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NZVI/SBA-15复合材料的合成及其对水中硝基苯去除机理研究

作　者: 朱晔
导　师: 李健生
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境工程
关键词: NZVI/SBA-15复合材料 硝基苯 吸附降解 协同作用 机理
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


纳米零价铁(NZVI)具有粒径小、比表面积大、反应活性高的特点,在环境修复与治理领域受到人们的广泛关注。但是,NZVI面临的易团聚、易被氧化的缺点限制了其在实际中的广泛应用。因此,提高NZVI的稳定性、保持其活性是目前的研究热点之一。本文以有序介孔材料SBA-15作为载体负载NZVI增强其在空气中的稳定性,保持其活性,同时利用SBA-15的吸附性能来提高污染物的去除速率。采用等体积浸渍—焙烧—氢气还原法合成出一种集吸附和还原于一体的SBA-15负载NZVI复合材料(NZVI/SBA-15),通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM),氮气吸附/脱附等对材料进行结构表征。论文进一步考察了复合材料对水中微量硝基苯的吸附降解性能,讨论了不同反应条件对硝基苯降解效率的影响,并研究了硝基苯的反应途径及复合材料对硝基苯的降解机理。结果表明：(1)随着铁负载量的增加,复合材料的有序度逐渐减弱,比表面积、孔容孔径也逐渐降低,但仍保持介孔材料的特性。纳米铁以α-Fe0的形态均匀单一的分散在SBA-15的孔道内。未负载的NZVI团聚现象严重,粒径较大。(2)反应12h后,SBA-15、NZVI、NZVI/SBA-15复合材料对溶液中硝基苯的去除率分别为51.59%、56.01%、94.94%。复合材料对硝基苯较高的去除率归因于载体吸附和NZVI还原的协同作用。(3)溶液中硝基苯的去除率随着铁负载量及复合材料的投加量增加而提高,酸性条件有利于降解反应的进行,碱性条件阻碍反应的进行,随着溶液初始浓度的逐渐增大,硝基苯的去除率逐渐降低。(4)硝基苯的降解途径是：硝基苯→亚硝基苯→苯基羟胺→苯胺。NZVI直接还原硝基苯以及Fe2+辅助还原硝基苯是该体系主要的反应机理。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 NZVI的研究现状及发展前景  10
  1.2 NZVI在环境污染治理领域中的应用及作用机理  10-13
    1.2.1 NZVI去除污染物的作用机理  10
    1.2.2 NZVI在环境污染治理领域中的应用  10-13
  1.3 NZVI在应用中存在的问题以及改进方法  13-16
    1.3.1 NZVI在应用中存在的问题  13-14
    1.3.2 改进方法  14-16
  1.4 有序介孔材料SBA-15的发展及应用  16-18
    1.4.1 SBA-15的简介  16-17
    1.4.2 SBA-15的应用进展  17-18
  1.5 本课题的意义以及主要研究内容  18-20
2 NZVI/SBA-15复合材料与NZVI的合成及表征  20-26
  2.1 实验所用试剂和仪器  20
  2.2 NZVI/SBA-15复合材料及NZVI的合成  20-21
    2.2.1 有序介孔材料SBA-15的合成  20-21
    2.2.2 NZVI/SBA-15复合材料及NZVI的合成  21
  2.3 NZVI/SBA-15复合材料及NZVI的表征  21
    2.3.1 XRD表征  21
    2.3.2 TEM表征  21
    2.3.3 氮气吸附-脱附实验  21
  2.4 NZVI/SBA-15复合材料及NZVI的表征结果与讨论  21-25
    2.4.1 不同Fe含量复合材料及NZVI的XRD表征  21-23
    2.4.2 NZVI/SBA-15复合材料及NZVI的TEM表征  23
    2.4.3 NZVI/SBA-15复合材料及NZVI的氮气吸附-脱附实验  23-25
  2.5 本章小结  25-26
3 NZVI/SBA-15复合材料对水中硝基苯的吸附降解  26-38
  3.1 引言  26
  3.2 实验所用仪器及试剂  26-27
  3.3 复合材料去除水中硝基苯实验  27-28
    3.3.1 试剂的配制  27
    3.3.2 实验方法  27
    3.3.3 HPLC测定条件  27-28
  3.4 结果与讨论  28-36
    3.4.1 硝基苯标准曲线的绘制  28
    3.4.2 苯胺标准曲线的绘制  28-29
    3.4.3 NZVI/SBA-15复合材料对水中硝基苯的吸附降解实验  29-31
    3.4.4 不同Fe含量的NZVI/SBA-15复合材料对硝基苯降解效果的影响  31-33
    3.4.5 NZVI/SBA-15复合材料的不同投加量对硝基苯降解效果的影响  33-34
    3.4.6 溶液的不同初始pH对硝基苯降解效果的影响  34-35
    3.4.7 溶液的不同初始浓度对硝基苯降解效果的影响  35-36
  3.5 本章小结  36-38
4 NZVI/SBA-15复合材料去除硝基苯的机理研究  38-44
  4.1 引言  38
  4.2 实验所用试剂与仪器  38
  4.3 NZVI/SBA-15复合材料降解硝基苯的机理研究实验  38-39
    4.3.1 硝基苯降解产物分析方法  38
    4.3.2 铁离子浓度的测定  38-39
  4.4 结果与讨论  39-43
    4.4.1 铁离子标准曲线的绘制  39
    4.4.2 硝基苯降解产物及降解途径的分析  39-41
    4.4.3 NZVI/SBA-15复合材料降解硝基苯的机理分析  41-43
  4.5 本章小结  43-44
5 结论  44-46
致谢  46-47
参考文献  47-56
附录  56

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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