負載型納米零價鐵的制備及其去除幾種典型農(nóng)業(yè)污染物的應用研究.pdf

1、隨著化肥、農(nóng)藥大量施用、循環(huán)污水農(nóng)用灌溉等，農(nóng)業(yè)污染日益嚴重，已成為我國最嚴重的環(huán)境問題之一，威脅到食品安全和人體健康，因此急需采取有效的方法進行農(nóng)業(yè)污染防控。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米零價鐵在環(huán)境治理中的應用備受關(guān)注。本文制備了具有高反應活性的納米零價鐵(NZVI)以及殼聚糖改性的硅藻土負載型的納米零價鐵(NZVI/CDt)，研究了兩種材料對幾種典型農(nóng)業(yè)污染物硝酸鹽氮、重金屬Cu2+及環(huán)丙沙星的去除效果，為新型功能材料作用于農(nóng)業(yè)污染治理

2、提供理論依據(jù)。本文主要從以下幾個方面進行:
　　(1)液相還原法制備納米零價鐵(NZVI)及殼聚糖改性的硅藻土負載型的納米零價鐵(NZVI/CDt)并對其進行X射線衍射(XRD)分析、掃描電子顯微鏡(SEM)分析、透射電子顯微鏡(TEM)分析、X射線光電子能譜(XPS)分析和Zeta電位表征和分析，來探究材料晶相組成、表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、樣品元素組成等，為研究負載效果和去除污染物效果和機理提供理論基礎(chǔ)。XRD和XPS表征結(jié)果顯示NZV

3、I負載于CDt上，說明本實驗成功制備出NZVI/CDt復合材料。SEM和TEM結(jié)果顯示未負載納米零價鐵顆粒團聚嚴重，呈鏈狀，而經(jīng)過硅藻土負載后，納米零價鐵均勻分散在改性硅藻土表面，部分納米鐵顆粒鑲嵌在硅藻土孔隙內(nèi)，個體呈球形，粒徑小于100nm，說明硅藻土是個良好的載體材料，對強化其去除污染物的能力起了重要作用。Zeta電位顯示NZVI/CDt材料的零點電位pHZPC約為6.7。
　　(2)考察了納米零價鐵(NZVI)及殼聚糖改性

4、的硅藻土負載型的納米零價鐵(NZVI/CDt)對硝酸鹽氮(NO3--N)的去除效果，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建立NZVI和NZVI/CDt去除NO3--N的動力學關(guān)系，并研究反應機理以及材料的重復利用性。結(jié)果顯示，NZVI/CDt復合材料提高了對NO3--N去除能力，并且緩解了pH值對NO3--N去除的影響。在pH=7，溫度25℃，NO3--N初始濃度為20mg/L，復合材料投加量為5.141g/L的實驗條件下，NZVI/CDt對NO3--N的

5、去除率為90.05％。隨著pH值的升高NZVI對NO3--N的去除率降低，在酸性條件下更有利于NO3--N的去除;對NZVI/CDt而言，pH對NZVI/CDt去除NO3--N影響較小，在不同pH條件下NZVI/CDt對NO3--N均有良好的去除效果。NZVI/CDt去除NO3--N最終產(chǎn)物主要是以NH4+-N為主，該反應過程符合準一級動力學方程。NZVI/CDt比NZVI穩(wěn)定性高，重復利用性強。
　　(3)對比研究了殼聚糖改性的

6、硅藻土(CDt)、納米零價鐵(NZVI)和殼聚糖改性的硅藻土負載型的納米零價鐵(NZVI/CDt)和對重金屬Cu2+的去除效果，并單獨考察了NZVI/CDt顆粒投加量、體系pH、Cu2+初始濃度對Cu2+去除效果的影響。并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建立NZVI/CDt對Cu2+的吸附模型和吸附動力學方程，通過XPS分析反應產(chǎn)物，研究其反應機理。結(jié)果表明，在pH為5，初始濃度為20mg/L，NZVI/CDt投加量為0.75g/L的實驗條件下，反應4h

7、后，NZVI/CDt對Cu2+去除率為98.52％。該反應符合Langmuir模型，該模型的相關(guān)系數(shù)R2為0.998，最大吸附量Qm是74.29mg/g;準二級反應動力學模型可以較好地描述納米鐵復合材料對銅離子去除反應，Cu2+初始濃度為60mg/L和100mg/L的相關(guān)系數(shù)R2分別為1和0.999。通過XPS結(jié)果得出，NZVI/CDt去除Cu2+是還原作用，其中納米零價鐵在去除反應中被氧化成Fe3+，而溶液內(nèi)的Cu2+最終被還原為Cu

8、2O和Cu0。
　　(4)分別探究不同pH、不同初始濃度和不同反應材料影響因素對環(huán)丙沙星(CIP)去除效果的影響，建立殼聚糖改性的硅藻土負載型的納米零價鐵(NZVI/CDt)對環(huán)丙沙星的吸附模型和吸附動力學方程，通過液相高分辨飛行時間質(zhì)譜儀(HPLC-TOF-MS)分析反應產(chǎn)物，研究其反應機理。結(jié)果顯示，NZVI/CDt材料對CIP吸附效果高于NZVI，在pH=6，溫度25℃，CIP初始濃度為20mg/L，NZVI/CDt投加量為