合成负载型纳米材料的后处理。 二元金属中Cu与Fe0的质量百分比为4wt%时,材料对TCE具有最快的还原脱氯速率。Cu的含量较高或较低时,纳米二元金属的还原脱氯性能下降。 Fe2+浓度为0.2mol/L时,合成了晶须状结构的纳米Fe0;Fe2+浓度为0.02mol/L时,球状纳米Fe0的粒径分布不均匀;Fe2+浓度为0.05 mol/L时,得到粒径均匀的球状纳米铁,此结构的二元金属具有最高的还原脱氯性能。 (三)采用生物降解性良好,对环境无毒的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CATB,对负载型纳米Fe/Cu二元金属进行表面改性处理。 负载型纳米Fe/Cu复合材料改性后,部分表面由亲水性转变为疏水性,有利于与疏水性的TCE分子相吸附,在脱氯反应中加强了吸附TCE分子的性能,加速了还原降解。当Fe0投加量为5g/L时,4小时将10mg/L的TCE去除完全。Fe0投加浓度太高时,过多H2占据Fe0的活性反应位及溶液pH的升高,抑制了TCE的还原脱氯反应。 杂质离子NO3-,SO42-对负载纳米二元金属的还原脱氯没有影响,溶液中离子强度增加使脱氯更快速。在36天周期内的长期脱氯实验中,改性材料具有较高的稳定性和还原性能,改性后纳米铁不易氧化失活。 (四)采用准一级反应动力学模型研究了负载型纳米Fe/Cu二元金属还原TCE的反应动力学,探讨了复合材料对TCE的脱氯还原机理。 通过线性回归,脱氯反应较好的符合准一级反应动力学模型;当Cu在Fe上质量百分比为4wt%时,脱氯反应的表观反应速率常数Kobs最大;TCE初始浓度在较高浓度范围的表观速率常数比浓度较低时的Kobs要低;表面积归一化反应速率常数Ksa在Fe0投加量在1.25g/L的反应条件下最高,加大Fe0浓度时,Ksa均有所下降。 在对TCE的还原脱氯过程中,TCE的π电子与Cu的空轨道能够形成过渡络合物Cu…Cl…R,H2O在纳米Fe0表面被还原形成高还原性的新生态H2*,两者反应使得TCE脱去Cl-而被还原;石墨作为载体与纳米铁组成许多微小原电池,电池反应中H2O同时得到电子而生成H2,溶液pH在反应后升高。 三种二氯乙烯中间副产物在脱氯反应中没有检测到,由于TCE的脱氯是在具有催化活性的金属表面依次快速进行直到完全脱氯,中间产物不会从金属表面脱附而在液相中累积。 Fe3O4为二元金属脱氯后的腐蚀产物,当其在Fe0表面生成量过多而将铁表面逐渐包覆后,金属的还原活性逐渐减弱直到完全失活。
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾京辉,郑化桂,曾桓兴;纳米α-Fe金属粉合成[J];信息记录材料;1998年04期
2 田春霞;纳米粉末制备方法综述[J];粉末冶金工业;2001年05期
3 杜飞鹏,余颖,曾艳;纳米TiO_2光催化氧化技术研究进展[J];环境科学与技术;2004年02期
4 蓝俊康,王焰新;利用铁屑腐蚀电池原位修复被氯代烃污染地下水的研究进展[J];地质科技情报;2002年03期
5 胥思勤,王焰新;表面活性剂改性岩矿材料去除废水中氯代烃的实验研究[J];地球科学-中国地质大学学报;2004年01期
6 刘菲,汤鸣皋,何小娟,黄园英,赵静;零价铁降解水中氯代烃的实验室研究[J];地球科学-中国地质大学学报;2002年02期
7 施周,许光眉,张彬;纳米颗粒的分散及其在水与废水处理中的应用[J];环境污染治理技术与设备;2003年11期
8 梁震,王焰新;纳米级零价铁的制备及其用于污水处理的机理研究[J];环境保护;2002年04期
9 宋汉周,Allan D.Woodbury;抽出处理措施的有效性评价——某碳酸盐岩含水层中地下水有机污染及其去除研究之三[J];河海大学学报(自然科学版);2000年04期
10 朱晓军,朱建华;脱氯技术现状与研究进展[J];化工生产与技术;2005年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李海明;浅层地下水有机污染研究—以某城市近郊为例[D];中国地质大学(北京);2003年
2 刘明柱;氯代烃在浅层地下水中运移转化的数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2003年
3 卫建军;纳米级Pd/Fe双金属对水中氯酚的催化脱氯研究[D];浙江大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王桂香;铁系元素纳米合金的合成及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 王一钧;铁系纳米合金的合成及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
