纳米零价铁对水中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的吸附特性研究
近几年来，随着工业的发展由砷和镉引起的重金属污染事件频繁发生。纳米零价铁(NZVI)可有效去除溶液中的各种金属离子，但在我国很少被应用到重金属污染治理中，因此有必要针对我国重金属污染的特点，探究NZVI对水中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的吸附特性，为NZVI的应用提供理论依据。 本文主要探究了NZVI的制备、表征及在不同水质条件下对水中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的吸附效果，并对可能的吸附机理进行了探讨。 首先通过引入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对传统液相还原法进行了改良，利用改良方法制备NZVI时不需要机械搅拌。透射电镜表征结果表明所制备的NZVI长度为几微米，直径在100nm范围内，NZVI表面被一层不到10nm的薄膜包裹而形成―核壳结构。BET分析结果表明所制备 NZVI的比表面积为20.3159 m2/g。 实验探究了金属离子初始浓度、溶液初始pH、NZVI投加量、阴离子及竞争离子对NZVI吸附效能的影响。实验结果表明金属离子初始浓度越低、溶液初始pH越低(若为Cd(Ⅱ)，越高)、NZVI投加量越大，吸附效果越好。PO43-、CO32-、SO42-和H2PO4-对NZVI吸附溶液中As(Ⅲ)的过程起抑制作用，但HCO3-和PO43-可促进NZVI对Cd(Ⅱ)的吸附。Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)可显著影响NZVI吸附Cd(Ⅱ)的过程，但是对吸附As(Ⅲ)的过程影响很小。进行了三因素三水平正交实验以探究金属离子初始浓度、溶液初始pH及NZVI投加量中对纳米铁吸附溶液中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)效果影响最显著的因素，方差分析表明溶液初始pH是最关键的影响因素。TEM、XRD、解吸实验、软件模拟及NZVI对不同金属离子吸附效果与金属氧化还原电位的关联性证明了NZVI对溶液中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的吸附是化学吸附。 实验数据可很好的被Langmuir和Freundlich吸附等温线拟合，其中NZVI对溶液中As(Ⅲ)的吸附情况更符合Langmuir吸附理论，NZVI对溶液中Cd(Ⅱ)的吸附情况更符合Freundlich吸附理论。结合拟合结果可知NZVI对溶液中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为11.586mg/g和153.9621mg/g。
污水处理;纳米零价铁;砷离子;镉离子;吸附特性
哈尔滨工业大学
硕士
环境科学与工程
刘冬梅
2014
中文
X703.5
74
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）