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包覆型纳米零价铁去除溶液中~(210)Pb(Ⅱ)的性能及机理研究

王长柏  
【摘要】:我国正面临着能源短缺及能源结构不合理的问题,而核电作为一种清洁能源,在我国得到了大力的发展。在核工业大力发展的同时,放射性废水的污染也会随之增加,危害生态环境及人体健康,所以需要高度重视对放射性废水的处理。近年来,纳米零价铁广泛应用于污水处理中,纳米零价铁不但具有零价铁的特性,而且具有反应活性高及比表面积大的特性,但也存在化学性质不稳定,易发生团聚和氧化等问题。相关资料研究表明,在纳米零价铁表面包裹上包覆层可有效克服团聚和氧化等问题,还不会影响其活性。本研究采用液相还原法制备包覆型纳米零价铁(n ZVI/CMC),主要研究了纳米零价铁(n ZVI)和包覆型纳米零价铁去除溶液中的210Pb(II),讨论其去除性能及机理。研究溶液p H值、投加量、反应时间等因素对吸附材料去除210Pb(II)的效果影响。运用等温吸附模型、热力学模型及动力学模型对n ZVI和包覆型n ZVI/CMC去除溶液中210Pb(II)的过程进行研究,研究其去除溶液中的210Pb(II)的机理。运用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)分析技术对反应前后的吸附材料进行表征分析,从微观角度研究两种材料去除溶液中的210Pb(II)的机理。研究结果如下:(1)n ZVI和包覆型n ZVI/CMC对溶液中的210Pb(II)的去除,有很好的去除效果。在温度为30℃,p H值为5.5,n ZVI和包覆型n ZVI/CMC的用量分别为0.5g/L与0.55g/L,反应60min后的最佳反应条件下,其去除率分别达到了99%与97%。(2)等温吸附模型研究表明:n ZVI和包覆型n ZVI/CMC对溶液中210Pb(II)的去除过程更符合Freundlich等温吸附模型,属于多分子层的物理吸附;热力学研究表明其吸附过程都属于物理吸附。用准二级动力学模型可以较好的研究两种材料的吸附过程,研究得出其属于化学吸附。故综合得出两种材料对210Pb(II)的吸附过程属于物理与化学吸附并存的过程。(3)表征研究结果表明:包覆型n ZVI/CMC是一种网状结构,没有聚集团聚;由EDS对比分析可知:反应后的两种材料表面上210Pb(II)的含量在2%以上,说明包覆型n ZVI/CMC和n ZVI对210Pb(II)去除有较好的效果;由XRD分析可知:反应前的包覆型n ZVI/CMC和n ZVI只有44.59°衍射峰的α-Fe0(110)晶面,反应后的包覆型n ZVI/CMC可以看到Fe OOH、Fe2O3和Fe3O4等晶面的衍射峰;由BET分析可知:包覆型n ZVI/CMC的比表面积分别为28.44 m2·g-1与39.97 m2·g-1,说明包覆型n ZVI/CMC粒径变小、比表面积显著增大的同时还解决了纳米零价铁易团聚氧化的问题。


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