粒徑可控納米鐵的合成及其對水體六價(jià)鉻的去除研究.pdf

1、近年來，伴隨工業(yè)快速發(fā)展，污染物任意排放，導(dǎo)致大量鉻在環(huán)境中積累，水體 Cr(VI)污染日益嚴(yán)重，給人們的身體健康帶來了嚴(yán)重威脅，因此，Cr(VI)污染修復(fù)越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。目前，Cr(VI)的修復(fù)方法主要有生物修復(fù)法、物理化學(xué)修復(fù)法等，在眾多修復(fù)方法中，納米零價(jià)鐵（nZVI）去除Cr(VI)技術(shù)受到廣泛關(guān)注，納米鐵顆粒由于其粒徑小、比表面積大、活性高等特點(diǎn)，能夠有效的吸附和還原Cr(VI)，已經(jīng)在Cr(VI)污染修復(fù)方面得到

2、廣泛應(yīng)用。而納米鐵粒徑大小和均一性顯著影響其對Cr(VI)的去除效率，因此，對納米鐵粒徑調(diào)控顯得至關(guān)重要。在納米鐵制備方法中，液相還原法由于原理簡單、易于操作、合成快捷而得到較為廣泛的應(yīng)用，但是該法合成的納米鐵顆粒粒徑不均一，難以實(shí)現(xiàn)粒徑可控。同時(shí)，對于采用簡單液相法制備納米材料，至今尚未有學(xué)者提出如何在合成過程中控制納米材料粒徑的相關(guān)方法和技術(shù)，這成為制約簡單液相法發(fā)展的一個(gè)技術(shù)瓶頸。
　　基于此，本文從制備無機(jī)納米材料的機(jī)制入

3、手，在液相合成基礎(chǔ)上，探討了水體系中非離子型穩(wěn)定劑聚乙二醇（PEG）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的分子量、反應(yīng)物濃度以及在醇-水體系中醇的種類、濃度對納米鐵顆粒粒徑的影響；同時(shí)提出一種在有機(jī)醇（乙二醇）體系中合成粒徑均一可控的無機(jī)納米鐵顆粒的方法，并通過批實(shí)驗(yàn)考察該方法合成的納米鐵對水體Cr(VI)的去除性能，以及溶解氧、陰陽離子濃度等對其去除Cr(VI)的影響；探討了去除Cr(VI)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和去除機(jī)理，得到的主要研究結(jié)果如下：

4、>　?。?）不同種類穩(wěn)定劑之間，隨分子量變化對納米鐵顆粒粒徑的影響規(guī)律不同，不具有可比性。
　?。?）不同種類穩(wěn)定劑之間，當(dāng)分子量相近時(shí)，隨Fe2+濃度增加，納米鐵顆粒粒徑變化趨勢相似。當(dāng)穩(wěn)定劑分子量為1000時(shí)，隨Fe2+濃度增加，粒徑先減小后增大；當(dāng)穩(wěn)定劑分子量為10000時(shí)，隨Fe2+濃度增加，粒徑逐漸減小，且不受穩(wěn)定劑種類的限制。如果Fe2+濃度持續(xù)增加，納米鐵顆粒粒徑也會出現(xiàn)增大的趨勢，只是出現(xiàn)時(shí)間較低分子量慢。

5、　?。?）液相合成中，采用醇水法合成納米鐵，對于不同種類有機(jī)醇，在碳鏈長度相等的條件下，納米鐵顆粒粒徑隨羥基數(shù)增加而減?。辉诹u基數(shù)相等的條件下，納米鐵顆粒粒徑隨碳鏈長度增加而減小，且該趨勢不受醇濃度的影響。當(dāng)醇種類相同時(shí)，納米鐵顆粒粒徑隨有機(jī)醇濃度增加而減小，且該規(guī)律不受醇中所含羥基數(shù)及其碳鏈長度的影響。
　?。?）以乙二醇為溶劑，PVP為穩(wěn)定劑，NaBH4溶于乙醇為還原劑，在常溫常壓下合成出粒徑為6-7 nm且粒徑均一的納米鐵顆

6、粒，得到一種小尺寸納米鐵顆粒粒徑高度可控的簡單易行新方法。
　?。?）乙二醇體系合成納米鐵對 Cr(VI)的去除效率遠(yuǎn)高于水體系合成納米鐵（普通納米鐵），其表觀速率常數(shù)是普通納米鐵的200倍；隨共存陽離子（Ca2+）濃度升高，乙二醇體系合成納米鐵對Cr(VI)的去除速率先降低后升高；隨陰離子（HCO3-、CO32-）濃度升高，乙二醇體系合成納米鐵對Cr(VI)的去除速率降低；在有氧環(huán)境下，乙二醇體系合成納米鐵在80 min內(nèi)對Cr

7、(VI)的去除速率僅為65％，說明其受溶解氧影響較大。
　　（6）乙二醇體系合成納米零價(jià)鐵去除水體 Cr(VI)符合一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，其Kobs隨 Ca2+濃度升高先降低后升高，隨 Mg2+濃度、CO32-濃度、HCO3-濃度升高而降低。乙二醇體系合成納米鐵去除Cr(VI)的反應(yīng)產(chǎn)物的XPS表征表明，反應(yīng)過程中Cr(VI)被納米鐵還原為Cr(III)并沉積于納米鐵表面，同時(shí)納米鐵也從Fe0被氧化成Fe(III)，產(chǎn)物中幾乎無Cr(V