活性炭纖維穩(wěn)定型納米鐵的表征及其去除Cr(Ⅵ)的機理研究.pdf

1、近年來，隨著用鉻工業(yè)的快速發(fā)展，含鉻廢水的不合理排放，導致大量的鉻尤其是Cr(Ⅵ)進入水環(huán)境中，鉻污染事件時有發(fā)生。由于具有高毒性及致癌性，Cr(Ⅵ)已經成為一種備受關注的環(huán)境污染物。納米鐵(nanoscalezero-valent iron，NZVI)由于具有強還原性、高反應活性，可修復多種環(huán)境污染物，已經成為一種非常重要的環(huán)境修復功能材料。目前，已有研究者采用NZVI修復技術治理受Cr(Ⅵ)污染的地表水及地下水，并且表現(xiàn)出了優(yōu)良的去

2、除性能。然而，在NZVI的實際應用中仍有一些問題需要解決，如易被氧化，極易團聚等。
　　針對以上問題，本研究以活性炭纖維（Activated Carbon fiber, ACF）為支撐材料，采用NaBH4還原二價鐵鹽的方法制備穩(wěn)定型的NZVI(ACF-NZVI)。采用X射線衍射(XRD)、電子掃描顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)及BET比表面積分析對材料進行表征。試驗研究了ACF-NZVI對Cr

3、(Ⅵ)的去除效果，考察了pH、超聲波對Cr(Ⅵ)去效率的影響。利用X射線光電子能譜對Cr(Ⅵ)處理前后的ACF-NZVI進行分析，根據(jù)Fe2p、C1s、Cr2p高分辨XPS圖譜的擬合結果探討了ACF-NZVI對Cr(Ⅵ)的去除機理。
　　ACF-NZVI的表面物化性質表征結果表明:分布在ACF表面的NZVI顆粒呈扁的半球形，且多為單個的離散形式，引入ACF作為支撐材料有效地阻止了顆粒間的凝聚作用;NZVI顆粒粒徑的分布范圍為10.

4、4-115.9nm，平均粒徑為68.2nm，且有93.5％的顆粒粒徑小于100nm，試驗制備的零價鐵顆粒符合納米尺度的要求;ACF-NZVI的比表面積為935.1m2/g，與ACF相比有所下降，但遠高于NZVI的比表面積127.5m2/g; ACF-NZVI的表面官能團較少，比較特征的有3442cm-1左右由O-H的伸縮振動吸收峰和N-H的伸縮振動吸收峰重疊而成的1個寬峰，1634cm-1附近有較弱的氨基(-NH2)的N-H變形振動吸收

5、峰。
　　Cr(Ⅵ)去除試驗結果表明，ACF-NZVI對70mg/LCr(Ⅵ)溶液的去除率為67.0％，高于ACF的52.6％及NZVI的59.4％，每克ACF-NZVI去除Cr7.8mg。酸性條件下，ACF-NZVI對Cr(Ⅵ)的去除率高于堿性條件下，當溶液的pH值由3.0上升到9.0時，ACF-NZVI對Cr(Ⅵ)的去除效率顯著降低。Cr(Ⅵ)的離子形態(tài)及NZVI的活性是造成不同pH條件下去除率差異的主要原因。超聲波能夠顯著增

6、強ACF-NZVI對Cr(Ⅵ)的去除效果，由67.0％上升為80.2％，主要是因為超聲波可以及時清理顆粒表面的沉積物，阻止鈍化層的形成，使NZVI保持活性。Fe2p、Cr2p、C1s高分辨的XPS圖譜擬合結果表明，ACF-NZVI將56.6％的Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)，吸附態(tài)Cr中Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)的百分比分別為18.3％、81.7％;溶解態(tài)Cr中Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)的百分比分別為76.5％、23.5％;吸附和還原在Cr(Ⅵ)的