摘要
氯酚类(CPs)是卤代有机物中一类典型的难降解有机物,作为有机化工基本的原辅料和中间体,广泛应用于杀菌、木材防腐等行业中,对生物体具有“三致”危害,被列为水环境优先控制污染物。CPs进入地下水后,严重破坏地下水环境并对人类身体健康构成潜在的威胁。论文以地下水中2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)为目标污染物,首先利用生物入侵物种紫茎泽兰制备生物炭,后负载纳米铁/镍(CW-Fe/Ni)制成复合材料,研究复合材料对2,4,6-TCP的还原性能和机理;联合过硫酸盐氧化进一步去除2,4,6-TCP,研究成果为紫茎泽兰的资源化利用与防控以及探索地下水卤代有机物原位修复新途径提供新思路。取得的主要研究结果如下: (1)紫茎泽兰生物炭的制备及对2,4,6-TCP的吸附特征。通过不同温度(400℃、500℃、600℃)限氧热裂解制备的紫茎泽兰生物炭(CW)对2,4,6-TCP的吸附性能表现为CW600＞CW500＞CW400,最佳制备温度为600℃。比表面积表征(BET)显示CW600比表面积为264m2/g,平均孔径3.48nm,扫描电镜(SEM)表征观察到其表面具有丰富的孔隙结构。CW600对2,4,6-TCP吸附动力学符合准二级动力学模型;吸附等温线符合Freundlich模型;低温条件下更有利于CW600对2,4,6-TCP的吸附。 (2)紫茎泽兰生物炭负载纳米铁/镍的最佳制备条件及表征。通过不同CW与Fe/Ni负载比对2,4,6-TCP还原降解性能对比得到最佳材料负载比为Fe/Ni∶CW=1∶2,X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)和SEM表征显示Ni与Fe组成双金属结构负载在紫茎泽兰上,负载后Fe/Ni团聚现象明显减弱,炭片上纳米铁/镍小球粒径在150nm以内。 (3)CW-Fe/Ni去除2,4,6-TCP的影响因素研究。酸性条件有利于CW-Fe/Ni对2,4,6-TCP的去除,碱性条件CW-Fe/Ni容易钝化且材料表面与2,4,6-TCP存在静电斥力导致去除效果不理想。硫酸根、碳酸氢根和硝酸根均对CW-Fe/Ni去除2,4,6-TCP产生抑制作用,影响程度由大到小依次为:硝酸根＞碳酸氢根＞硫酸根。 (4)CW-Fe/Ni去除2,4,6-TCP的机理。Langmuir-Hinshelwood模型表明CW-Fe/Ni对2,4,6-TCP的去除是吸附和还原共同作用的结果,以还原反应为主,吸附速率影响还原反应速率。通过对中间产物检测和XRD、XPS表征分析得到,反应后Fe0转化为Fe3O4和Fe2O3,反应后材料表面附着Cl-,证明CW-Fe/Ni通过催化还原脱氯达到去除2,4,6-TCP的目的。通过密度泛函理论中的B3LYP方法对CW-Fe/Ni去除2,4,6-TCP反应历程进行理论计算,反应过程与实验结果吻合。 (5)CW-Fe/Ni填充反应柱联合K2S2O8去除2,4,6-TCP。采用K2S2O8直接氧化2,4,6-TCP,溶液中总有机碳(TOC)去除率为6.4％;经CW-Fe/Ni填充柱先还原再联合K2S2O8氧化后溶液中TOC去除率为50.5％,TOC去除率提高了44.1％,还原阶段产生Fe2+以及2,4,6-TCP的脱氯产物对活化K2S2O8去除污染物具有协同作用。
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