磁場強化零價鐵去除水中Se(IV)和Se(VI)的效能和機制.pdf

1、隨著工業(yè)化的發(fā)展，水體中Se(IV)和Se(VI)的污染問題越來越嚴重。零價鐵(ZVI)作為一種綠色、廉價的還原劑被廣泛應用于水中污染物的去除，但零價鐵具有反應活性低且反應過程中生成的鐵氧化物會進一步降低其反應活性的缺點。此外，零價鐵對Se(IV)和Se(VI)的去除性能缺少系統(tǒng)性的研究。因此本論文較系統(tǒng)地研究了零價鐵除Se(IV)效能和反應機制，并在此基礎上率先提出了利用磁場來強化零價鐵除Se(IV)和Se(VI)的新技術(shù)，系統(tǒng)研究了

2、磁場對零價鐵除Se(IV)和Se(VI)機理的影響，并考察了磁場對已鈍化零價鐵(老化鐵)除Se(IV)過程的加速作用，最后通過磁場數(shù)值模擬等手段分析了磁場能加速零價鐵腐蝕的主要機理。
　　在磁力攪拌條件下，零價鐵與 Se(IV)的反應符合假一級動力學，當pH從4.0升高到7.0，反應的速率常數(shù)從0.467 min-1降低到0.037 min-1。相比厭氧情況，有氧情況下，Se(IV)的去除速率更快；Se(IV)去除速率隨著鐵投量的

3、增加、溫度的升高和零價鐵粒徑的降低而逐漸提高。當Se(IV)的初始濃度從9.9 mg·L-1增加到78.6 mg·L-1，Se(IV)的去除速率先升高后降低。Fe2+的生成速率與Se(IV)的去除速率之間有很好的線性相關(guān)性，且投加鄰菲羅啉后Se(IV)的去除速率被極大地抑制，結(jié)合軟X射線顯微成像技術(shù)(SXTM)進一步發(fā)現(xiàn)Fe2+吸附在鐵氧化物表面，從而證明吸附在鐵氧化物表面的Fe2+和零價鐵共同將Se(IV)還原去除；X射線近邊結(jié)構(gòu)譜(

4、XANES)分析證明Se(IV)是先被吸附到鐵氧化物表面而后被零價鐵還原去除的。相比其他文獻中Se(IV)的去除方法，零價鐵除Se(IV)是一種更加快速有效綠色環(huán)保的方法。
　　針對研究過程中發(fā)現(xiàn)的磁力攪拌條件下比機械攪拌條件下零價鐵除Se(IV)速率更快的現(xiàn)象，研究首次發(fā)現(xiàn)磁力攪拌器提供的磁場可以提高零價鐵除Se(IV)的反應速率。因而，論文進一步系統(tǒng)地研究了磁場在不同pH和不同Se(IV)初始濃度下對零價鐵除Se(IV)動力學

5、的影響。結(jié)果表明：磁場的存在大大提高了Se(IV)的去除速率，將零價鐵除 Se(IV)的有效 pH范圍從4.0～6.0擴展為4.0～7.2；磁場大大提高了零價鐵對不同濃度Se(IV)的去除速率且Se(IV)的初始濃度越低磁場的提高作用越明顯。磁場的存在不僅加速了Se(IV)的去除，也大大提高了Fe2+的釋放速率、氧化還原電位(ORP)的降低速率及無定形鐵氧化物轉(zhuǎn)化為纖鐵礦的程度。X射線近邊結(jié)構(gòu)譜(XANES譜)分析表明，當pH=6.0、

6、初始Se(IV)濃度≤20 mg·L-1時，磁場的存在加速了零價鐵還原Se(IV)為Se(0)的速度；當pH=7.0、初始Se(IV)濃度為40 mg·L-1時，零價鐵通過先吸附后還原將Se(IV)還原為 Se(0)；當pH=7.2時，零價鐵對 Se(IV)的去除主要通過吸附作用完成；無論磁場存在與否，當初始Se(IV)濃度為40 mg·L-1、pH為4.0～6.0時零價鐵通過快速還原去除Se(IV)。
　　Se(VI)是一種很難

7、被零價鐵去除的污染物，基于磁場可以極大地提高零價鐵的反應活性，本論文對磁場強化零價鐵除Se(VI)技術(shù)進行了深入研究。研究結(jié)果表明：無磁場存在的情況下，零價鐵與Se(VI)反應72 h基本無法將其去除。在磁場存在時，零價鐵可以較快地將Se(VI)去除，反應符合零級動力學。但是當零價鐵消耗完以后，生成的鐵氧化物對Se(VI)基本無去除。腐蝕產(chǎn)物的XRD分析和鐵邊的XANES譜結(jié)果表明該反應過程的主要腐蝕產(chǎn)物為磁鐵礦(Fe3O4)和纖鐵礦(

8、γ-FeOOH)。硒邊的XANES譜分析結(jié)果表明Se(VI)的去除由三種途徑共同作用：一種是Se(VI)被還原為Se(IV)，還原后的Se(IV)被鐵氧化物或鐵的氫氧化物吸附共沉去除；另一種是 Se(VI)被還原為 Se(IV)進一步再被還原為Se(0)然后再被去除；此外，腐蝕產(chǎn)物對Se(VI)有微弱的吸附作用，也可以將其去除一部分。
　　由于磁場對零價鐵還原Se(IV)的過程有較大地促進作用，論文進一步制備了一系列的老化鐵(AZ

9、VI)來深入研究磁場對老化鐵的去鈍化能力。研究結(jié)果表明，磁場存在的情況下，老化時間為6~60 h的老化鐵在去除Se(IV)的過程中具有相近的速率常數(shù)，但相比無磁場時的速率常數(shù)提高了10～100倍左右。XANES譜結(jié)果表明，磁場存在使得老化6~60 h的老化鐵去除Se(IV)的機理由先吸附后還原變?yōu)榭焖龠€原。Fe2+和Se(IV)去除之間的相關(guān)性分析也進一步驗證了該機理。因此，磁場是一種非常有效的去鈍化老化鐵的方法。
　　磁場能提高