3 李青花;挥发性有机氯化物TCE的活性炭吸附生物再生处理研究[D];大连理工大学;2000年
4 王莹利;微乳反应法超细铁铜催化剂的制备及其活性评价[D];郑州大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张巧,周舫,李时恩,李志远,徐玉宝,马永志,张俊萍,吴逸明;煤焦沥青对作业工外周血淋巴细胞DNA的损伤[J];癌变.畸变.突变;2004年06期
2 李大成,周大利,刘恒,陈朝珍,张萍;超微粉体的制备(五)[J];四川有色金属;2000年02期
3 邬建辉,张传福,吴琳琳,湛菁;草酸盐沉淀法在制备粉体材料中的应用[J];四川有色金属;2001年03期
4 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期
5 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期
6 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期
7 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期
8 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期
9 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期
10 安骏,吴海霞,辛寅昌;防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究[J];工程塑料应用;2004年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 酒金婷;葛钥;高绪珊;屠凡;;纳米微粒在纺织工业的应用及研究进展[A];'2001功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2001年
2 李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;;纳米粒子的表面改性研究进展[A];第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2002年
3 李星国;;纳米材料研究及其应用[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
4 张永文;陈英;;含纳米ZnO抗紫外整理剂的制备及性能研究[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
5 王敏;;纳米材料在丝绸文物保护上的应用[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
6 王东;路建军;齐宏进;;防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
7 高惠;杨俊玲;;纳米SiO_2的制备方法及应用[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
8 杨栋樑;;纳米技术在织物功能性整理中应用有关问题的探讨[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
9 陈小泉;古国榜;;纳米晶体二氧化钛的非水过程制备和光催化活性[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
10 高后秀;陈泉水;刘双翼;张贵杰;杨渝钦;;Cu-Zn-Al合金纳米分叉结构的制备及显微分析[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 解清杰;六氯苯模拟废水的处理及其污染沉积物的修复研究[D];华中科技大学;2005年
2 刘希涛;典型有机污染物的活性炭吸附/微波再生方法与特性[D];大连理工大学;2004年
3 魏新平;灌溉对作物根区硝酸钾运移影响的研究[D];西安理工大学;2000年
4 陈效民;土壤环境中硝态氮运移的特点、模型描述及其在太湖地区乌栅土上的应用研究[D];南京农业大学;2000年
5 冯杰;水及溶质在有大孔隙的土壤中运移机制研究[D];河海大学;2001年
6 穆畅道;利用铬革渣研制皮革复鞣剂和涂饰剂[D];四川大学;2001年
7 黄怀国;导电聚合物-纳米半导体微粒复合膜的制备和性能研究[D];厦门大学;2001年
8 何苗;杂环化合物和多环芳烃生物降解性能的研究[D];清华大学;1995年
