纳米零价铁/介孔硅基复合材料去除地下水中六价铬的研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:txiujyhbhoo
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随着人们生活的不断进步和社会经济的持续发展,水体重金属污染问题愈发严重。由于铬在工业上的大量使用,导致部分地区的地下水中存在着较为严重的铬污染,这对人类的生活环境和健康都造成了极大的威胁。纳米零价铁(nZⅥ)是一种常见的环境修复材料,具有小尺寸、高比表面积和强还原性等特性,但易于团聚和氧化,从而限制了nZⅥ对污染物的处理能力。本研究以具有高比表面积及多种构型的介孔二氧化硅材料作为nZⅥ的载体,最终优化筛选出介孔二氧化硅微球(MSM-2)和有序介孔二氧化硅(SBA-15)作为nZⅥ载体材料,并对材料进行扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、X射线衍射(XED)、Zeta电位等表征分析。结果显示,nZⅥ与MSM-2通过孔道连接,并会附着在SBA-15孔道内或外表面,两种复合材料的比表面积分别为140.4和133.6 m2/g,极大程度提升了nZⅥ的分散性,且与nZⅥ相比,复合材料的稳定性也有所提高。本研究考察了nZⅥ/介孔二氧化硅复合材料的投加量、反应时间、Cr(Ⅵ)初始浓度、溶液pH和共存离子等因素对复合材料去除Cr(Ⅵ)的影响。结果表明,Cr(Ⅵ)的去除率与复合材料投加量和反应时间呈正相关,与Cr(Ⅵ)初始浓度和溶液pH呈负相关,Ca2+、Cl-、SO42-、CO32-、NO3-等共存离子对材料除铬效果影响不大,表明该复合材料具有良好稳定性。当nZⅥ/SBA-15的投加量为1 g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度为40 mg/L,溶液pH为4,反应温度为25℃,震荡反应时间30 min时,材料对Cr(Ⅵ)的去除速率为1.20 mg/(g·min)。nZⅥ/介孔二氧化硅通过还原和吸附作用,对溶液中的铬进行去除,nZⅥ作为电子供体将Cr(Ⅵ)还原为Cr(III),自身被氧化成铁(氢)氧化物,反应生成的Cr(III)被吸附固定在材料表面,使溶液中的总铬含量大幅降低。此外,以铁屑作为铁源制备了负载型nZⅥ(s-nZⅥ)并考察其除铬效果,结果表明其对地下水中Cr(Ⅵ)具有较强去除能力。当s-nZⅥ/SBA-15的投加量为0.4 g/L,Cr(Ⅵ)初始浓度为10 mg/L,反应温度为25℃,震荡反应进行20 min时,材料对Cr(Ⅵ)的去除速率为1.25 mg/(g·min)。以上研究结果表明,介孔二氧化硅载体可以提高nZⅥ的分散性和稳定性,进而提升nZⅥ对污染物的去除能力。nZⅥ/介孔二氧化硅作为一种新型复合材料,在处理地下水中铬污染方面具有良好的应用前景。
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