納米材料在污水方面的處理

1、納米材料在水處理中的應(yīng)用,水污染現(xiàn)狀,近年來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，大量未經(jīng)處理或處理未達(dá)標(biāo)的污水直接排放，對(duì)水環(huán)境造成劇烈的破壞，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水質(zhì)型缺水問(wèn)題日益突出。,而眾多水處理應(yīng)用的材料中，納米材料作為尖端材料的代表，以其優(yōu)越的性能，廣闊的發(fā)展空間，尤其引人注目。納米材料在微污染水源給水處理、污水處理、海水淡化和海洋環(huán)境工程治理中愈來(lái)愈顯示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，受到了大家的青睞。,,納米光催化材料———納米,TiO,,納米光催化材料—

2、——納米,TiO,一、納米光催化材料———納米TiO2 納米光催化材料大多是金屬氧化物或硫化物等半導(dǎo)體材料，它們具有特殊的電子結(jié)構(gòu),它們?cè)诠饧ぐl(fā)下所產(chǎn)生的電子和空穴，將反應(yīng)物還原或氧化，從而使污染物得到降解，并最終完全礦化為CO2、H2O和毒性小的有機(jī)物和無(wú)機(jī)離子等，因此在能源、綠色化學(xué)方面顯示出其獨(dú)特的功效。 納米光催化材料有以下的特點(diǎn) : 降解沒(méi)有選擇性，能使有害物質(zhì)完全分解，不會(huì)產(chǎn)生二次污染

3、，可以在常壓下操作，反應(yīng)條件溫和，降低操作難度，不需要大量消耗除光以外的其他物質(zhì)，可以降低能量、原材料的消耗而達(dá)到除毒、脫色、去臭的目的。光催化劑具有廉價(jià)、無(wú)毒、穩(wěn)定以及可以重復(fù)利用等特點(diǎn)。,在紫外光照射下，納米TiO2表面會(huì)產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基(·OH)，使水中的有機(jī)污染物氧化降解為無(wú)害的CO2和水。目前納米TiO2主要的應(yīng)用領(lǐng)域有化工廢水、染料廢水、農(nóng)藥廢水、含油廢水、造紙廢水等有機(jī)廢水的處理。,試驗(yàn)裝置如圖1所示

4、,其有效容積416L.以兩支20W低壓汞燈為光源，催化膜組件是用溶膠-凝膠法在玻璃纖維網(wǎng)上制得TiO2固定膜,再用支架將玻璃纖維網(wǎng)固定成螺旋狀剛性組件制成.前處理單元用來(lái)攔截水中膠體物質(zhì)及Fe2+、Mn2+,防止催化膜中毒.通過(guò)高位水箱和流量計(jì)控制流量恒定.,豐度——天然存在比，指的是該同位素在這種元素的所有 天然同位素中所占的比例。,自來(lái)水及出水GC（氣相色譜 ）/MS（質(zhì)譜 ） 有機(jī)物總量測(cè)定結(jié)果,在較低的光照強(qiáng)度(817W/L

5、)下,經(jīng)固定膜光催化氧化反應(yīng)器1h的處理,自來(lái)水中有機(jī)污染物總量的去除率在60%以上.自來(lái)水中優(yōu)先污染物19種,有5種被完全去除;其它21種有害有機(jī)物中10種的濃度降至檢測(cè)限以下.除此之外,水中各種有機(jī)物的濃度經(jīng)處理都明顯下降.檢出反應(yīng)中間產(chǎn)物10種,其中不含優(yōu)先污染物及毒性較強(qiáng)的物質(zhì).研究表明,在工程上可接受的運(yùn)行條件下,光催化氧化法用于水質(zhì)較差的城市自來(lái)水的深度凈化,具有令人滿意的處理效果.,二、納米零價(jià)鐵,零價(jià)鐵最早出現(xiàn)在水處理領(lǐng)

6、域是在上個(gè)世紀(jì)八十年代，有報(bào)道稱零價(jià)鐵可以還原去處水中的氯代物，之后在水處理技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诹銉r(jià)鐵的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。零價(jià)鐵有以下特性:比表面積大;電負(fù)性大，電極電位E0(Fe2+/Fe)=－0.44 V;具有很強(qiáng)的還原性，在一定pH下，還原生成的Fe3+會(huì)生成氫氧化物，具有吸附和絮凝作用。而納米零價(jià)鐵除了具備以上的性質(zhì)外，具有更大的比表面積，反應(yīng)活性和吸附性。在水處理中，納米零價(jià)鐵的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:含氯有機(jī)廢水的處理、洗滌劑廢水處理、含酚

7、廢水處理、制藥廢水處理、含放射性元素的廢水處理。納米零價(jià)鐵主要起還原作用、微電解作用、混凝作用、吸附作用以及它們的綜合作用。,還原作用,納米零價(jià)鐵在水環(huán)境中的還原性原理Fe0(s)+2H2+→Fe2+(aq)+H2（g）；2Fe0(s)+O2(g)+2H2O→2Fe2+(aq)+4OH-(aq) 因此納米零價(jià)鐵適用于處理含氯有機(jī)廢水、染料廢水和水中的重金屬離子，在對(duì)受鉻污染的地下水的研究中，使用零價(jià)鐵時(shí)去除作用明顯，零價(jià)鐵和活性

8、炭聯(lián)合使用效果更佳，可使出水中Cr的質(zhì)量濃度＜0.05mg/L。實(shí)驗(yàn)部分：利用零價(jià)鐵和活性炭作為PBR（滲透反應(yīng)隔柵）的反應(yīng)介質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室研究PBR修復(fù)Cr（Ⅵ）污染地下水可行性。,零價(jià)鐵在電極反應(yīng)的產(chǎn)物中新生態(tài)的［H］和Fe2+能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，從而使廢水中的組分發(fā)生變形或破壞，例如使染料廢水中的發(fā)色或助色基斷鏈，有學(xué)者用零價(jià)鐵處理染料生產(chǎn)廢水，結(jié)果表明其色度去除率高達(dá)95%以上。,微電解作用,混凝作用,在偏酸性環(huán)

9、境下，納米零價(jià)鐵處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生Fe2+和Fe3+，在偏堿性和有氧條件下，它們會(huì)生成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮狀沉淀，F(xiàn)e(OH)3還可能水解生成Fe(OH)+2，F(xiàn)e(OH)+2等絡(luò)離子有很強(qiáng)的絮凝性能。,吸附作用,零價(jià)納米鐵具有比零價(jià)鐵更巨大的比表面積和反應(yīng)活性，因而具有非常優(yōu)秀的吸附性能。而且這種吸附作用是物理吸附。零價(jià)鐵對(duì)有機(jī)含氯廢水的處理，不僅僅是利用它的還原性，還取決于它的吸附性。另研究表明，NOM( natural