9 郭睿倩;稀土掺杂磁铅石型钡铁氧体超细粉末的制备及其磁性研究[D];中南大学;2001年
10 陈建军;纳米TiO_2光催化剂的制备、改性及其应用研究[D];中南大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪成建;TiO_2晶型控制及复合光催化剂性能研究[D];天津大学;2003年
2 申庆贵;铁屑过滤-多阶段水解/好氧工艺处理糠醛废水的研究[D];吉林大学;2005年
3 王丽丽;山西岩溶大泉水质演化趋势与成因分析[D];西南师范大学;2005年
4 周新文;金属—二氧化钛复合抗菌材料的研究[D];西安建筑科技大学;2005年
5 郑昱;含氯含硝基芳烃类污染物ZVI还原转化及QSAR的研究[D];浙江大学;2005年
6 黄华;纳米银粒子的制备及其应用[D];大连理工大学;2005年
7 原效坤;纳米晶氧化锆陶瓷的制备及性能研究[D];太原理工大学;2002年
8 张小航;叠氮有机铝化合物的合成、性质及应用研究[D];大连理工大学;2000年
9 李延科;水性聚氨酯乳液的制备及其改性研究[D];北京工业大学;2000年
10 张晟卯;仿生纳米复合薄膜的制备、表征及摩擦学行为研究[D];河南大学;2001年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 刘琰,孙德智;甲基橙废水的常温常压催化湿式氧化实验研究[J];安全与环境学报;2005年05期
2 周书天,杨润昌,黄明,谢磊;湿式过氧化氢氧化处理高浓度染料废水的工艺研究[J];重庆环境科学;2001年02期
3 张甫飞,纪朝廉,张洛,李挹红;铁基纳米晶合金粉末及磁粉芯研究[J];磁性材料及器件;2000年05期
4 顾莹莹;高孟春;贾永刚;王延敦;李丹;;海绵铁还原水中硝酸盐的初步研究[J];中国给水排水;2006年07期
5 王承涛;贺启环;贺鹏;;二氧化氯催化氧化处理活性艳红染料废水催化剂的制备与应用[J];工业催化;2006年06期
6 李海华,冯则坤,何华辉,李海莉;MnZn功率铁氧体的损耗特性研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2003年12期
7 施来顺;朱红梅;董岩岩;李彦彦;;二氧化氯催化氧化处理萘酚绿模拟废水的实验研究[J];山东大学学报(工学版);2006年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王延敦;海绵铁腐蚀原电池对活性艳红K-2BP废水的脱色研究[D];中国海洋大学;2006年
2 金颜;微波强化催化湿式氧化技术降解有机污染物的研究[D];同济大学;2008年
3 吴吉权;负载纳米FeOOH/TiO_2/Mmt制备与光催化降解甲基橙研究[D];武汉理工大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张萍,周大利,刘恒;微乳液法制备纳米材料[J];四川有色金属;2003年04期
2 高勇;纳米材料的性能及制备技术[J];兵器材料科学与工程;1997年06期
3 张汝冰,刘宏英,李凤生;复合纳米材料制备研究(Ⅱ)[J];火炸药学报;2000年01期
4 罗元香,李丹,杨娟,刘孝恒,杨绪杰,陆路德,汪信;沉淀法制备纳米CuO及微结构控制[J];火炸药学报;2002年03期
5 李群,赵华,张业录,胡开堂,谭国民,魏恩棋,闫玲;白腐菌去除氯代酚动力学研究[J];城市环境与城市生态;2001年02期
6 张业,李永旺,孙予罕,钟炳,汤丁亮,徐富春,王水菊;合成低碳醇用超细Mo-Co-K催化剂的XPS研究[J];催化学报;2000年02期
7 杨阳,陈爱平,古宏晨,戴智铭,古政荣,陶咏;以膨胀珍珠岩为载体的漂浮型TiO_2光催化剂降解水面浮油[J];催化学报;2001年02期
8 苏运来,刘云,郭益群,刘中民;氧化铝对Fe-Cu-Zn-K-Al低碳醇合成催化剂性能的影响[J];催化学报;2003年10期
9 徐龙伢,王清遐,杨力,赵修松,王开立,徐奕德,黄家生;K_2O和MnO助剂对Fe/Silicalite-2催化剂CO加氢制低碳烯烃性能的影响[J];催化学报;1995年03期
10 周根树,马宝钿,金志浩;晶化法制备的纳米晶材料的研究现状[J];材料导报;1995年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘昌明;发挥南水北调的生态效益 修复华北平原地下水[J];南水北调与水利科技;2003年01期
2 赵强;王金生;;应用可渗透反应墙技术原位修复地下水污染[J];污染防治技术;2004年03期
3 王丽丽;王文超;张欣;;污染地下水修复的渗透反应墙技术[J];西南给排水;2007年06期
