鐵與鐵的腐蝕產(chǎn)物在環(huán)境污染物治理中的應(yīng)用研究.pdf

1、零價鐵還原技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的一種新型的水污染治理和修復(fù)技術(shù)。零價鐵(zero-valent iron，ZVI或Fe0)作為供電子體，具有廉價、高還原電勢和反應(yīng)速度快的特點，已成為地下水六價鉻(Cr(VI))修復(fù)中最有效的反應(yīng)介質(zhì)材料之一。然而，目前經(jīng)常使用的零價鐵易在表面生成氧化層，降低了反應(yīng)的活性。在本文中，為了克服氧化物的活性抑制作用，在檸檬酸存在下鐵粉還原Cr(VI)過程中首次引入模擬自然光輻射。實驗結(jié)果表明，在檸檬

2、酸與光輻射共存的條件下，鐵粉的還原效率不僅得以大幅提高，并且鐵粉的循環(huán)使用穩(wěn)定性增強。鐵粉還原活性的提高與其表面鐵氧化物的光致溶解有關(guān)，檸檬酸與光輻射共存可以抑制鐵粉還原Cr(VI)過程中表面鈍化層的形成。檸檬酸與光輻射共存條件下，鐵粉還原Cr(VI)的效率與溶液pH值、檸檬酸濃度等因素有關(guān)。當(dāng)檸檬酸濃度為1.6 mM，溶液pH值為3.0，鐵粉投加量為0.8g/L，Cr(VI)濃度為0.2 mM，300 w金屬鹵化燈照射下，25 mL溶

3、液中Cr(VI)30 min后的還原率達到87％，而且循環(huán)使用五次后，鐵粉活性保持不變。實驗還發(fā)現(xiàn)，除鐵粉外，自制的銹蝕鐵膜以及銹蝕的低碳鋼也具有類似的結(jié)果。
　　 在上述結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們進一步研究了鐵的腐蝕產(chǎn)物(iron corrosionproducts，ICPs)在模擬自然光照射下光催化酒石酸還原Cr(VI)。實驗中所用ICPs取自銹蝕的鑄鐵管。通過X-射線衍射(XRD)和X-射線能譜(EDS)等表征手段，發(fā)現(xiàn)ICPs的

4、成分為Fe3O4和Fe2O3，F(xiàn)e元素重量百分比為82.51％；通過N2吸附-脫附法測得其比表面積為51 m2/g。實驗比較了不同體系中Cr(VI)的還原效果，討論了ICPs光催化酒石酸還原Cr(VI)的機理，同時考察了ICPs投加量、pH值、酒石酸濃度、光輻射強度及有機酸種類等對Cr(VI)還原效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ICPs是一種光催化酒石酸還原Cr(VI)的高效催化劑，反應(yīng)主要是在溶液本體中進行的。在模擬自然光輻射條件下，ICPs與

5、酒石酸的共存體系對Cr(VI)的還原率30 min后就達到93％；即使在太陽光的照射下，該體系也具有光催化還原效能。ICPs在光催化酒石酸還原Cr(VI)的過程中穩(wěn)定性較好。ICPs光催化酒石酸還原Cr(VI)的效率與其投加量有關(guān)：在0.0～0.4g/L范圍內(nèi)，Cr(VI)的還原率隨著ICPs投加量的增加而增高；而超出此范圍后投加量進一步增加，Cr(VI)的還原率反而降低。ICPs光催化酒石酸還原Cr(VI)的效率還與酒石酸濃度有關(guān)：在

6、0.0～1.6 mM范圍內(nèi)，Cr(VI)的還原率隨著酒石酸濃度的增加而增高；然而超出此范圍繼續(xù)增加酒石酸的濃度卻對Cr(VI)的還原不利。低pH值有利于ICPs光催化酒石酸還原Cr(VI)。光輻射強度越強，對ICPs光催化酒石酸還原Cr(VI)越有利。ICPs光催化有機酸還原Cr(VI)的效率與有機酸自身的性質(zhì)有關(guān)，大小順序為：甲酸<腐植酸<草酸<酒石酸。
　　 實驗還以偶氮有機染料橙黃Ⅱ為目標(biāo)物，研究了ICPs與草酸組成的異相

7、體系對其光化學(xué)脫色作用以及相關(guān)因素的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ICPs是一種有效的異相光催化劑，可以與草酸組成高效的類光芬頓體系，其重復(fù)使用的穩(wěn)定性極高，對橙黃Ⅱ的脫色主要是體系中均相反應(yīng)的結(jié)果。在模擬自然光照射下，橙黃Ⅱ在該體系中30 min的脫色率為83％；在太陽光照射下，橙黃Ⅱ相同時間內(nèi)的脫色率也達到44％。由于使用的是鐵的腐蝕產(chǎn)物，還可以利用自然光，表明該體系對橙黃Ⅱ脫色成本較低且環(huán)境友好。ICPs與草酸組成的類光芬頓體系對橙黃Ⅱ的脫色效

8、率與其投加量有關(guān)：在0.0～0.4 g/L，范圍內(nèi)，橙黃Ⅱ的脫色率隨著ICPs投加量的的增加而增高；而超出此范圍后投加量進一步增加，橙黃Ⅱ的脫色率會有輕微的下降。體系對橙黃Ⅱ的脫色效率還與草酸濃度有關(guān)：在0.0～1.6 mM范圍內(nèi)，隨著草酸濃度的增加，橙黃Ⅱ的脫色率增高；然而，過量的草酸卻對橙黃Ⅱ脫色產(chǎn)生不利影響。低pH值有利于體系對橙黃Ⅱ的脫色。光輻射強度越強，體系對橙黃Ⅱ的脫色率越高。ICPs與酒石酸或檸檬酸也能分別形成類光芬頓體系