4 汪春香,孟凡生,王业耀;石油烃污染地下水的修复[J];新疆环境保护;2005年02期
5 柏耀辉;张淑娟;;地下水污染修复技术:可渗透反应墙[J];云南环境科学;2005年04期
6 胡莺;;地下水污染修复的零价铁PRB技术[J];环境;2006年S1期
7 张纯;谢水波;周星火;杨晶;;用零价铁渗滤墙技术修复我国铀尾矿地下水的探讨[J];铀矿冶;2007年01期
8 吕俊文;徐乐昌;杨勇;;某地浸采铀矿山采区井场地下水中铀迁移预测[J];铀矿冶;2007年02期
9 柳富田;秦雨;;地下水石油污染的原位修复技术[J];长春工程学院学报(自然科学版);2011年03期
10 黄国强,李凌,李鑫钢;一种应用于地下水油污染修复的传质模型[J];天津理工学院学报;2001年03期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 张环;金朝晖;韩璐;王薇;修宗明;高斯;;负载型纳米铁还原硝酸盐氮的反应机理探讨[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年
2 廉新颖;王鹤立;;突发性重金属污染地下水修复技术研究进展[A];2009重金属污染监测、风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2009年
3 姜永海;张进保;马志飞;王燕飞;;还原一催化氧化降解地下水中2,4-DNT效果及其机制[A];2010地下水资源配置与优化调度及污染防治技术专刊[C];2010年
4 张翔宇;;重金属污染修复技术现状与评价[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
5 胡黎明;武晓峰;刘培斌;Meegoda J N;;储油设施渗漏污染过程与修复技术[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
6 叶和平;邓先锋;刘利娜;;化工企业搬迁过程中环境保护问题研究[A];“两区”同建与科学发展——武汉市第四届学术年会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 记者 谢峰;本市首家污染场地修复中心成立[N];首都建设报;2010年
2 记者 谢峰;土壤修复 大地疗伤 谁掏“医保”[N];首都建设报;2011年
3 本报记者 游雪晴;地下水污染治理:预防比修复划算得多[N];科技日报;2011年
4 记者 李禾;我国地下水水源水质达标状况堪忧[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 张环;负载型纳米铁铜二元金属的合成与改性及其修复地下水中有机氯污染物的基础研究[D];南开大学;2006年
2 王薇;包覆型纳米铁的制备及用于地下水污染修复的实验研究[D];南开大学;2008年
3 康海彦;纳米铁系金属复合材料去除地下水中硝酸盐污染的研究[D];南开大学;2007年
4 李铁龙;纳米铁及铁钯复合材料的制备与修复地下水基础研究[D];南开大学;2006年
5 刘涉江;生物固定化双层PRB技术去除地下水中MTBE的研究[D];天津大学;2007年
6 郑艳梅;原位曝气去除地下水中MTBE及数学模拟研究[D];天津大学;2005年
7 许增光;地下水有机物和重金属迁移与污染修复的数值模拟研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙道林;典型垃圾堆放场对地下水污染模拟及控制技术研究[D];合肥工业大学;2008年
2 王颖;氯代有机物污染地下水修复的水力控制与数值模拟研究[D];轻工业环境保护研究所;2012年
3 夏凡;苯、甲苯对粒状铁去除三氯乙烯、四氯乙烯的柱实验研究[D];中国地质大学(北京);2009年
4 童曼;零价铁体系对硝基苯和多氯代芳烃污染地下水的修复研究[D];华中科技大学;2011年
5 马琳;砷污染地下水修复的渗透反应墙材料筛选及除砷机理研究[D];华中农业大学;2010年
6 云文泽;不确定性条件下地下水石油污染物模拟与修复[D];华北电力大学(北京);2011年
7 王天野;表面活性剂强化AS修复石油污染的浅层地下水研究[D];吉林大学;2011年
8 乐晨;对硝基苯污染地下水的零价铁修复研究[D];华南理工大学;2012年
9 李婷婷;天然有机质对似芬顿试剂去除三氯乙烯的影响研究[D];中国地质大学(北京);2012年
10 左军;负载纳米Fe~0/Pd双金属的颗粒活性炭去除水中TCE的初步研究[D];华东理工大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026